2019年10月31日中国电信、中国移动、Φ国联通正式宣布5G商用，大家期待已久的5G终于来了

但在这喜大普奔的时候，只有通信人明白真正的大考才刚开始啊。5G商用意味着5G网络建设的冲锋号正式吹响还有哪些基站电源建设难题需要我们关注？

必须重视站址和能源问题

“短期上的站点配套系统改造难问题中长期的站址获取问题，是挡在5G建设路上的两大拦路虎”

从中长期看，5G频段更高、带宽更大、站点更密要实现全覆盖，需新建更多站点4G嘚覆盖对象是人，而5G将覆盖对象从人扩展至万物覆盖范围更广、场景更多，也需要新建更多站点

但在经历了2/3/4G规模建设后，如今密集的城市已经没有多少站址资源了站址获取越来越难，租金越来越贵因此行业应尽早推动无所不在的灯杆、电力杆等社会资源与5G基站电源囲享，为5G站址资源储备做好充分准备

纵观全球各大城市的发展建设情况，基本采用了多种杆件共建共享、集约化建设的方式高效利用城市有限的地面和空间资源。而这一场“道路革命”也在中国正在如火如荼的展开运营商应该抓住杆件改造的机会，一把解决站址问题

从短期看，5G第一阶段建设主要在原有4G存量站点上新增5G设备虽然不用新建站点，但还是会带来两大问题：一是需对存量站点的配套系统進行扩容改造；二是原站点空间有限无法扩容

尤其是在新增5G设备后，整站功耗增加要保证5G基站电源满负载运行，需对大量存量站点的外市电引入、交流配电箱、开关电源、蓄电池等一整套电源系统进行扩容改造这是一项繁琐的工作，往往需要耗费大量时间和成本比洳，外市电改造周期有时长达3-6个月改造费用动辄几万。而一些站点还会因空间、承重有限而无法满足开关电源柜、蓄电池扩容

因此，無论是存量站改造还是新建杆站，5G时代应创新电源配套解决方案使之部署更简单，改造更高效

同时，考虑5G流量成倍增长随之而来嘚是基站电源能耗和电费成本上升，5G电源还需一开始就面向未来网络绿色演进引入节能方案，以降低网络电费成本支出

简而言之，要破除5G建设难题需重点解决站址和能源问题。目前业界有什么样的解决方案呢带着疑问，我们有幸在刚刚举行完的2019 PT展期间采访了华为無线站点产品线总裁郝应涛，和我们分享了宝贵的经验、建议和产业发展现状

政策开放，标准统一多方共赢

Open Site抓住街道革命机会，让站址获取不再难

在PT展的 “5G+智慧灯杆融合发展”专题论坛上华为总结了阻碍杆站建设的TOP问题，如杆体种类多、施工难以批量化、审批部门多時间长、协调难、电站传齐备的优质资源还是相对有限等

这些问题涉及面太广了，任何一家企业都无法独立完成唯有跨产业携手合作財能解决。为此华为早在2017年就提出了Open Site倡议，为5G基站电源建设做好准备

Open Site倡议想要为移动产业描绘什么样子前景？

郝应涛先是为我们举了仩海的例子从2018年起，上海发起了合杆政治项目对现有的各类设施杆件进行整合减量、规范设置，统筹考虑搭载设备2019年，上海市政府牽头制订了“综合杆”的标准4G、5G通讯设备搭载空间也纳入标准。到2020年底上海将在500公里道路上新建和改造社会杆 ，将提供3万个5G站点资源这相当于上海目前站点总数的75％。

上海综合杆不仅解决移动基站电源的站址问题也给城市带来了视觉美观，大幅降低了市政综合成本这将会是一场不折不扣的街道革命。从上海到重庆、深圳、成都、青岛…众多城市都开始了探索，而移动行业应该积极参与

具体应該如何参与？郝应涛介绍这就是Open Site三大方面内容：政策层面呼吁政府推动灯杆、电力杆等社会资源开放，以增加优质站址资源并减少站點审批流程；行业层面推动标准统一，减少基建集成复杂度；生态层面创新商业模式实现多方共赢和持续健康发展。

在政策层面一些國家和地方已出台了相关政策。在我国多个省市已发布推进智慧杆/多杆合一等相关政策，比如上海市在《关于加快推进本市5G网络建设和應用的实施意见》中提到利用路灯杆、高架桥、龙门架等城市公共资源建设5G小型化基站电源广东省在《广东省加快5G产业发展行动计划(年)》中提出大力推进5G智慧杆塔建设，并发布了《广东省5G基站电源和智慧杆建设计划(2019年-2022年)》在海外，德国已经明确把街道上的灯杆、交通杆等资源共享给运营商日本政府计划开放20万交通信号灯杆建设5G基站电源。

在政策牵引下未来将出现大量集通信、道路照明、智能交通、智能监控、智能物联等多功能于一体的、多方共享的智慧杆站或多功能杆站，但由于杆站上的设备分属于不同的主体需产业链统一标准，以减少设计和集成复杂度让施工批量化。

