5G時代是全移動和全連接的智慧時代，人與人、人與物、物與物都需要進行聯接和通信，2025年全球連接數量將會超過1000億。5G的場景及業務需求更加多樣化。eMBB (Enhanced Mobile Broadband，10Gbps)， uRRLC(Ultra Reliable and low latency communications, 1ms)以及mMTC (Massive Machine Type Communications, 1 million/km2 ) 。從4G演進到5G，單位流量的功耗(Watt/Bit) 大幅降低，但5G功耗相比4G大幅增長。預計在5G 時代，64T64R AAU最大功耗將會達到1000~ 1400W，BBU最大功耗將達到2000W左右。5G網絡將會走向低/高頻混合組網，為滿足網絡容量增長的業務需求，大量的末梢站點將會被部署，網絡站點數量將會出現大幅增加，整個網絡的功耗將呈倍數增長。5G時代，一站多頻將是典型配置。預測5頻以上站點占比將從2016年3%增加到2023年45% 。一站多頻將導致整站最大功耗超過10kW ，10頻及10頻以上站點功耗超過20kW ，多運營商共享場景下，功耗還將翻倍。5G時代需要從關注電源單部件效率到整站全鏈路效率提升，實現站點及整網能耗最低。通信能源整流轉換技術已實現98%轉換效率，逼近工程技術天花板，但整站全鏈路效率依然偏低。近三年，主要變化是“新能源”的興起，特別是鋰電、光伏、儲能的迅猛增長與應用！各種數據分析、詳細研報，建議關注下“溫度傳感器研究院”公眾號，這里就不展開講述。由于5G站點功耗大幅增加， 部分站點現有市電容量不滿足5G部署，面臨擴容。市電擴容周期長、成本高，將嚴重拖累5G部署節奏，大幅增加投資。例如：中國涉及市電改造站點比例超30%；在菲律賓改造費用約3000美元/站；南非市電擴容改造周期約12個月；德國約10個月 。5G單頻配電至少需要2路100A (或4路32A+3路63A) 。例如中國某運營商63A及其以下的直流空開路數占比約為75%，不滿足5G擴容。在5G 大功率AAU拉遠供電場景中，線纜壓降過大導致線纜損耗過大，甚至部分設備輸入電壓低于工作電壓，導致AAU無法工作。5G站點功耗增大，按照傳統備電策略，運營商在備電上的投資將倍增。同時傳統鉛酸電池能量密度低，體積大、重量重，部分站點樓面承重和空間都將面臨巨大挑戰。5G站點功耗翻倍帶來熱耗大幅增加，超過現有部分站點散熱能力，站點溫控改造周期長、成本高。部分現有機柜內部剩余空間有限，難以收容5G設備。傳統新增機柜方案將導致占地增加，部分站點空間受限，5G新增設備收容面臨挑戰。當前電費普遍占運營商收入的1%~8%，在5G時代站點功耗倍增，電價逐年上漲的趨勢下， 運營商的電費壓力將會更大，節能降耗將會是運營商的核心訴求之一。5G部署傳統方案要新增電源、電池及機柜， 導致運營商需要租用新的空間或機房，租賃費用將會增加。高頻化、5G站點多頻化也將帶來設備數量增加，維護難度及人力投入進一步增大，站點維護成本將會大幅增加。5G業務的多樣性對能源保障需求更多樣，將增加站點維護的復雜度。為了應對5G部署對能源的挑戰，提升運營商的投資效率，未來5G能源解決方案需滿足低成本部署、高效節能、快速建設、平滑演進和運維簡單的需求。5G能源在工程建設上需要做到“三不”，即 “不改市電”、“不增機柜” 和“不改配電(含粗線) ”。不改市電是指免去市電的改造(如市電變壓器、供電線纜、前級空開等) ，避免高昂的市電改造成本；利舊現有站點機柜或者搬遷老機柜，不增機柜實現不增占地；通過技術手段提升線纜的供電能力，不改配電(含不換粗線)解決鐵塔承重與高成本問題。5G能源需要實現全鏈路的節能。單一部件的節能方案已無法支撐5G站點的節能述求，需要站在整站和整網的層級思考全鏈路的節能方案。5G能源在部署上需要做到靈活、快速。例如對新建站點能實現最小的占地面積和支持最簡單快速的安裝方式；對存量改造站點能支持不改變存量電源占地大小或外觀，免去重新談判的時間和費用。在與4G建設相同或者更少的初始投資下，站點能源各子系統具備平滑向5G演進的能力。