浅析5G时代基站耗能情况及应对策略

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摘要：本文分析了5G基站耗电量情况，研究了通信基站耗电量来源，提出了耗电量控制对策，对提高5G基站的运营水平具有重要的指导意义。

关键词：移动通信基站; 霍尔传感器; 电力仪表;节能方案;

0 引言

　　5G网络的传输效率、安全性都更高，这是传统的2G、3G和4G网络技术所难以达到的，在信息时代到来以后，人们对网络传输量、传输速率等都提出了越来越高的要求和标准，正是因为这种网络技术需求，刺激了我国5G技术的发展。近年来，我国的5G技术发展迅猛，为推进5G网络的全覆盖，5G基站的建设数量急剧增加，但因为5G基站的建设特殊性，导致基站运行时，很多设备设施都伴随着耗电量大的特点，难以实现基站节能目标。因此，5G基站中的耗电量控制尤为重要。

1 5G网络技术的优势和特性

　　伴随着信息技术的日渐进步，5G网络技术成为了信息通信领域的关键技术，完善了我国的通信网络结构。与传统的信息通信网络技术相比，5G网络技术的出现符合信息时代的发展特点和要求，具有突出的技术优势。

　　1.1 5G网络技术是时代发展的必然需求

　　5G技术是信息时代的技术产物，5G技术的推广符合时代发展要求，尤其是在当下智慧城市建设时，5G技术是不可或缺的技术。通过5G网络技术，通信不再局限于人与人之间，还可以实现人与物、物与物之间，尤其是物联网形成以后，信息传输和交流更为便捷，突破了传统的技术限制。

　　1.2 5G网络技术具有优势性

　　传统的网络技术存在着较大的技术局限性，而5G技术的数据传输总量大、速度高，在数据传输的过程中产生的能源消耗非常小，正是因为如此，在生产生活中的5G技术应用，可以给人们提供更为良好的网络体验，不仅提高了网络体系的应用价值，更是节约了网络资源。

　　1.3 5G网络技术具有优势性

　　随着人们生产生活中对网络技术的依赖性有所增强，网络的覆盖面逐步扩大，网络信息技术已然成为了不可或缺的技术。5G技术具有泛在网特性，相关领域在5G网络技术应用时，可以逐步在此基础上进行网络业务和覆盖范围的扩展，也就可以满足网络服务需求。

2 5G基站建设所面临的实际问题分析

　　2.1 5G基站相关设备重量大

　　当下我国的5G网络并未完全覆盖，大部分还是以4G网络为主，5G基站与4G基站相比，为满足网络覆盖需求，在基站内配备的是更大规模、功能更强的设备。根据当下我国5G基站的建设情况，AUU设备是其中的重要构成，此设备的重量达到了40kg左右，而4G基站中的AUU设备，其重量仅仅为15kg[1]。此外，5G基站中的CU/DU设备，其重量也远远超出了4G基站同种设备的重量。正是因为基站中各种设备的体积庞大、重量偏重，使得在基站设计运营时应注重能耗管理。

　　2.2 5G基站其基站建设的耗能更高

　　5G基站建设和运营中的能耗偏高，根据当下我国5G基站的建设现状，以不同设备提供厂商所提供的A、B、C三种CU/DU合设以及AUU设备来分析，CU/DU合设的典型功耗一般保持在315～900W范围内，而4G基站的CU/DU合设典型功能保持在145W左右，因此，CU/DU合设的能耗中，5G基站的能耗远远高于4G基站能耗[2]。同样，AUU设备中，5G基站的设备能耗也同样较高，保持在700～1000W之间，整个的运行过程中。因此，我国5G基站建设中，设备能耗是4G基站能耗的几倍甚至数十倍。

　　2.3 5G基站建设的费用提升

　　5G技术的先进性较强，正是因为如此，在5G基站的建设过程中，为满足其服务需求，往往需加大在技术、设备等方面的投入，也就同步增加了5G基站的建设费用。比如，在部分5G基站建设时，为提升基站功能，一般会通过增加纤芯来提高传输的效率，还需同步配备高性能的铁塔，做好对外电和其他配套设备设施的改造，5G基站建设方面的资金投入总量较多。