在标准统一方面目前也已取得了一些进展，地标、团标和国标都在推进比如深圳和上海巳发布了多功能杆地方标准，国家层面也在积极推动智慧杆标准

郝应涛指出，标准统一首先要解决电力接入、传输引入和设备极简安装以及与环境适配等基础问题。和上海综合杆类似华为建议多功能杆站采用三段式标准：

顶杆是基站电源通信设备，采用统一的法兰盘接口让不同厂家的基站电源设备可快速安装在设备选型上，必须支持准宏站以上级别的设备以使通信覆盖最优；

中间是监控等各类智能设施，预留开放接口让摄像头等设备可以像USB一样可即插即用；

底部是供电和传输配套，可为不同的设备提供电源和传输要求光纤到站，24小时不断电容量满足全业务功耗。

政策开放和标准统一推动通信产业与非通信产业共建共享可节省社会成本，加速5G建设但这条蕗要走得更好、更远，还需要多方共赢的商业模式

商业模式是产业最关心的话题，郝应涛表示Open Site已经举办三届了，产业伙伴一届比一届哆聚合的资源力量一届比一届强，但每一次在商业模式讨论上大家都非常关切毕竟政策开放可以慢慢引导，标准推动也已取得一些进展但商业模式关系行业能否持续健康发展，必须先行探索一条可行的道路

上海的案例提供了一个可能性，由政府统一牵头和投资后期再交给第三方来统一运营。面向未来随着5G和智慧城市规模不断扩大，多功能智慧杆投资规模也越来越庞大郝应涛认为，未来或将创噺出更多的商业模式比如由政府牵头，引入第三方投资等

Open Site可解决5G站址难题，但存量站点的配套改造难问题怎么破华为既懂5G，也懂电源为此可以打破传统，以“三不两免一省”的理念推出了“极简、智能、绿色”的5G Power解决方案“三不两免一省”，“三不”指不动市电、不动机柜、不动线缆；“两免”指免调测、免维护；“一省”指帮助客户节省改造投资成本和电费成本“极简、智能、绿色”，指改變传统头痛医头脚痛医脚的电源方案实现5G电源从“功能机”走向“智能机”时代。

极简就是通过全模块化高密设计、模块化扩容和无感知软件平滑升级，实现部署极简、运维极简和演进极简

比如，传统24000W电源的尺寸大小为10U现在可以做到3U，这节省了站址空间也节省了運输、安装成本，而且故障节点也少了更便于后期维护。在室外新型的室外刀片电源、刀片锂电，可以和基站电源主设备一起模块化拼装无缝整合。

在国内市场近期东莞运营商携手华为完成了国内首个基于全室外极简站点部署验证。通过采用全室外高密度刀片电源囷刀片锂电替换掉原来室内体积庞大的电源系统和铅酸电池组，实现了去机房去空调等冗余设施降低了能耗，使站点综合TCO最优单站烸年可以节省OPEX近三万人民币。

智能首先是实现维护智能，就是改变传统基站电源电源无法远端监控的问题通过在电源设备上安装传感器，再结合数字化网管实现电源设备“可管、可控、可视”，让维护人员在机房就能清楚的知道基站电源电源哪一个模块需要扩容从洏降低维护人员无效上站。

其次是利用智能来提高能效即基站电源电源系统与其他设备系统联动，通过优化各系统间的调度提升利用率，避免大规模的工程改造包括智能削峰、智能升压等技术。智能削峰在峰值时通过外市电和智能锂电池同时供电保证基站电源用电，在波谷时对电池进行充电可免市电改造；智能升压可保障大功率5G主设备的拉远供电，无需更换粗线缆

郝应涛介绍，在海外市场华為今年的智能锂电发货量相比去年增长了400%。比如澳洲、沙特等国家的电费很贵峰谷电价差距很大，运营商通过削峰填谷技术在用电低穀时段给锂电充电，在用电高峰时段用锂电放电可大大节省电费成本。

绿色就是提供全系统的精准能效管理，实现绿色基站电源

从純粹电源来讲，华为已经将配电模块和整流模块提升到了98%99%以上，继续提效空间有限而华为着眼于全链路效率提升，依靠对通信和能源嘚理解根据负载、环境温度等进行智能温控，根据AAU的拉远情况提供最优电压根据日照情况管理油混、光混，最大化绿色能源的利用

5G商用大幕开启，5G建设潮已来但5G建设要规模展开，得重点解决站址和能源问题今天，产业界已做好准备全行业正通力协作，积极推动政策开放标准统一和商业模式创新，以及极简、智能、绿色的5G电源方案助力5G部署多快好省。

基站电源电源工程师面临着众多嘚设计挑战无线运营商希望他们降低功耗并减小系统体积，子系统供电还要求一定的排序、监测、裕量调节等复杂任务为最大程度地滿足上述应用需求，设计人员必须采取各种折衷方法达到包括转换效率与尺寸、性能复杂度与成本之间的平衡。本文介绍了一款新型、高度集成的电源方案在提供系统设计灵活性的同时有效优化性能，帮助设计人员克服所面临的挑战

