1引言

2019年6月6日，工業(yè)和信息化部向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通和中國廣電發(fā)放了基礎電信業(yè)務經(jīng)營許可證，批準4家企業(yè)經(jīng)營5G業(yè)務，標志著我國5G將迎來大規(guī)模商用。隨之帶來的5G各類基礎設施的建設，受到運營商、制造商、研究機構及社會各界廣泛關注，其中5G能源即保障5G網(wǎng)絡安全、穩(wěn)定運行的重要基礎設施也成為業(yè)界熱點話題。

25G網(wǎng)絡基礎設施帶來的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡由于高帶寬、高流量、高發(fā)射功率，其單站能耗劇增。5G基站信號帶寬為160MHz，可同時提供4G和5G服務。相比4G的60MHz，帶寬增加2.67倍，峰值速率提升15倍，發(fā)射功率為原來的兩倍（由4G的120W 提升為240W）。另外，收發(fā)通道數(shù)也增多，5G基站分高配（64通道）基站和低配（32/16等，以16通道為例）基站，而現(xiàn)網(wǎng)4G基站以8通道為主要配置，也導致5G網(wǎng)絡設備能耗的增加。

對此，傳統(tǒng)供電中出現(xiàn)了由于功耗的劇增而傳輸線纜上的線損大幅增大，即便供電系統(tǒng)正常工作，都無法使后端通信設備正常運行等現(xiàn)象。同時，由于單個設備的功率密度和能耗絕對值的升高而出現(xiàn)的局部熱點問題。對此，業(yè)界提出了各種解決方案和產(chǎn)品，但缺乏統(tǒng)一的標準?；诖?，國際電信聯(lián)盟（ITU）及中國通信標準化協(xié)會（CCSA）等標準化機構均立項研究推動標準化工作，分別在ITU 由中國、法國電信、意大利電信和華為技術有限公司聯(lián)合提出5G網(wǎng)絡可持續(xù)供電方案建議書立項。在CCSA，由中國信息通信研究院牽頭提出立項研究《5G基站供電和制冷技術研究》課題。

3ITU-T L.1210《5G網(wǎng)絡可持續(xù)供電方案》標準解析

該標準的最終稿在2019年9月ITU-T第五研究組的全會上討論通過，進入凍結程序，并于2019年12月發(fā)布。標準共有十一章節(jié)，各章節(jié)涵蓋了除范圍、規(guī)范性引用文件、術語定義、縮略語等常規(guī)部分外，其技術相關核心內(nèi)容由5G網(wǎng)絡概述、供電方案要求、能效要求、可靠性與維護要求、安全性要求、環(huán)境影響等部分組成。

標準首先描述了5G網(wǎng)絡不同的部署架構以及相應供電方案的需求，包括宏基站、小微基站（室外基站、室內(nèi)基站、移動基站等）、物聯(lián)網(wǎng)設備場景以及網(wǎng)絡側的邊緣計算等場景需求。

基于基站部署架構，提出不同的供電方案及對應的維護、管理、能效等要求。標準的供電方案章節(jié)中包含了7個部分內(nèi)容，分別為機房供電要求、基站供電要求、智能維護方面要求、可再生能源供電要求以及光電復合供電方案要求等，具體解析如下。

3.1機房供電要求

在機房側供電方面，提出了傳統(tǒng)的-48V供電方案以及高達400V直流供電方案。此高達400V直流術語是從ITU-T L.1200《高達400V直流供電系統(tǒng)與信息通信設備供電接口要求》標準中引用。其電壓范圍包含了國內(nèi)的336V直流供電系統(tǒng)電壓范圍以及240V直流供電系統(tǒng)電壓范圍。為什么與國內(nèi)的稱呼不同？國內(nèi)沿用了-48V系統(tǒng)即用電池組電壓標稱值（如24節(jié)2V電池）作為系統(tǒng)名稱的習慣，對于240V系統(tǒng)雖然其運行電壓為276V，但電池組電壓標稱值為240V，因此稱之為240V直流供電系統(tǒng)。同樣對于336V系統(tǒng)，雖然正常運行電壓380V，但與此系統(tǒng)相連的電池組，以單體電池2V為例，配置168節(jié)電池，因此稱之為336V直流供電系統(tǒng)。而國際上其他國家，如歐洲國家為了強調(diào)高壓直流供電系統(tǒng)的電壓比傳統(tǒng)的-48V系統(tǒng)高，采用了系統(tǒng)正常輸出最高電壓400V進行命名，體現(xiàn)出其高壓，稱之為高達400V直流供電系統(tǒng)。另外，在高壓直流供電模式中考慮到現(xiàn)有的基站設備無法直接由高壓直流供電，提出了利用降壓方式給-48V設備供電或通過遠供方式供電。

3.2基站供電要求

對于基站側供電方面，標準中首先分析了5G場景由于功率密度的增大和整體功率的升高帶來的一些問題，如壓降、配電開關容量不足、備電容量不足、制冷和維護等問題。同時，5G基站的建設還應考慮其他因素，如降低成本、快速建設、高效節(jié)能、與現(xiàn)有基站兼容的特性等?；诖?，提出了C-RAN和D-RAN場景的供電方式。

