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當(dāng)前位置：首頁(yè)技術(shù)文章5G基站能耗監(jiān)控解決方案

5G基站能耗監(jiān)控解決方案

更新時(shí)間：2021-03-24點(diǎn)擊次數(shù)：1068

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著5G時(shí)代的到來(lái),通信業(yè)務(wù)種類和終端連接數(shù)呈爆發(fā)式增長(zhǎng),通信行業(yè)節(jié)能降耗面臨著巨大的挑戰(zhàn).。相比于已商用的4G技術(shù),5G需要支持更大的帶寬,更多的通道數(shù)以滿足ITU提出的性能需求,但這也導(dǎo)致了5G能耗的顯著增加.基站節(jié)能技術(shù)是通過(guò)在時(shí)和頻域上關(guān)閉相應(yīng)的發(fā)射資源來(lái)實(shí)現(xiàn)基站能耗的有效降低,為了避免節(jié)能技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和用戶體驗(yàn)的影響,在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要尋找節(jié)能效果和網(wǎng)絡(luò)性能間的相互平衡。本文提供了一套從監(jiān)測(cè)到管控用能的解決方案，可以良好的解決基站用能過(guò)高問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：5G基站；基站能耗管理；能耗監(jiān)控；

 

 

1  5G基站建設(shè)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)已建成超71.8萬(wàn)個(gè)5G基站，5G終端連接數(shù)超過(guò)了2億，運(yùn)營(yíng)商5G的投資也超過(guò)了幾千億，已經(jīng)基本將5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋到全國(guó)所有的地級(jí)以上城市，獨(dú)立組網(wǎng)模式正實(shí)現(xiàn)規(guī)模部署，還將充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)優(yōu)勢(shì)提供大寬帶、低延時(shí)等方面的服務(wù)。

疫情為國(guó)民經(jīng)濟(jì)摁下了暫停鍵，如果要實(shí)現(xiàn)盡快恢復(fù)，必須采取措施；ㄓ兄跀U(kuò)大需求、穩(wěn)增長(zhǎng)、穩(wěn)就業(yè)。防疫期間，全民隔離讓全社會(huì)對(duì)數(shù)字技術(shù)的需求集中井噴。幾億人在線辦公，全國(guó)所有學(xué)生在線上課，還有幾乎所有的生活物資的交易，都是在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)實(shí)世界停擺的時(shí)候，數(shù)字世界建立了一套支撐現(xiàn)實(shí)世界的新“循環(huán)系統(tǒng)”。

有了云計(jì)算的支撐，大數(shù)據(jù)支撐的科學(xué)決策、各種算法支撐的人工智能，智聯(lián)網(wǎng)支撐的萬(wàn)物互聯(lián)，以及全面在線才有擁有可能。由此，全面支撐了疫情期間的社會(huì)治理、資源調(diào)配，科學(xué)決策，組織協(xié)同。

 在消費(fèi)領(lǐng)域，5G+超高清、5G+AR/VR等技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，如游戲娛樂(lè)、賽事直播、居住服務(wù)等新技術(shù)應(yīng)用仍在探索和實(shí)踐中。諸如教育、應(yīng)用等，可基于5G+人工智能+大數(shù)據(jù)技術(shù)下，以提供相應(yīng)服務(wù)。此外，這兩年的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展也是非常迅猛的，全國(guó)在建項(xiàng)目超過(guò)了1100個(gè)，有很多非常好的應(yīng)用場(chǎng)景得以實(shí)現(xiàn)，

 

2  5G基站用能情況

5G基站能耗是4G的3~5倍，單個(gè)5G基站，在沒(méi)有用戶接入的情況下，每小時(shí)耗電達(dá)到2.1千瓦；目前全市5G用戶少，按每天7小時(shí)無(wú)用戶計(jì)算，單站每月空耗用電就達(dá)到440度，每年達(dá)到5300度，通過(guò)廠家網(wǎng)管僅能關(guān)閉基站發(fā)射單元，減少1/3的能耗；5G基站用電*，需要及時(shí)觀察5G基站電流電壓變化。

