EN
Forstå kravene til strømmoduler i BTS i 5G-netværk
Hvorfor kræver base-transceiver-stationers arbejdsbelastning dynamisk strømeffektivitet
Belastningen på 5G-basestationer varierer faktisk ret meget – fra omkring 300 watt, når de står stille og ikke udfører nogen opgaver, til over 1500 watt i travle perioder. Dette har en direkte indvirkning på driftsomkostningerne for disse stationer samt deres miljøpåvirkning. Ældre netværksopsætninger fordeler deres strømforbrug anderledes end 5G-teknologien, som bygger kraftigt på millimeterbølgesignaler og store antennearrayer, der kaldes Massive MIMO. Disse nyere teknologier koncentrerer det meste af strømforbruget i specifikke komponenter, kendt som radiofrekvensenheder (RF-enheder) eller AAU’er (Active Antenna Units) i forkortet form, og disse komponenter udgør mere end halvdelen af den samlede elektricitetsforbrug på hvert lokalitet. Når disse strømforsyninger ikke arbejder med fuld kapacitet, går der også ofte meget energi til spilde – måske op til 40 % går tabt, når systemerne ikke kører optimalt. Derfor skal nutidens strømmoduler kunne justere deres effektivitetsniveau ud fra de aktuelle forhold via et slags realtidsovervågningsystem. De bør reducere energiforbruget i de rolige perioder, men stadig være klar til at skifte til høj ydelse, når der pludselig opstår en uventet stigning i efterspørgslen efter netværkskapacitet.
Termiske begrænsninger og pålidelighed: Hvordan spændingskrydsstemperaturen påvirker levetiden for effektmoduler
Junctiontemperaturen spiller en afgørende rolle for, hvor længe strømmodulerne holder. For halvledere halveres levetiden for hver stigning på 10 grader Celsius over 100 grader. Kompakte 5G-basestationer stiller særlige krav til GaN- og SiC-komponenter, da de genererer betydelig termisk stress. Højfrekvens signalbehandling kombineret med ineffektiv spændingsomformning skaber problemer, især når passive kølingsmetoder når deres grænser. Denne situation accelererer elektromigrationsproblemer og får materialer til at slidte hurtigere. Ifølge feltdata oplever strømmoduler, der kører ved temperaturer over 125 grader Celsius, cirka 35 procent flere fejl om året sammenlignet med moduler, der holdes inden for sikre temperaturområder. Når virksomheder implementerer intelligente termiske styringsstrategier, såsom forbedrede køleplade-design og tvungen luftkølingssystemer, reduceres hotspot-temperaturerne typisk med omkring 22 grader i gennemsnit. Disse forbedringer beskytter ikke kun komponenterne, men reducerer også køleenergibehovet med ca. 18 % om året. At finde den rigtige balance mellem ydelse og temperaturstyring forbliver afgørende, hvis vi ønsker, at disse systemer skal kunne operere pålideligt over længere perioder uden unødigt høje vedligeholdelsesomkostninger.
Vurder effektmodulens effektivitet i reelle BTS-driftstilstande
Måling af dynamiske effektp profiler: hviletilstand, delvis belastning og maksimal belastning ved brug af 3GPP TR 36.814-benchmarks
For at virkelig vide, om en effektmodul fungerer godt, skal vi teste den gennem tre primære BTS-driftstilstande, som branchen anerkender: når den blot står der og ikke gør noget (standby), kører på mellemniveau mellem 40 og 70 % af kapaciteten (delvis belastning) og er maksimeret ved fuld brugerkapacitet på 100 % (topbelastning). Der findes en standard kaldet 3GPP TR 36.814, som giver os gode referencerammeværdier til oprettelse af realistiske 5G-trafikscenarier. Og ved du hvad? Forskellene i energiforbrug mellem disse tilstande kan overstige 60 %, hvilket er ret betydeligt. Når systemet er i standby, sikrer effektive moduler, at de væsentlige styrefunktioner fortsætter, men trækker ikke for meget strøm, således at unødigt energiforbrug i hviletillstanden reduceres. Test under delvis belastning viser os, hvor godt spændingsreguleringen håndterer de små strømspidser uden at forårsage for mange skiftetab. Ved topbelastning søger vi efter problemer som termisk nedjustering (thermal throttling) og konverteringsproblemer, fordi dårlige design kan ende med at spilde over 300 watt i timen, selv mens de blot står der. Specielle Hardware-in-the-Loop-simulationer hjælper med at kontrollere stabiliteten, når forholdene ændres pludseligt, og forhindre spændingsoversving (voltage overshoots), som kan påvirke radioperformance negativt. At gennemgå alle disse forskellige tilstande sikrer, at modulerne fungerer effektivt i reelle netværk – noget, der direkte påvirker driftsomkostningerne og forhindrer udstyr i at overophedes.