5G時代站點翻倍，站點復雜度大幅增加，運營商難以承受傳統運維方式帶來高昂的費用，5G能源需求更高效簡單的運維方式。傳統能源相當于“功能機”，只具備基本的供備電功能。傳統的設計理念難以支撐5G能源演進，需要有斷代的設計理念驅動能源從“功能機”演進到“智能機”。基于對5G網絡的深刻理解，華為提出5G能源設計需要遵從“極簡”、“高效”和“智能”三個理念。5G能源需要遵循極簡的設計理念，5G能源創新解決方案實現急速部署、簡易安裝、少占空間和簡單運維。區別于傳統基于單部件節能的設計，5G能源需要從轉換、供電、備電、配電、溫控和負載環節進行端到端的全鏈路高效設計。同時在供電環節，支持各類新能源接入， 支撐綠色節能，實現0 bit 0watt的目標。5G能源基于Bit管理Watt的理念，應用AI與Cloud技術實現電源與站點設備、電源與網絡設備多層次的智能協同，電源從“功能機”演進到“智能機”，支撐站點的CAPEX和OPEX大幅降低。同時站點運維也需要從傳統人工運維走向更高效的智能運維。基于客戶需求及面臨的挑戰，5G部署存在多種場景：小站、存量站點升級改造或疊加、新建或搬遷站點等多個場景。基于“極簡”、“高效”、“智能”的理念，針對不同場景提出最優解決方案。室內改造或疊加場景：“一頻疊加一刀片或一刀片改造一站”是室內場景極簡、快速部署5G的最優能源方案。室外宏站改造或疊加場景：室外宏站在向5G演進中，通常面臨電源容量、備電、溫控和地基不足等多種問題，采用高密鋰電替換原鉛酸、高密電源框替換原電源可實現5G部署的極簡改造，采用疊加室外高密散熱DEU可以實現不增機柜/免土建收容5G BBU。
室外AAU疊加場景：在5GAAU拉遠場景下只考慮AAU供備電，高防護等級的全系列室外刀片可實現與AAU同場景 應用，支持零占地極簡部署。針對新建或搬遷站點，在2G/3G/4G基礎上，需要考慮向5G平滑演進，“一站一柜”是全場景新建或搬遷的理想模式。室內場景：一站一柜兼容2G/3G/4G，支持功率、配電、備電向5G平滑演進。室外場景：一站一柜兼容2G/3G/4G，支持功率、備電、配電、溫控向5G平滑演進。小站設備場景多樣，安裝靈活，配套采用重量輕、體積小的刀片電源，支持抱桿/掛墻等多場景的安裝，設備與環境實現完美融合。在5G時代，對于業務連續性的要求會增大， 對小站供備電可靠性要求提升，電源需要備電接口，支持按需備電。傳統電源簡單的供備電功能無法滿足5G時代的需求，站點能源需要以電源為中心，實現電源與 站點設備的協同(空調、市電、電池 …… )、電源與網絡負載聯動。5G時代實現傳統電源向智能電源的演進。智能架構及四層協同：5G智能電源和智能部件、5G智能能源網絡架構包含智能營維平臺。基于Cloud+AI的邊緣計算能力，支撐5G智能能源的最優建設與管理。通過業務級、站點級、站網級、模塊級四層智能協同實現整站、整網的高效節能。4）智能溫控：基于AI智能，由傳統溫控僅由1個變量(環境溫度)控制，轉變到溫控與基站其他N個因素協同 聯動 (如天氣預測、環境溫度、業務狀態、設備溫度…… ) ，實現高效節能。5G智能電源具備全鏈路高效節能的特點，區別于4G時代單部件高效計，5G智能電源從供電、轉換、備電、溫控、配電和負載環節進行端到端的節能系統設計，追求“0 bit 0 Watt”的終極目標。智能鋰電，主要有從傳統鉛酸向智能鋰電演進；“以鋰代鉛； 電池應用從單純備電到備電+循環”及其“通訊/5G基站儲能”！5G網絡為滿足最終業務應用的要求，網絡的動力可用度 (PAV)、運維效率、站點能效 (SEE)、站點安全等都需要達到更高的水平。通信電源是整個通信網絡的關鍵基礎設施。通信電源系統是通信系統的心臟， 穩定可靠的通信電源供電系統， 是保證通信系統安全、可靠運行的關鍵， 一旦通信電源系統故障引起對通信設備的供電 中斷，通信設備就無法運行，就會造成通信電路中斷、通信系統癱瘓，從而造成極大的經濟和社會效益損失。