有統(tǒng)計(jì)指出，每GB流量約消耗2千瓦時(shí)的電量，也就是說(shuō)下載一部1GB的電影相當(dāng)于2000瓦吹風(fēng)機(jī)連續(xù)工作1小時(shí)。若按每度電1元計(jì)算，下載一部1GB的電影，運(yùn)營(yíng)商需支付2元電費(fèi)，如今無(wú)限流量套餐流量上限動(dòng)輒40GB，而可預(yù)見(jiàn)的5G資費(fèi)只會(huì)降不會(huì)升，可想而知，隨著5G流量需求暴增，運(yùn)營(yíng)商的電費(fèi)成本壓力越來(lái)越大。

而在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來(lái)自廣泛分布的基站。越加密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網(wǎng)絡(luò)面臨的一大成本挑戰(zhàn)。

3  基站供電系統(tǒng)及用能分析

通常，基站的供電系統(tǒng)由市電引入，通過(guò)交流配電箱、開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為-48V直流后連接到基站設(shè)備，基站設(shè)備再通過(guò)饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。

 

基站設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含：BBU、射頻（RF）單元、功率放大器（PA）、主電源、天線接口、扇熱系統(tǒng)等，其中BBU包含控制單元、傳輸單元和基帶處理單元等，主要負(fù)責(zé)信號(hào)濾波、OFDM、調(diào)制解調(diào)、頻域處理（符號(hào)映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（數(shù)字預(yù)失真處理）等功能。

 

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，可以基站功耗分為三大類型：傳輸功耗、計(jì)算功耗和額外功耗。

傳輸功耗：指功率放大器（PA）和射頻（RF）部分所消耗的電量，其主要執(zhí)行基帶信號(hào)與無(wú)線信號(hào)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換，饋電線的功耗包括在傳輸功耗之內(nèi)。

計(jì)算功耗：指BBU消耗的電量，包括數(shù)字部分處理、管理和控制、與核心網(wǎng)和其他基站間通信等相關(guān)功耗。

額外功耗：指從市電引入到基站直流供電的整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的額外損失的電量，也包括機(jī)房空調(diào)、制冷設(shè)備所消耗的電量。

對(duì)于傳統(tǒng)2G3G4G基站，由于基站的計(jì)算能力較小，通常傳輸功耗大于計(jì)算功耗，即BBU功耗小于PA和RF部分功耗，因此傳統(tǒng)基站提升能效的辦法主要集中在減少傳輸功耗，比如我們?cè)陂e時(shí)關(guān)閉部分載頻和射頻部分來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。但5G時(shí)代情況不一樣了。密集分布的小/微基站和Massive MIMO天線，是5G基站的兩大主要特征。一方面，Massive MIMO本身是以更高的計(jì)算成本為代價(jià)降低傳輸功耗；而小基站覆蓋范圍小，PA更低，也意味著傳輸功耗更低。另一方面，由于5G傳輸速率將成倍提升，5G基站將處理海量數(shù)據(jù)，且隨著5G業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，5G BBU的計(jì)算功耗將逐漸上升。

因此，在5G時(shí)代，基站的計(jì)算功耗將大幅提升超過(guò)傳輸功耗。5G基站計(jì)算功耗上升，帶來(lái)的不僅是耗電問(wèn)題，還有扇熱問(wèn)題；同時(shí)，隨著5G邊緣計(jì)算和高速本地緩存的發(fā)展，未來(lái)那些掛在城市燈桿上的小基站將執(zhí)行越來(lái)越多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算，這為5G部署提出了新的挑戰(zhàn)。

5  5G基站能耗監(jiān)控解決方案

基站智慧用電云平臺(tái)通過(guò)對(duì)5G宏站和室分站點(diǎn)加裝交/直流智能監(jiān)控設(shè)備、無(wú)線采集設(shè)備以及系統(tǒng)管理平臺(tái)，完成夜間無(wú)業(yè)務(wù)時(shí)段的下電操作，減少電能消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本支出，以及提升通信設(shè)備供電線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)保護(hù)功能；系統(tǒng)后臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)的供電線路歷史電氣性能數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決建議對(duì)策，減少后續(xù)同類故障的發(fā)生率，提升供電線路運(yùn)維管控能力。

