【導讀】在5G技術如此快速“進化”進程中，對于電源相關技術是一種考驗，甚至有工程師稱5G電源如同“電老虎”……與傳統基站相比，5G基站站址更密集、環境更復雜、功耗倍增，基站基礎設施需要具備快速部署、免維護、高效、能源數字化等特性，成為通信能源產業的全新命題。
華為首款5G手機，Mate 20 X 5G版一經發售秒售罄，預約超百萬。自6月初四大運營商取得工信部授予的5G商用牌照起，中興、華為均在近期加快5G相關進程。而值得一提的是，5G在部署的早期階段，華為就在近期宣布已經開始在其渥太華實驗室研究其第6代網絡解決方案，也就是6G。
據專業人士分析，部署初期，5G網絡主要采用CU和DU合設+AAU的設備方案,即在基站側采用BBU+AAU單元的建設模式。其中，BBU單元安裝在機房或室外機柜內，集成RRU和大規模天線陣列功能的AAU單元安裝在室外天面。由于5G采用MIMO技術，BBU功耗將比現網4G系統的BBU功耗增加2倍，AAU功耗將比現網4G系統的AAU功耗增加2-3倍。
圖1 基站功耗三大類型：傳輸功耗、計算功耗和額外功耗。
所以，5G電源要有低成本、高效率、免占地和少工勘的配套方案，方便極簡快速部署，為5G網絡的快速覆蓋保駕護航。
據《人民郵電》姜蔭華報道中指出，基于對5G應用場景、網絡架構、設備演進、業務發展以及客戶需求的綜合分析，可以看出5G電源的幾個顯著的發展趨勢：取電多樣化、供電升壓化、配電精細化和營維智能化。
圖2 5G網絡架構和電源保障（來源：中國電信）
具體如下：
1、取電多樣化是指5G電源具備MIMO（Multipleinput & Multiple output）功能，兼容交流輸入（市電、油機）、太陽能、高壓直流等多種輸入，同時實現多種制式輸出，適應各類環境下的建網需求。
2、供電升壓化是指傳統的48V供電架構在5G時代可用性下降，要求5G電源系統具備升壓供電的能力。由于5G主設備能耗相比于2G/3G/4G有了大幅提升，且5G站點拉遠供電需求更多，如果繼續采用傳統的48V供電模式，線纜損耗和壓降增大，設備輸入端電壓很可能無法滿足正常的供電需求，供電升壓化逐漸成為5G電源的重要發展趨勢。
3、配電精細化是指5G電源可實現精細化下電和配電，極大提升關鍵業務的可靠性和保障能力。5G業務相比2G/3G/4G時間更加多元化，不同的業務輕重緩急各不相同，不同業務的分層分級管理可以提升網絡的可靠性，并降低網絡運維OPEX。配電精細化正是針對這一需求而提出。
4、營維智能化是指5G建設帶來站點數量增加的情況下，網絡的管理難度和對人力配置的要求都在增大，為了最大限度地減少增配人力帶來的費用增加，以及降低整網管理難度，5G網絡站點需實現營維智能管理；電源作為站點的能量來源，其穩定性和可靠性至關重要，除了可視以外，還需要能配合智能網管系統實現可管、可控。
另據“白皮書”中，華為基于對5G網絡的深刻理解，在“白皮書”中提出5G電源設計需要遵從“極簡”、“智能”和“高效”三個理念。
1、極簡：5G電源需要遵循極簡的設計理念，5G電源創新解決方案實現少占空間、簡易安裝、快速部署和簡單運維。
2、智能：5G電源基于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。
3、高效：區別于傳統基于單部件節能的設計，5G電源需要從供電、轉換、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比特0瓦特的目標。
那么具體如何為5G基站組件選擇合適的電源？據亞德諾半導體（ADI）davidmok表示，一個典型的5G波束成型發射器由數字MIMO、數據轉換器、信號處理組件、放大器和天線組成。
1、FPGA的供電，為了充分實現5G的優勢，設計人員需要使用更高頻率的無線電，通過整合更多集成型微波/毫米波收發器、現場可編程門陣列(FPGA)、更高速率的數據轉換器以及適合更小蜂窩的高功率低噪聲功率放大器(PA)，才能充分利用新頻譜，以滿足未來的數據容量需求。此外，這些5G蜂窩還將包含更多的集成天線，才能應用大規模多路輸入、多路輸出(MIMO)技術以實現可靠連接。因此，需要各種最先進的電源為5G基站組件供電。
現代FPGA和處理器采用先進納米工藝制造，因為它們通常要在緊湊封裝內的高電流條件下采用低電壓(<0.9V)執行快速計算。此外，新一代FPGA需要更低的內核電壓以大幅提高計算速度，同時又要求更高的I/O接口電壓，并且還需要額外的DDR存儲器供電軌。因此，單個FPGA實際上需要具有嚴緊容差的多個電壓和不同的額定電流，以實現最優操作。
更重要的是，為了避免損壞，必須以正確的順序對這些電壓軌的時序進行控制。使用最新的半導體技術結合領先的電路拓撲和先進封裝技術來構建電源，可以滿足這些嚴格的要求。然而，如果設計人員未能正確使用合適的電源管理解決方案，則會導致各種風險，從低效率到熱性能以及其他不希望出現的性能相關的問題。
2、高速數據轉換器的低噪聲供電，同樣，運行速度更快的精密數據轉換器（如模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)）也需要多個電源軌，例如具有極低噪聲和直流紋波的1.3V、2.5V和3.3V。通常，這些高速ADC和DAC布設在擁擠的印刷電路板(PCB)上，可用空間有限。因此，在設計這些高速數據轉換器的電源系統時，ADC和DAC的電源靈敏度必須是首要考慮因素。
在某些情況下，為了最大程度地提高電源電壓抑制比(PSRR)性能，可以在開關穩壓器之后的電源路徑中使用線性穩壓器。
3、PA和收發器的電源管理，這些新一代無線電整合了集成型收發器和低噪聲、高功率微波/毫米波PA，并具有更寬帶寬，它們的數字控制和管理系統需要使用多種專用電源技術。例如，基于氮化鎵(GaN)的低噪聲、高功率PA將需要高達28V至50V的電壓，同時基于FPGA的控制和高速ADC和DAC將需要多個更低的電壓，并具有適當的時序控制、監控和保護功能。最先進的DC/DC轉換器可提供這些5G PA所需的效率(>90%)、功率密度、低噪聲性能和控制功能。在新一代(5G)產品性能必須超越上一代(4G)的巨大壓力下，幾乎沒有任何折衷的余地。