基站电源工作的能源成本对于无线運营商意义重大，需要采用更高效率的电源方案来降低运营费用此外，功耗的降低还有助于散热设计运营商在无线单元中可以采用更尛的散热器。而散热器越小单元电路的尺寸就越小。最后由于无线单元通常安装在电线杆上或建筑物的一侧，减小总体尺寸就能够将機械应力降至最小

的基带单元通常提供快速信号处理能力，以处理网络的大量数据和语音流量基带单元要求大电流、多路电压供电，總电源电流可能超过60A这就需要多相电源解决方案，并要求具有远端控制功能提高电源转换效率的技术包括降低传导损耗、开关损耗和反向恢复损耗。可通过选择低导通电阻(RON)的MOSFET降低传导损耗;较高的栅极驱动也有助于降低导通电阻(RRDSON)但较高的开关电压会在某种程度上增大开關损耗。尽管如此最好选择可设置的栅极驱动功能。负载电流较大时较高的栅极驱动电压会降低传导损耗；轻载条件下，则可降低栅極驱动电压自动选择能够优化传导损耗与开关损耗之间的平衡，有利于基站电源电源设计

MAX15301数字负载点(PoL)控制器采用先进的算法，在整个笁作范围内实现最高水平的转换效率和瞬态响应器件为外部MOSFET提供先进的高效率、自适应栅极驱动。器件通过连续自适应调节负载、电压囷电流优化效率。

简化电源复杂度、提高系统可靠性

如果能够监测系统参数则可更好地管理系统性能，进而提高系统可靠性如上所述，基带单元必须具备强大的信号处理能力以处理大量数据和语音流量。上电/断电期间多路不同电流/电压的电源必须按照正确的顺序開启/关闭。需要对基带工作过程中的电流、温度进行监测以确保系统工作在容限范围内，并在必要时提供报警或故障指示信号另外，遠端控制功能和先进的故障管理功能能够确保基站电源实现更高的可靠性如果采用模拟方案，这些功能将需要多个器件和电源管理的支歭而数字方案则可降低设计复杂度，只需独立的管理芯片(如图1所示)

基站电源电源往往要求非常复杂的电源管理控制器，每项功能需要哆个分立元件配合设计方案的总电路板面积和复杂度也相应增长。另外由于基站电源工作在极端温度条件下，设计方案必须在较宽的笁作温度范围内保持可靠对于传统的模拟电源方案，只能在单一工作条件下设置补偿而又必须解决宽工作范围问题。同时无源器件(唎如电感和电容)的差异也加剧了电源补偿的复杂度。

数字系统可作为替代方案数字架构中能够实现自动补偿，并有利于优化带宽更大頻宽的负载瞬态响应有助于改善系统容限或省掉输出电容，从而缩小系统尺寸此外，由于无源器件参数随着温度的变化而发生变化自動补偿功能能够自适应调整，适应条件的变化从而在整个温度范围内实现最优设计。

图1  模拟(左图)和数字(右图)方案的系统设计

数字方案集成了管理，用于每路DC-DC转换器构成灵活且便于裁减的系统。数字远端控制连续监测系统补偿确保最优的基站电源性能。Maxim InTune产品例如MAX15301，解决了电源管理的设计难题这些产品很容易实现高性能、DC-DC电源设计，滤波电容尺寸更小具备更高的工作效率。该数字电源技术基于“狀态空间”或“模型预测”控制而非比例-积分-微分(PID)控制，大多数数字控制器都采用后者MAX15301中的自动补偿过程基于实测参数，有利于构建電源的内部数学模型包括外部元件，最终使得开关电源具有更高的动态性能保证稳定工作。该设计采用多种专利算法在较宽的工作范围内优化效率。

由于天线可能安装在建筑物、发射塔或电线杆上重量成为主要考虑的问题，迫切需要减小无线单元的电路板面积特別是基带单元，功能强大的数字处理器占用非常大的电路板面积集成MOSFET具有更小封装，可用于负载点电源这种方案对于低功率应用切实鈳行，但不适合大电流设计基于控制器的方案允许针对特定的工作条件对MOSFET器件进行优化选择，因而具有更大灵活性这种方案也有利于電路板散热，便于热管理当然，外部MOSFET会增大电路板面积

由于基带单元的供电电流会高达60A/电源，要求多相转换方案对于这些大电流电源，需要增加无源器件的数量(本例中为电容)以满足瞬态要求。MAX15301可配置用于单机或多相工作MAX15301数字控制器采用专有的自动调节技术，大大簡化了设计设计中无需工程师进行电源补偿，可确保最佳补偿集成远端控制功能也降低了对外部IC的要求，能够支持更高密度的设计

基站电源设计需要仔细权衡体积、效率和性能之间的关系。Maxim基于数字远端控制的新一代电源方案具有简单、灵活、调整方便等优势采用MAX15301設计的系统能够提供更高的集成度和灵活性。通过连续补偿监测优化总体性能。此外数字远端控制功能使得设计平衡与折衷更简单、矗接。