5.1 方案主要特點(diǎn)

5.1.1 人防+物防

儀表24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，線路出現(xiàn)問(wèn)題自動(dòng)報(bào)警

維護(hù)檢修系統(tǒng)派單，狀態(tài)跟蹤，結(jié)果核查

5.1.2 數(shù)據(jù)融合分析

歷史數(shù)據(jù)保存便于問(wèn)題排查

定點(diǎn)數(shù)據(jù)圖形化展示，通過(guò)圖表提供對(duì)未來(lái)情況的預(yù)測(cè)

5.1.3 遠(yuǎn)程控制

針對(duì)每個(gè)基站的使用情況設(shè)定下電策略，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控

5.2 方案主要功能

5.2.1 首頁(yè)功能

  • 地圖顯示對(duì)應(yīng)基站的位置。包括基站的詳細(xì)信息和設(shè)備配置情況。
  • 顯示本月基站的報(bào)警情況和處理情況

 

5.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控

  • 顯示基站的設(shè)備詳情和設(shè)備在線失聯(lián)狀態(tài)
  • 顯示具體設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史曲線供查詢
  • 提供分合閘功能供用戶對(duì)儀表進(jìn)行操作
  • 提供參數(shù)設(shè)置功能，用戶能對(duì)儀表內(nèi)置的報(bào)警值和保護(hù)開(kāi)關(guān)等進(jìn)行操作

 

 

5.2.3 隱患管理

 

5.2.4 設(shè)備啟停調(diào)節(jié)

對(duì)不同的基站設(shè)置不同的分合閘策略，下發(fā)周期可以按照年~月~周~日來(lái)進(jìn)行選擇，提供下發(fā)命令的日志供用戶進(jìn)行查詢。

 

5.2.5 設(shè)備信息管理

對(duì)設(shè)備可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的進(jìn)線和出線關(guān)系，來(lái)對(duì)每一個(gè)基站的使用功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以分析基站的使用負(fù)載。從而可以分析不同區(qū)域的基站使用情況。

5.2.6 溫度控制管理

對(duì)各個(gè)基站的溫度進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于范圍內(nèi)，會(huì)開(kāi)啟空調(diào)，其實(shí)時(shí)間會(huì)關(guān)閉空調(diào)

6  能耗監(jiān)控硬件設(shè)備選型

6.1 新建基站能耗監(jiān)控選型

6.1.1交流基站配置

配置方案

數(shù)量

實(shí)現(xiàn)功能

備注

儀表

DTSD1352-xSyD

1

檢測(cè)x個(gè)三相回路和y個(gè)單相回路的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、復(fù)費(fèi)率電能、電能凍結(jié)、2-31次諧波、極值統(tǒng)計(jì)、RS485通訊、LCD顯示等。

DTSD1352-xSyD（x、y為回路數(shù)）
xS：x個(gè)三相回路，需配置三相互感器
yD：y個(gè)單相回路，需配置單相互感器

通訊協(xié)議符合YD/T1363相關(guān)要求

互感器

三相

互感器

AKH-0.66/Z-15Y 

x

三個(gè)互感器為一整體，測(cè)量三相回路電流
額定電流100A，孔徑：φ15

三相回路采用三相互感器時(shí)

單相

互感器

AKH-0.66/W-20Y

y

單個(gè)互感器，測(cè)量單相回路電流
額定電流250A，孔徑：φ20

單相回路采用單相互感器時(shí)

單相

互感器

AKH-0.66/W-20Y

3x+y

單個(gè)互感器，測(cè)量單相回路電流
額定電流250A，孔徑：φ20

所有回路均采用單相互感器時(shí)
如配置了AKH-0.66/Z-15Y，則不配置該項(xiàng)

 

