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5G基站耗电量分析及电流传感器的选择

发布时间:2019-07-09 阅读:479

    电流传感器也称磁传感器,可以在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等,在我们生活中都用到很多磁传感器,比如说电脑硬盘、指南针,家用电器等等。电流传感器,是一种检测装置,能感受到被测电流的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
    5G基站基于多天线Massive MIMO(大规模输入输出)、新型编码LDPC/Polar等5G先进新技术,具备超大带宽,体验速率可达1Gbps,相当于4G的100倍,峰值速率更是可达20Gbps,相当于4G的200倍。除了高速度,5G还具备 高可靠低时延、低功耗大连接两个重要特性,可大大推动远程医疗、工业控制、远程驾驶、智慧城市、智慧家居等应用的普及。
    在移动通信网络中,基站是耗电大户,大约80%的能耗来自广泛分布的基站。越加密集的基站意味着更高的能耗,这是5G网络面临的一大成本挑战。
    可是,5G基站是省油的灯吗?相对于2G3G4G,5G基站会更耗电吗?
    我们从基站原理说起。通常,基站的供电系统由市电引入,通过交流配电箱、开关电源转换为-48V直流后连接到基站设备,基站设备再通过馈线/光纤连接到铁塔上的天线。
    基站设备的内部结构主要包含:BBU、射频(RF)单元、功率放大器(PA)、主电源、天线接口、扇热系统等,其中BBU包含控制单元、传输单元和基带处理单元等,主要负责信号滤波、OFDM、调制解调、频域处理(符号映射/解映射和MIMO均衡等)、CPRI、DPD(数字预失真处理)等功能。
    根据以上结构,我们将基站功耗分为三大类型:传输功耗、计算功耗和额外功耗。
    传输功耗:指功率放大器(PA)和射频(RF)部分所消耗的电量,其主要执行基带信号与无线信号之间的信号转换,馈电线的功耗包括在传输功耗之内。
    计算功耗:指BBU消耗的电量,包括数字部分处理、管理和控制、与核心网和其他基站间通信等相关功耗。
    额外功耗:指从市电引入到基站直流供电的整个转换过程中的额外损失的电量,也包括机房空调、制冷设备所消耗的电量。
    对于传统2G3G4G基站,由于基站的计算能力较小,通常传输功耗大于计算功耗,也就是说BBU功耗小于PA和RF部分功耗,因此传统基站提升能效的办法主要集中在减少传输功耗,比如我们在闲时关闭部分载频和射频部分来实现节能减排。
    但5G时代情况不一样了。
    密集分布的小/微基站和Massive MIMO天线,是5G基站的两大主要特征。
    一方面,Massive MIMO本身是以更高的计算成本为代价降低传输功耗;而小基站覆盖范围小,PA更低,也意味着传输功耗更低。
    另一方面,由于5G传输速率将成倍提升,5G基站将处理海量数据,且随着5G业务的不断发展,5G BBU的计算功耗将逐渐上升。
    因此,在5G时代,基站的计算功耗将大幅提升超过传输功耗。
    可以预计,5G基站的计算功耗将随着带宽(或者说传输速率)的增加而不断上升,还将随着Massive MIMO天线数量增加而不断上升。
    5G基站计算功耗上升,带来的不仅是耗电问题,还有扇热问题;同时,随着5G边缘计算和高速本地缓存的发展,未来那些挂在城市灯杆上的小基站将执行越来越多的数据存储和计算,这为5G部署提出了新的挑战。
    据预计,即使是在5G部署早期,并不考虑毫米波频段,采用小于6GHz频段与234G基站共站部署,5G单站功耗也将倍增,全年电费将增长2倍。
    随着5G基站耗电量的增加,检测基站中的电流大小,管理设备的能耗成了非常重要的工作。
    5G设备中多数使用48V以下的直流电源供电,普通的电流传感器不能满足电源中直流电流的检测,这就需要用到可以检测交流和直流电流的霍尔电流传感器。
    对应于48V以下的电源系统,选用隔离电压比较低的电流传感器会在成本上有优势,我们来看一下能够满足5G系统200A以内的霍尔电流传感器的可选型号。
    100V以内隔离电压的产品,50A以内我们可以选择ACS711,或者隔离电压比较高,但由于是小型封装,成本也比较低的ACS724和ACS730等。
50A以上产品可以选择ACS780和ACS781等。
    如果要求较高的开关频率,可以选择1MHz带宽的ACS730,ACS732等产品。




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