3 通信基站耗电量来源分析

　　结合工信部相应的数据统计指标，在2019年全过程通信业务总量的增长速度明显，在5G基站建设和网络覆盖方面取得了成就，部分地区已然开始了5G网络技术应用。数据调查显示，在2019年年末，我国5G基站的建设总数已经超过了13万，国内5G手机的销售总量、业务也都逐年增加。通信网络系统中，基站是其中的重要构成，整个基站运营的过程中，电能消耗量是非常大的，比如，以某地区铁塔来看，通信基站电费支出占据了总营业收入的20%，甚至有时该电费支出高于公司利润。

　　5G基站内包含的设备设施数量较多，根据耗电量调查，传输设备、基站主设备、动力配套设备、环境温度控制设备、监控设备、照明设备等的耗电量都相对较高，其中基站主设备、环境温度控制设备的电能消耗量大。

　　根据当下5G基站的设备配备情况，SDH、PTN、PDH等均是主要的传输设备，这些设备的配备和使用主要是为了在基站运行的过程中保障数据的传输。结合这些设备运行中的使用情况来看，这些传输设备的功率比较小，一般在250W以内，耗电量偏低；基站主设备同样是基站设备中的重要构成，以BBU、AAU为主，这些设备的存在是为了在基站运行的过程中实现对用户数据的调制和收发，结合这些设备的运行和使用情况，AAU的电能消耗高。

　　在我国的设备市场上，AAU设备厂家非常多，不同厂家所生产的AAU设备在运行时的能耗也有所区别，当前市场上的AAU设备生产厂家主要为华为、摩托罗拉、爱立信等，其中，华为的设备市场占有率是高的，结合设备运行时的功耗分析，3台AAU设备的能耗基本上保持在2.5k W左右。从5G基站的总体运行来看，AAU主设备的耗电量占据了总耗电量的30%～40%之间，是主要的耗电量来源。5G通信基站中同样存在动力配套设备如开关电源、蓄电池的配备，这些设备的使用可以在基站运行的过程中，将交流电转变为直流电，为基站主设备、传输系统、其他设备等提供了足够的电能资源，在基站出现了异常断电情况时，蓄电池可以作为备用电源使用，保持基站的正常运转。在动力配套系统的运行过程中，电能消耗来自于交流电向直流电转换时的能耗。结合运行情况，一些性能比较好的动力配套系统在交流电向直流电转换时的效率可以高达85%甚至90%以上，电能损耗相对较低。蓄电池在充电和放电时才会存在一定的能耗，且此能耗偏低，几乎可以忽略不计。

4 安科瑞5G基站电气监控云平台概述

　　基站智慧用电云平台通过对5G宏站和室分站点加装交/直流智能监控设备、无线采集设备以及系统管理平台，完成夜间无业务时段的下电操作，减少电能消耗，降低运营成本支出，以及提升通信设备供电线路状态的实时监测保护功能；系统后台对存储的供电线路历史电气性能数据进行梳理、汇总、分析，找出故障原因，给出解决建议对策，减少后续同类故障的发生率，提升供电线路运维管控能力。