6.1.2 直流基站配置

配置方案

數(shù)量

實(shí)現(xiàn)功能

備注

儀表

AMC16-DETT

1

檢測(cè)6個(gè)直流回路的分路電壓、電流、功率、電能、復(fù)費(fèi)率電能、以及總功率總電能、RS485通訊、LED狀態(tài)指示燈，具備市電檢測(cè)、±12V霍爾傳感器供電輸出等功能。

電流回路需要接入0-5V的霍爾傳感器
-48V DC供電（-48~-60VDC）
通訊協(xié)議符合YD/T1363相關(guān)要求

霍爾傳感器

AHKC-EKA 50A/5V

x

額定電流50A/5V，孔徑：φ20

通常用于分回路計(jì)量，數(shù)量不超過(guò)6個(gè)

AHKC-EKB 100A/5V

x

額定電流100A/5V，孔徑：φ40

通常用于分回路計(jì)量，數(shù)量不超過(guò)6個(gè)

AHKC-K 200A/5V

x

額定電流200A/5V，孔徑：64*16mm

通常用于總回路計(jì)量，數(shù)量不超過(guò)6個(gè)

 

6.2 改造基站能耗監(jiān)控選型

 

6.2.1 交流基站配置

 

配置方案

數(shù)量

實(shí)現(xiàn)功能

備注

儀表

ADW350WA

1

檢測(cè)3路單相回路或者1路三相回路的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、復(fù)費(fèi)率電能、電能凍結(jié)、2-31次諧波、極值/RS485通訊等；帶有3路開(kāi)關(guān)量輸出，2路測(cè)溫，以及2G/NB/4G等無(wú)線通訊方式。

3路開(kāi)關(guān)量輸出（選配K）

2路測(cè)溫（選配T）

RS485（選配C）

GPRS無(wú)線通訊（選配2G）

NB-IOT無(wú)線通訊（選配NB）

4G無(wú)線傳輸（選配4G）

其中2G、NB、4G三選一

 

 

互感器

 

AKH-0.66/W-9N

3

單個(gè)互感器，測(cè)量單相回路電流
額定電流50A，孔徑：φ9

電流規(guī)格為50A時(shí)

AKH-0.66/W-12N

3

單個(gè)互感器，測(cè)量單相回路電流
額定電流100A，孔徑：φ20

電流規(guī)格為100A時(shí)

6.2.2 直流基站配置

配置方案

數(shù)量

實(shí)現(xiàn)功能

備注

儀表

ADW350WD

1

檢測(cè)3路單相回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、復(fù)費(fèi)率電能、電能凍結(jié)、極值/RS485通訊等；帶有3路開(kāi)關(guān)量輸出，2路測(cè)溫，以及2G/NB/4G等無(wú)線通訊方式。

3路開(kāi)關(guān)量輸出（選配K）

2路測(cè)溫（選配T）

RS485（選配C）

GPRS無(wú)線通訊（選配2G）

NB-IOT無(wú)線通訊（選配NB）

4G無(wú)線傳輸（選配4G）

其中2G、NB、4G三選一

 

 

霍爾傳感器

 

AHKC-BS

3

測(cè)量單相回路電流
100A/5V，孔徑：10.5*20.5

供電：DC±15V（允許波動(dòng)±20%）

 

7  案例分析

在廣州某區(qū)5G基站應(yīng)用，此站點(diǎn)共部署3個(gè)華為AAU，單項(xiàng)供電；電源輸入240V，8.9A，實(shí)時(shí)功耗在2.1KW。遠(yuǎn)程控制設(shè)備采用帶4G全網(wǎng)通物聯(lián)網(wǎng)電表，220V輸入，額定電流60A，功耗13KW，采用電信4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，每分鐘上報(bào)一次。

安裝后測(cè)試，可以正常遠(yuǎn)程開(kāi)閉，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控用電情況。按每天關(guān)閉7小時(shí)（00:00-07:00），每月可節(jié)省14.17*30=425度電，相當(dāng)于每月可節(jié)省510元電費(fèi)（1.2元/度電）。

按照該地區(qū)共485個(gè)5G基站計(jì)算，則每月可節(jié)省485*510=24.735萬(wàn)元。