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通信電源是全球科技創(chuàng)新活躍領(lǐng)域,行業(yè)發(fā)展依靠科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 中遠(yuǎn)通    2023-12-05

(1)通信電源

通信是構(gòu)筑全球互聯(lián)互通的數(shù)字化社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施,是全球競(jìng)相發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。行業(yè)內(nèi)企業(yè)通過(guò)持續(xù)的科技創(chuàng)新研發(fā)投入,不斷地推動(dòng)通信技術(shù)朝著低時(shí)延、高速率、大容量和高安全性的目標(biāo)迭代演進(jìn),使通信行業(yè)發(fā)展成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。作為通用目的技術(shù),5G 是全面構(gòu)筑經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,也是通信行業(yè)未來(lái)的核心發(fā)展方向。當(dāng)前,5G在全球范圍內(nèi)正處于產(chǎn)業(yè)化培育的關(guān)鍵時(shí)期,未來(lái)的發(fā)展仍將高度依靠科技創(chuàng)新。

通信電源作為通信系統(tǒng)設(shè)備和服務(wù)器的關(guān)鍵模塊,發(fā)揮著為通信設(shè)備和系統(tǒng)提供穩(wěn)定供電,確保通信網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的核心作用。通信電源需要根據(jù)通信技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展方向進(jìn)行前沿技術(shù)研發(fā),推動(dòng)新一代通信技術(shù)發(fā)展,屬于科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型行業(yè)。以 5G 通信技術(shù)對(duì) 5G 通信電源技術(shù)的要求為例,通信電源技術(shù)創(chuàng)新表征如下:

①更大的輸出功率和更高效率

由于 5G 通信需要采用 Massive MIMO 等技術(shù),5G 基站的 AAU 單扇區(qū)輸出功率由 4G 的 40W~80W 上升到 200W 甚至更高,同時(shí)由于處理的數(shù)據(jù)量大幅度增加,BBU(基帶處理單元,在 5G 某些組網(wǎng)模式下被拆分為 CU 和 DU)的功率也大幅增加,其功率已經(jīng)超過(guò) 1,000W。對(duì)于目前較流行的 3 扇區(qū) AAU+1個(gè)BBU 的 5G 基站組網(wǎng)方式,假設(shè) AAU 效率為 20%,那么單單為 5G 基站供電的通信電源的輸出功率需要達(dá)到約 4,000W,而原有 4G 通信基站供電的通信電源輸出功率為 2,000W-3,000W。因此,5G 基站對(duì)單電源模塊的輸出功率要求大幅提升。

5G 通信不僅對(duì)通信電源的轉(zhuǎn)換效率提出了更高的要求,而且要求在很寬的范圍內(nèi)效率都要達(dá)到最高值。一方面,5G 通信對(duì)電能需求增大意味著對(duì)通信電源的效率要求更高,從而降低通信運(yùn)營(yíng)成本(OPEX)。供電系統(tǒng)不僅自身需要消耗電能,還會(huì)加劇制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),提高通信電源轉(zhuǎn)換效率是通信數(shù)據(jù)中心降低成本的關(guān)鍵手段之一。

另一方面,5G 通信的數(shù)據(jù)流量相比 3G/4G 通信變得更加不均衡,某時(shí)段流量可能極大,某時(shí)段可能較小,這意味著通信電源的實(shí)際負(fù)載范圍會(huì)從輕載到滿(mǎn)載。對(duì)于 5G 通信電源,為了確保在任何負(fù)載下通信系統(tǒng)的耗電都達(dá)到最低值,效率的要求不再是某一負(fù)載下達(dá)到最高值,而是要求在很寬的范圍內(nèi)效率都要達(dá)到最高值,效率曲線(xiàn)變?yōu)檩^為平穩(wěn)的直線(xiàn)。

②高功率密度

對(duì)于通信數(shù)據(jù)中心及宏基站,多數(shù)采用現(xiàn)有設(shè)備擴(kuò)容的方式來(lái)建設(shè) 5G 通信設(shè)備。其中留給用于 5G 通信需要的電能的電源柜的空間往往極其有限,甚至只能采用原有電源柜。在這些情況下電源柜的輸出功率需要大幅度增加。這就要求通信電源模塊在保持體積基本不變的情況下輸出功率大幅度增加,即功率密度提升。

對(duì)于 5G 微基站,AAU 的供電電源采用抱桿設(shè)計(jì),為了降低整體箱體重量和尺寸,要求內(nèi)部的電源尺寸盡量小,高度盡量低,相應(yīng)地電源的功率密度需要大幅度提高。

③自然散熱

在 5G 通信中,微(?。┗緮?shù)量將大幅度增長(zhǎng),這些微基站的供電電源絕大多數(shù)都將被安裝在密閉空間內(nèi),以滿(mǎn)足 IP65 等防護(hù)等級(jí),從而可以被安裝在室外、野外等環(huán)境。由于被安裝于密閉空間,因此這一類(lèi)通信電源只能采用自然散熱(無(wú)強(qiáng)制風(fēng)冷或無(wú)水冷)方式。與此同時(shí),5G 制式下通信電源的輸出功率相比 3G/4G 通信制式更大,這對(duì)通信電源的散熱設(shè)計(jì)帶來(lái)更為巨大的挑戰(zhàn)。

④高可靠性

作為通信系統(tǒng)的心臟,通信電源的可靠性決定了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。5G 通信將會(huì)應(yīng)用在自動(dòng)駕駛、智能制造、人工智能等重要場(chǎng)合,因此 5G 通信中對(duì)通信電源系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。同時(shí),5G 通信海量的微(?。┗救舫霈F(xiàn)批量失效,其維修成本將高得驚人。為了降低維護(hù)成本,提高電源的可靠性是對(duì) 5G 通信電源的主要要求之一。

⑤數(shù)字化和智能化

數(shù)字化和智能化技術(shù)能更好地應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)模擬方案不能解決的技術(shù)瓶頸,滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商對(duì)通信電源系統(tǒng)性能、可靠性以及功能多樣化不斷提升的要求。數(shù)字系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)字接口豐富等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還能完成很多復(fù)雜的算法而不需要更改硬件電路,這些都是傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的。

智能化數(shù)字控制技術(shù)在 5G 應(yīng)用場(chǎng)景下能更好地實(shí)現(xiàn)全面的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、模塊在線(xiàn)升級(jí)以及系統(tǒng)的智能化提升,通信電源的全面數(shù)字化,帶來(lái)了通信電源性能、可靠性的提升,使通信電源更加智能化,對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景具有更好的適應(yīng)性。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,通信電源將達(dá)到更高的效率,更加可靠和易于使用。

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