針對C-RAN基站，BBU會池化，而AAU可能會本地供電或者遠端供電，具體供電架構如圖所示?？紤]到未來發(fā)展，C-RAN站點今后還會集成邊緣計算設備。筆者認為，BBU池化不僅帶來供電的一些特殊需求，也會帶來制冷方面的挑戰(zhàn)。但由于該標準不涉及制冷方面，本文不做贅述。

對于D-RAN場景供電模式具體架構，主要是本地供電為主。

上述兩種場景供電架構均考慮了多種輸入能源類型、多種輸出電壓等級情況，與目前國內(nèi)中國移動設計院推動的多輸入、多輸出一體化能源柜的理念非常類似，國內(nèi)也有部分應用。此外，兩種供電場景架構圖中均有升壓供電方式，具體電壓值要求在標準中引用了ETSI EN 300 132-1中規(guī)定的最高可達-72V的電壓。雖然引入這樣一個新的電壓等級對整個信息通信供電系統(tǒng)的標準化引入了不利因素，但該方案是解決目前壓降問題的有效手段，因此與會專家同意寫入標準中。

在提出上述機房和基站供電方案的基礎上，為了提升整個系統(tǒng)能效，標準要求系統(tǒng)中應使用高效供電（如使用效率為97%及以上的整流模塊產(chǎn)品）、高效制冷（如熱交換系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)）和最大功率跟蹤的太陽能控制系統(tǒng)等方式提升站點能效（SEE）值。SEE引用自ITU-T L.1350《通信基站能效測量指標》標準，等于基站輸出能量除以輸入總能量，即數(shù)據(jù)中心領域等應用的電能使用效率PUE參數(shù)的倒數(shù)。

除了能效，系統(tǒng)的另一個重要的特性是安全。關于安全，該標準主要提出高達400V的直流遠供系統(tǒng)應具有絕緣監(jiān)察裝置，局端啟動時應考慮遠端設備的安全性，并且應具有交流輸入異常時的保護功能等方面的要求。

在基站供電智慧化管理方面，標準提到了智能削峰方案和休眠管理功能要求。首先，提出錯峰方案的主要原因是由于5G基站的高功耗，現(xiàn)有的市電容量可能無法滿足負荷容量，需要利用鋰電池儲充放電的方式補充供電容量。在探討過程中，有專家表示由于5G 網(wǎng)絡還未大面積鋪開應用，還未出現(xiàn)類似市電容量不足的情況，倘若出現(xiàn)上述情況這也不失為一種解決的方案，因此接受了該建議。另外，關于系統(tǒng)休眠技術，標準中提出系統(tǒng)應具備低負載時智能開啟休眠模式從而降低能耗，當負載增大時智能切回正常運行模式的要求。

3.3智能維護管理要求

主要圍繞供電可用性管理、能效管理、遠程維護、安全性管理和智能儲能系統(tǒng)等幾個大的方面提出相關要求。

系統(tǒng)可用性是表示可靠性的重要參數(shù)，不管是產(chǎn)品標準還是系統(tǒng)相關標準，均能夠看到可靠性、可用性相關要求，最常見的是設備可用性要求。設備的可用性計算方法為：設備可用性=MTBF/ （MTBF+MTTR）。其中，MTBF（Mean Time Between Failure）為平均無故障時間，MTTR（Mean Time To Repair）為平均修復時間。對于系統(tǒng)的可靠性一般采用基于各組成部分可靠性值以及具體可靠性模型代入公式計算的方式。而在本標準中，首次提出了站點能源可用性PAV的概念，其計算方式如公式（1）所示。

PAV =（TD -TI ） / TD （1）

其中，TD為設計不間斷工作時間；TI為運行間斷時間。

本標準提出站點應對PAV參數(shù)進行管理，并對相關安全隱患應具備極早發(fā)現(xiàn)和預警功能。

能效是一個基站的重要參數(shù)，標準提出基站應實時監(jiān)測SEE，并基于負荷狀況以及各類設備的工作狀態(tài)給出基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析提出的相關優(yōu)化策略建議。

對于遠程維護的站點，基站應具備所有設備的數(shù)字感應能力，從而由自動維護代替人工維護。通過實時遠程監(jiān)控排除故障，并對已經(jīng)發(fā)生的故障和潛在風險進行原因分析，極大地避免了不必要的現(xiàn)場勘察維護工作。

關于維護工作中的智能化安全性管理是重點保障資產(chǎn)安全，通過智能化手段具備更好的防盜功能，例如電池組的數(shù)字鎖確保其離開基站現(xiàn)場無法使用等防盜措施。

