5G移动通信网络节能减排研究

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【摘要】为了降低5g移动通信网络运行能耗，节约初期建设投资及运营成本，本文从网络规划、设备选型和电源配套设计多个维度提出对策，为建设绿色节能的5G通信网络提供参考。

【关键词】5G移动通信网络；节能减排技术

1引言

随着移动互联网和物联网的驱动，5G已成为电信行业的下一个重大机会点。在移动通信网络中，基站是耗电大户，大约80%的能耗来自广泛分布的基站。有统计显示，基站站点能耗费用（电费）占到网络运营成本的16%之多。为优化成本结构和促进社会效益，针对基站站点的节能减排已成运营商的一大努力目标。目前5G部署采用的是CU/DU合设，AAU上塔安装的部署方式。从5G试验网的统计数据来看，1套5G系统中CU/DU用电功耗约1.5kW，单个AAU功耗约1.2kW。1套5G系统用电功耗相当于4G系统（单个BBU300W，单个RRU500W）的3倍左右。引起5G基站能耗增大的因素主要有2个：5G小微基站部署数量的增大；大规模天线阵列MassiveMIMO技术。“超密集组网”和MassiveMIMO天线是5G网络的两大技术特征，密集的基站意味着更高的能耗，这是5G网络面临的一大成本挑战。而采用MassiveMIMO天线，5G设备用电功耗相比4G大幅增加。尽管5G微基站的能耗远低于传统宏站，但分布更加密集，会导致网络的总能耗上升。即使是在5G部署初期，并不考虑毫米波频段，采用小于6GHz频段与2G/3G/4G基站共站部署，5G单站用电功耗也将达到30kW以上。5G如此大的用电需求，对基站市电引入容量、直流开关电源系统、蓄电池容量配置都是极大的挑战。同时，对能源消耗以及后期运营成本也是非常大的挑战。毫不夸张地说，如果不采取节能减排措施，5G网络运营商将成为电力部门的“打工者”。因此，需要从网络规划、设备选型、电源配套设计多个维度着手打造绿色节能的通信网。

2网络规划

5G建网初期覆盖场景主要还是密集城区、市区等重点、热点区域，站址获取难度非常大。同时，因为5G无线采用高频段进行覆盖，站址密度非常大。因此，网络规划期应该充分考虑对市政路灯杆、监控杆、电力塔、建筑外立面等社会资源的利用，打造“宏微协同、室内外结合”的立体异构网。5G时代微站将在“宏微协同”的网络结构中作为业务承载的主体，成为网络的重要组成部分。在网络规划和设计过程中，需要考虑“多样化”的覆盖手段进行区域化网格设计。包含两方面内容：（1）区域细分：通过细分区域进行宏微、室内外协同覆盖分析，对原有系统进行整体覆盖分析。（2）精准定位：区域化宏微、室内外协同设计。先多系统协同规划、协同设计，再覆盖预测、对比调整。

3设备选型

设备选型主要从两方面着手：3.1精细化设备选型。根据覆盖区域大小，合理选择不同增益的射频单元设备，做到精细化设计。主要是结合覆盖场景，根据覆盖半径需求，精细化设备选型，降低设备整体投资。3.2多系统设备共享。在5G建设初期，5G系统设备不能与2G/3G/4G共用物理设备（如AAU）。设备厂家需积极开发具有共享功能的基站设备产品，目前部分设备厂家已经在积极研发相关设备。随着5G基站硬件的不断改进，以及通过软件化和智能优化，随着时间推移，5G能效将逐渐提升。

4电源配套设计

电源配套设计方面的节能减排，主要从电力引入、开关电源、蓄电池、空调、机房等方面着手。4.1电力引入。首先，密集城区、市区市电引入难度很大，可以根据具体覆盖场景采用“集群供电”模式结合高压直流远供或交流远供，实现集群供电（1带N），解决电力引入难题，实现节能降耗。“集群供电”主要应用于“线覆盖场景”（如道路、街道、隧道等）及“面覆盖场景”（如高层/低层住宅区、商业街区、工业园区、校园、景区等）。“集群供电”可以满足大多数5G覆盖场景的供电及备电需求。其次，在具备条件的基站采用新能源供电与市电结合的方式，降低市电改造费用及运营成本。“站点叠光”、梯次电池“削峰填谷”都是非常实用的方式。4.2开关电源。在自动休眠的基础上，使用新型高效整流模块，提高电源使用效率。可以采用直流升压模式，将常规-48V升压至-57V，减少线路上的损耗，减小供电电缆线径，可实现效率提升10%以上。相对于-48V直流升压方案，其好处主要体现在以下几个方面：（1）在负载一定、线径一定的情况下，升压方案可以降低线损，提升供电距离。（2）在负载一定、供电距离一定的情况下，可以减小电力电缆线径，降低供电线路的投资建设成本。（3）在供电距离一定、电力电缆线径一定的情况下，可以承载更大的负载。对于5G设备替代2G/3G/4G设备时，升压方案就可以支持原有电缆利旧（非100%场景，需根据具体项目核算确定），从而可以大幅降低施工成本，提升建站效率。4.3蓄电池。采用铁锂电池（含梯次电池）进行储能，提升基站备电能力。由于铁锂电池在环境适应性、储能密度、循环寿命等方面都优于铅酸电池，因此，可利用铁锂电池实现削峰填谷，降低基站的能源消耗成本。另外，创新性试用超级电容、燃料电池等新技术、新产品，也可以实现节能减排。4.4空调。在环境条件较好的区域使用新风一体化空调设备，减少对传统压缩机制冷空调的依赖，降低电力消耗。新风一体化空调没有室外机，不仅能够实现对室外自然冷源的利用，还能够彻底解决空调室外机被盗的问题。利用空调远程智能遥控，结合动力环境监控系统，可实现对空调设备启停的自动化远程智能控制。在机房室内温度达到设定温度的情况下，或者在春、秋季节机房温度相对恒定无需制冷的情况下，可以远程关停空调设备，减少空调的耗电。同时，还能减少因人工关停空调所需要的人员上站而产生的维护费用。4.5塔桅。除了充分利用社会资源外，还应该积极进行技术创新。使用预制钢管桩、预制钢筏基础、预制灯杆基础等创新性产品，缩短塔桅基础建设周期，提高交付效率。4.6机房通过使用创新型ALC预制拼装机房，可以有效缩短基站机房建设周期及建设成本。尤其是在北方地区冬季温度较低的情况下，传统土建机房无法施工和养护，ALC机房的优势就更加突出。对于云化DC机房，应该考虑微模块技术的应用，以便提高制冷效率，降低机房PUE，达到节能降耗的目的。

5结论

5G已在路上，5G基站耗电问题应及早重视，这需要包括设备商、运营商和铁塔公司等在内的全行业共同探索推进创新。

参考文献

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作者:李兵 单位:广州杰赛科技股份有限公司