根據中國電源協會統計，隨著全球 5G 建設的 加速推進，2023 年我國電源市場規模有望達到 194 億元；2021-2023 年，我國通信電源年復合增長率 達 7.11%。5G產業鏈的上游包括網絡規劃運維以及芯片、光器件、光纖光纜、視頻器件等各類器件材料。網絡規劃運維包括無線接入網、業務承載網等前期規劃設計和后期優化運維。
5G通信技術器件材料具體包括:
· 芯片及模組
· 視頻器件：射頻器件、射頻電纜、天塔及鐵塔、手機濾波器/天線/PA
· 光器件
· 光纖光纜：光棒輔材、光纖光纜
5G產業鏈上游需要用到溫度傳感器的，主要在光模塊/光器件。配合濾波器，也可能用到溫度傳感器！
5G產業鏈的中游為設備網絡，包括主設備商、基站/天線、網絡、配套。
· 主設備商：基站、傳輸設備 FiberHome MEDIATEK
· 基站/天線：小基站、天線
· 網絡：SDN/NFV、網絡工程、網絡優化、 UNIS 紫光 世紀鼎利
· 配套：配套設備、芯片終端配通信業務
設備網絡中，傳輸網絡是5G的大動脈，基站顯得尤為重要。目前，5G關鍵技術的具體方案已經基本確定。MassiveMIMO(大規模天線陣列)技術成為5G的標準技術之一。隨著5G技術的推廣、應用，天線數量將大幅增加。5G技術需要新的網絡架構和網絡拓撲，即使用SDN(軟件定義網絡)/NFV(網絡功能虛擬化)實現網絡架構，并大量使用SmallCell(小基站/小蜂窩)構建網絡。5G產業鏈中游，溫度傳感器應用比較廣泛：基站、小基站。通信行業的基站能耗問題歷來已久。基于目前的測試結果,5G基站的電能消耗或是4G基站的2倍到3倍,基站數量又多,用電費用預計將占5G基站運營成本的40%以上。據專家預測,到2025年,通信行業將消耗全球20%的電力。5G 基站大規模建成投運將拉動全社會用電量增長,5G 對電力需求的影響將廣泛的體現在核心網和 IDC 的運行、各種新型應用場景、商業模式以及衍生出的海量數據的傳輸、處理上。通信基站內的電源設備和通信設備等都需要在一定的溫濕度條件下運行，同時對空氣的清潔度也有一定的要求。基站內的電源系統、配電系統以及通信設備在運行過程中都會發熱，因此要保證基站維持一定的溫濕度，需要配置合適的制冷系統。目前，在大部分無人值守的基站，制冷系統都是不間斷地工作，其耗電量占總耗電量的占比超過40%。目前，基站內普遍使用舒適性家用空調，空調設備無法接入動環監控系統，智能化程度較低。智能熱交換系統利用室外自然冷空氣作為冷源，當室外空氣溫度與基站內空氣溫度差達到一定程度時，采用換熱系統利用室外冷空氣降低室內空氣溫度。“如下圖所示，智能熱交換系統主要由換熱芯體、室內側風機、室外側風機、控制器、用于環境監測的溫濕度傳感器和其他附件組成。”石冢、芝浦、大泉、華工高理與特普生等溫度傳感器領域的專家告訴溫度傳感器研究院的研究員。
智能熱交換系統適用于室內外溫差較大的地區，可以很好地降低空調能耗，同時延長空調壓縮機的使用壽命，降低通信運營商的運營維護成本。熱管換熱系統利用室內外溫差，通過封閉管路中工質的蒸發、冷凝將室內的熱量傳遞到室外，形成動態熱力平衡的循環，維持基站內工作環境穩定。“熱管換熱系統主要由室外冷凝器、室內蒸發器、連接管、控制系統及溫濕度傳感器等部件組成。”“熱管換熱系統的基本工作原理基于室內外溫度數據，室內溫控目標溫度用T0表示，熱管換熱系統啟動溫度用T1表示，基站空調啟動溫度用T2表示，設備停機溫度用Ts表示，其中T2>T1>T0>Ts。“控制系統通過室內和室外的溫濕度傳感器持續監測基站室內和室外的空氣溫濕度，當基站內溫度低于Ts時，熱管換熱系統和基站空調均不運行以節約能源消耗。當基站內溫度達到T1且T0與室內外溫差滿足運行條件時，熱管換熱系統啟動運行，當溫度低于Ts時，系統停止工作以節能。如果熱管換熱系統不能滿足室內降溫，基站內溫度超過T2，控制系統就會啟動基站空調進行降溫。”液冷散熱技術對比傳統制冷系統，具有散熱效率高，能耗低等優點，目前在數據中心機房等應用較多，在基站內的應用較少。諾基亞別出心裁，開發出了液冷技術，Harry Kuosa表示：“傳統上，基站是通過空氣流動來冷卻的，而諾基亞的這項創新是利用液體作為冷卻劑，液體能比空氣更有效地散發基站的熱量。