在智能儲能系統(tǒng)中提到，隨著5G站點的數(shù)量劇增、容量增大、應用場地的多樣性，推薦使用鋰離子電池，并對鋰電池提出以下要求。

（1）密度不應低于25Ah/U，且應能現(xiàn)場替換。（2）應能恒壓輸出，以解決長距離供電問題。（3）當并聯(lián)工作不應降低輸出功率。（4）應與電源系統(tǒng)的監(jiān)控管理部分實時通信，電源系統(tǒng)應實時監(jiān)測電壓、電流、溫度和SOC等參數(shù)，并完成遠程放電測試。清華大學推動的數(shù)字儲能系統(tǒng)作為一種解決方案寫入了該標準的資料性附錄中。（5）應使用磷酸鐵鋰（LFP）電池，且電池組應通過安全測試，如針刺試驗、燃燒試驗、水浸試驗和熱沖擊試驗等。

3.4可再生能源系統(tǒng)要求

為了推動5G網(wǎng)絡供電系統(tǒng)綠色可持續(xù)發(fā)展，標準提出系統(tǒng)應優(yōu)先使用可再生能源，并根據(jù)運營成本，智能選擇電網(wǎng)、儲能、發(fā)電機等不同輸入能源。

3.5電源和光纖網(wǎng)絡復合供電要求

基于最大程度地重用現(xiàn)有的基礎架構原則，標準中提出電源線路與光纖線路相結合。使用光電復合纜，將電源電纜安裝在微導管內(nèi)與光纖一并傳輸。

從總的配電結構來看，該供電方案回路分為兩級配電：第一級配電環(huán)節(jié)的傳輸電壓相對較高，稱之為“主配電”，將功率從根源供電處傳輸?shù)降诙壟潆娞?，可以采用樹形供電?a target="_blank">環(huán)形供電兩種架構；二次配電主要是將輸入的交流或高達400V直流電壓降低到符合ICT 設備輸入電壓范圍的電壓，并給主設備供電。

45G網(wǎng)絡能源國內(nèi)標準化概況

中國通信標準化協(xié)會（CCSA）在國內(nèi)率先研究了5G能源相關研究課題2018B30《5G基站供電和制冷技術研究》，主要包括5G多種場景下供電和制冷技術及今后標準化思路與方向等。在此基礎上，于2019年12 月提出了5G供電與環(huán)境的基礎設施系列標準立項，分別為《5G供電與環(huán)境的基礎設施 第1部分 總則》《5G 供電與環(huán)境的基礎設施 第2部分 室外自冷型刀片電源系統(tǒng)》《5G供電與環(huán)境的基礎設施 第3部分 多輸入多輸出一體化能源柜》和《5G供電與環(huán)境的基礎設施 第4部分 室內(nèi)機架溫控系統(tǒng)》?；跁h討論，擬遞交立項研究的標準有升壓電源模、數(shù)字儲能系統(tǒng)、機柜液冷、BBU機柜和邊緣機房標準等，且應緊隨行業(yè)發(fā)展與訴求，當5G網(wǎng)絡對供電和環(huán)境提出新要求時擴展此系列標準。

從國內(nèi)提出立項行業(yè)標準內(nèi)容可總結出行業(yè)標準緊隨行業(yè)發(fā)展。首先，對各運營企業(yè)使用量較大的產(chǎn)品進行規(guī)范化，從而有力提升5G網(wǎng)絡供電和環(huán)境產(chǎn)品質(zhì)量，進一步引導生產(chǎn)企業(yè)以及應用單位。已立項標準的第1部分總則標準，將從整體布局規(guī)劃各部分標準的核心內(nèi)容及相互聯(lián)系等方面提出總體要求；第2部分刀片電源標準，為安裝在室外的AAU進行供電的電源產(chǎn)品標準，主要針對目前國內(nèi)幾大運營企業(yè)均有大面積采購且?guī)资疑a(chǎn)企業(yè)在推動的刀片電源產(chǎn)品提供相關標準支撐，做到產(chǎn)品質(zhì)量保障工作有據(jù)可依；第3部分一體化機柜標準，針對電源設備和電池集成安裝在同一個柜內(nèi)的一體化機柜制定相關標準，該機柜為5G設備提供安裝空間和不間斷電源，同時將市電、新能源、存量電源等多路能源整合到一套系統(tǒng)內(nèi)，能夠實現(xiàn)多能源輸入智能調(diào)度，優(yōu)先利用新能源且在輸出配電方面，實現(xiàn)多電壓等級智能輸出；第4部分機架溫控系統(tǒng)，主要針對基站機房內(nèi)高熱密度場景下機架式制冷方案，以風冷為主，制冷設備安裝在機架的底部或側面?？傮w來看，5G能源國內(nèi)標準化工作主要針對5G網(wǎng)絡中產(chǎn)生的新興產(chǎn)品入手，制定該系列標準。

結合牽頭研究編寫國內(nèi)國際相關標準和研究課題經(jīng)歷，以及標準化工作中的討論情況，在重點解析ITU-T L.1210-2019《5G網(wǎng)絡可持續(xù)供電方案》國際標準的基礎上，詳細介紹了國內(nèi)行業(yè)標準立項和布局情況，給行業(yè)內(nèi)各研究人員、設計技術人員、研發(fā)技術人員和運營維護人員提供參考。
責任編輯：tzh