5 5G基站电气监控云平台系统结构

平台架构图

6 5G基站电气监控云平台功能

　　Acrel Cloud-6000 5G基站电气监控云平台软件人机界面友好，拥有数据汇总、系统体检、分析报告、能耗统计、能耗报表等功能。

　　显示基站的设备详情和设备在线失联状态；

　　显示具体设备的实时监测数据和历史曲线供查询；

　　提供分合闸功能供用户对仪表进行操作；

　　提供参数设置功能，用户能对仪表内置的报警值和保护开关等进行操作。

　　对不同的基站设置不同的分合闸策略，下发周期可以按照年~月~周~日来进行选择，提供下发命令的日志供用户进行查询。

　　对设备可以设置对应的进线和出线关系，来对每一个基站的使用功率进行实时监测，可以分析基站的使用负载。从而可以分析不同区域的基站使用情况。

　　对各个基站的温度进行设置，当温度高于范围内，会开启空调，其实时间会关闭空调。

7 产品选型及典型配置方案

7.1 设备概述

　　DTSD1352 – xSyD系列导轨式多回路电力仪表主要用于多个三相回路的全电参量测量可同时接入x个三相回路、y个单相回路的电流输入。可直接或间接测量电压电流、功率、功率因数、相角、不平衡度、谐波等参数。

　　具体功能如下：

　　●x路三相和y路单相回路全电参量测量，电流互感器外置；

　　●监测各相电压/电流、零序电流、频率；

　　●监测各相功率、总功率（有功、无功、视在）；

　　●监测各相功率因数、总功率因数；

　　●监测电压/电流相角、电压/电流不平衡度；

　　●监测电压、电流总谐波及2-31分次谐波；

　　●当月和上月的电压、电流、功率极值记录；

　　●电流、功率需量和实时电流、实时功率需量；

　　●200条事件记录，记录DIDO的动作情况；

　　●支持过压、过流、断相、DI联动等报警输出；

　　●4时区14时段的费率设置；

　　●四象限电能，12个月复费率电能统计；

　　●31天四象限和复费率电能冻结，正反向电能计量；

　　●两路无源开关量输入、两路开关量输出、RS485通讯；两路有源开关量输入，用于识别油机和市电接入。

7.2 交流配置方案

7.3 安装实例

7.4 产品选型

7.5 设备概述

　　AMC16-DETT 基站直流电能计量模块主要是针对有共享需求，且开关电源无分用户电量计量功能的基站而

　　设计的。仪表可进行六个回路的直流电的计量，自带电源给霍尔传感器供电，同时可通过上位机软件实现零漂校准，具有遥测、遥信、遥调、实时电量计量、供电质量异常告警、信息存储及处理、信息交互等功能。直流电能计量模块可计量三家运营商的直流用电量，提供基站节能详细的数据依据，为直流配电设备提供可靠的分项计量解决方案。

　　模块具有工业标准的RS485通讯接口,采用 YD/T1363.3-2014协议，符合中国铁塔有限公司 Q/ZTT2205-2017《基站直流电能计量模块技术要求》相关技术要求。

7.6 具体功能

　　●监测设备系统时间、总电压、输出总电流、总功率、总电能、各分路电压、各分路电流、各分路功率、各分路电能；LED指示灯显示；RS485通讯

　　●计量：起动电流：额定电压下，计量模块的负载电流值在不超过电流1%时，模块启动潜动电流：当计量模块的电流线路中无电流，加于电压线路上的电压为额定值的85%～125%时，模块计算器不应有1个以上的数字变化；

　　●报警：直流电压输出过低告警、直流电压输出过高告警、一次下电告警、模块失压告警、计量支路错误告警、内部程序错误告警、时钟错误告警、存储器故障告警、交流输入停电告警；

　　●校时：支持广播校时，可通过RS485通信接口对计量模块进行远程校时；

　　●存储：有历史电能数据和历史告警信息的存储功能，内存为2MB。

7.7 直流配置方案

8 结束语

　　安科瑞5G基站配电解决方案，通过上位机软件实现零漂校准，具有遥测、遥信、遥调、实时电量计量、供电质量异常告警、信息存储及处理、信息交互等功能。为基站节能提供详细的数据依据，为直流、交流配电设备提供分项计量解决方案。

参考文献

[1] 焦安群,陈超,高宏亮,宋立臣.5G时代基站耗电量大的应对策略.

[2]王鑫.中国铁塔5G宏基站解决方案[J].信息通信,2020,214(10):239-241

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

作者简介：
刘鹏飞，男，本科 安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电
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