最終，這套液冷系統可將能耗降低約30%，將二氧化碳排放量減少80%。”諾基亞已通過與Elisa和Efore公司合作，在芬蘭赫爾辛基的一棟公寓大樓里部署了全球首個液冷基站系統。據報道，該液冷基站系統除了可以實現省電30%，二氧化碳排放量減少80％外，還移除了空調和風扇，大大降低了基站運行噪音，并且可回收基站排放的廢熱，二次應用于公寓大樓的供暖系統。“諾基亞這套系統，目前還沒公布技術細節，但是，目測溫度傳感器相關產品必不可少。”石冢、芝浦、大泉、華工高理與特普生等溫度傳感器領域的專家特別強調。基站智慧能源管理系統不同于傳統的基站監控系統，它具有統計數據分析、數據挖掘、能耗評價、能耗優化和節能控制等多種功能，能夠更好地提升能效并且幫助運維人員管理基站運行。智慧能源管理系統由分布在電源設備和基站內其他設備上的傳感器、測量儀器、控制器、有線或無線傳輸網及服務器組成。4G時代，平均一個基站62%的電費被主設備消耗，其它都被溫控（空調）、電源系統等使用，也就是站點能效僅62%。而華為的刀片式電源，可讓5G站點的溫控能耗極大降低。
華為新一代刀片式基站5G時代，華為的刀片式電源系統，可實現自然散熱，免于維護，將不再需要空調降熱，連風扇也不用，電源系統的效率就是站點能效，效率自然高了許多，不再有過多浪費的電能。目前的供電系統節能技術主要集中在提高電源設備能效、引入新能源取代或部分取代市電以及根據峰谷電價錯峰用電等方面。
（基站供電系統示意圖）高頻開關電源系統的主要核心部件是整流器，整流器的效率直接影響高頻開關電源系統的效率。通常通信基站在設計時會考慮到冗余配置，這就導致在基站實際運行時，通信設備負載電流通常工作在整流器的50%負載率以下，閑時負載率將會更低。某品牌普通50A整流器和高效50A整流器的效率曲線對比如下圖：（某品牌普通50 A整流器和高效50 A整流器效率曲線）5G網絡建設的速度逐漸加快，分布式站點布局越來越多，分布式站點的電源系統需求也日益提升。因為5G網絡傳輸的特殊性，在靠近居民區、商業區等人流密集場所，傳統的供電方案難以適配，急需一種新的電源系統解決方案。5G一體化電源系統具有體積小、重量輕、效率高、靈活取電、快速安裝、免維護等特性，可以安裝在城市街道、高速路旁、居民樓道、樓頂、弱電井、地下車庫等多種場景，支持壁掛、抱桿、旗裝、平裝及落地等多種安裝方式，是5G微基站建設比較理想的電源解決方案。5G一體化電源系統由電源模塊和電池模塊兩部分組成，均為鋁制外殼，可以達到IP65防護等級的要求。電源模塊和電池模塊均無散熱風扇，內部結構采用隔離設計，整體采用自然散熱方式。（更多詳細內容，可以關注“溫度傳感器研究院”微信號《5G電源與溫度傳感器》文章）。在太陽能充足的情況下，光伏供電系統作為唯一電源為通信設備供電，同時為蓄電池組充電.當光照不足，太陽能無法滿足通信設備負荷時，高頻開關電源系統開始工作。當太陽能充分恢復足以為負載供電時，高頻開關電源系統將關閉，整個電源系統可以最大限度地利用太陽能，減少電網電力消耗。通信基站內的蓄電池組通常按照高頻開關電源系統的額定容量進行配置，而在實際使用中，高頻開關電源系統的負載量通常在額定功率的50%以下，這就使得通常情況下基站內的蓄電池組都存在著一定的富余容量。對于存在峰谷電價差的地區，可以利用基站內的蓄電池組應用峰谷儲能技術（削峰填谷技術）降低電費成本。“這些升級供電方式的節能，從上圖可以看到，大量應用蓄電池、空調、通信設備，移動油機、高頻開關電源系統，都需要熱管理、溫度控制，都可以用到溫度傳感器相關產品與技術。”
特普生，成立于2011年，是國家高新技術、專精特新企業。主要研制NTC芯片、熱敏電阻、溫度傳感器、儲能線束、儲能CCS集成采集母排、儲能模組鋁巴等溫度采集產品系列。一體化研制、一致性品質的特普生，競爭力優勢明顯：自主研制NTC芯片核心技術及實現醫用0.3%精度；專利百項，保留不公開技術2項；為全球新能源產品、大消費品與工業品提供了定制化的溫度采集技術。
文章鏈接：//perfectbuildcon.com/knowledge/512.html，部分素材來源于網絡，若有不適，請及時聯系我們刪除。