Vurder hardwarebaserede strømstyringsfunktioner i BTS-strømmoduler
Moderne strømmoduler til baseoverføringsstationer integrerer specialudviklede hardwarefunktioner for at opfylde 5G’s dynamiske krav til strømforbrug – og dermed opnå en balance mellem responsivitet, effektivitet og termisk robusthed.
Ydelse i dvaletilstand: Latens versus energibesparelser i GaN-baserede strømmoduler
Galliumnitrid-teknologien gør det muligt at skifte hurtigt mellem aktive og lavstrøms søgetilstande, hvilket hjælper med at reducere spildt energi, når basisstationer ikke aktivt sender signaler. Der er dog en ulempe. Når systemer går i dyb søgetilstand, kan de spare omkring 70 % energi, men tager så ca. 5–8 millisekunder at vågne op igen. På den anden side opretholder en let søgetilstand næsten øjeblikkelige svartider under én millisekund, men sparer ikke lige så meget energi. Alle disse konstante tilstandsændringer forøger faktisk komponenttemperaturen på grund af de gentagne opvarmnings- og afkølingscyklusser, hvilket heller ikke er godt for langtidspålideligheden. Netværksoperatører skal derfor beslutte, hvordan disse søgeparametre skal indstilles ud fra, hvad der er mest afgørende i deres specifikke situation. Nogle måske foretrækker ekstremt hurtige svar for missionkritiske, yderst pålidelige kommunikationstjenester med lav ventetid, mens andre, der driver store dækningsområdestårne, sandsynligvis prioriterer maksimal mulig energibesparelse, selvom det betyder lidt langsommere opstartstider.
Adaptiv spændingsjustering og strømforbruksrabat-teknikker til op til 22 % topreduktion
Dynamisk spændings- og frekvensjustering, eller DVFS for kort, fungerer ved at justere mængden af strøm, der sendes til processorerne kontinuerligt, baseret på, hvad de faktisk udfører på ethvert givet tidspunkt. Dette system ser også fremad på arbejdsbyrderne, så det kender til perioder med lav datatrafik og kan sænke spændingsniveauerne sikkert i disse perioder, hvilket sparer omkring 12–18 procent af energien i alt. At kombinere dette med noget, der kaldes strømreduktion, gør det endnu bedre. Strømreduktion indebærer mikroskopiske spændingsfald, der kun varer få mikrosekunder i de korte øjeblikke, hvor processoren ikke er optaget. Denne kombination kan reducere den maksimale effektforbrug med op til 22 procent i nogle tilfælde. For byer med mange servere og udstyr er denne slags indbyggede effektivitetsforanstaltninger meget vigtige. Traditionelle kølsystemer er i mange tilfælde ikke længere tilstrækkelige, fordi de enten optager for meget plads eller simpelthen koster for meget at installere korrekt.
Sammenlign energibesparelsesstrategier på modulniveau for bæredygtig BTS-installation
At opdele energibesparelsesmetoder i modulære komponenter gør base transmitter stationer langt mere miljøvenlige i alt. Når ingeniører adskiller elementer som DC-DC-omformere, digitale kontrollere og termiske styringsenheder, får de mulighed for at finjustere hver enkelt del individuelt – noget, der simpelthen ikke er muligt med traditionelle alt-i-et-systemer. Tag f.eks. trinvis effektstyring. Lokale underkontrollere håndterer effektiviteten på modulniveau ved hjælp af teknikker såsom automatisk justering af hvilket tidspunkt modulerne går i dvale. Samtidig sikrer en hovedcontroller, at effekten balanceres korrekt på tværs af hele systemet. Ifølge nogle felttests fra GSMA i 2023 reducerer denne konfiguration spildt energi i inaktiv periode med omkring 19 %. At holde hver effektmodul termisk isoleret forhindrer også, at varme spreder sig gennem udstyret. Dette betyder, at vi har brug for mindre aggressive kølsystemer, hvilket nedsætter køleomkostningerne med ca. 30 %. Muligheden for at skala komponenter separat er en anden stor fordel for langsigtede planlægningsformål. Netværksoperatører behøver ikke at udskifte hele systemer, når bestemte dele begynder at kæmpe med tunge belastninger. De kan blot udskifte de problembelastede områder, f.eks. effektomformere til topbelastning. På ti år sparede dette mellem 8 og 12 tons elektronisk affald pr. lokalitet. Alle disse forbedringer betyder længere levetid for hardwaren, lavere CO₂-aftryk og bedre forberedelse til de nye effektkrav, som følger med den videreudvikling af 5G-teknologien.
