Базалық станциялар үшін дұрыс қуат модулін таңдау әдісі

Базалық блоктың қуат қажеттіліктері мен жұмыс жүктемесі динамикасын түсіну

Базалық өңдеу блогының шолуы және оның қуат қажеттіліктері

Соңғы негізгі жиілікті өңдеу құрылғылары сигнал сапасын сақтау үшін 48-ден 72 В дейінгі тұрақты ток беретін және тербеліс шуын 150 микровольттан төмен ұстайтын ерекше құрастырылған қуат модульдерін қажет етеді. Қуатты тұтыну өңдеудің күрделілігіне байланысты әртүрлі модельдерде 80 ватттан 350 ваттқа дейін өзгеріп отырады. Нақты 5G жүйелерін қарастырғанда, соңғы өнеркәсіптік есептерге сәйкес олардың пиктік уақытта 4G аналогтарына қарағанда шамамен 22 пайызға артық қуат тартады. Бұл қосымша сұраныс MIMO операциялары кезінде және қате түзетулерді өңдеу кезінде ерекше байқалады. Осындай жағдайларда қуат модульдері рейтингі бойынша кемінде он секунд бойы 105% жұмыс істеуі керек.

Негізгі жиілікті құрылғылардың жұмыс жүктемесіне сәйкес келетін қуат модулі мүмкіндіктері

2025 жылғы өнеркәсіптік талдау негізгі жиілікті қуат модульдерінің 68 пайызы жұмыс жүктемесін сәйкестендіре алмайтынын мына үш маңызды түсінбеушіліктерге байланысты көрсетті:

• Тасымалдау операциялары кезінде протоколдық стек жұмысін өңдеудегі секірістерді ескермеу
• LDPC декодтау токтарын 19–31% аз бағалау
• Токты бөлісу топологияларындағы 10–15мс кешеуілді елемеу

Бұл сәйкессіздіктер кернеудің төмендеуіне, сағаттың тұрақсыздығына және деректерді беру кезіндегі қате пайызының өсуіне әкеледі, әсіресе динамикалық трафик жағдайларында.

Динамикалық сигналдарды өңдеу ортасындағы өнімділік критерийлері

Оптималды қуат модульдері әртүрлі буындар бойынша қатаң өнімділік стандарттарын қанағаттандыруы тиіс:

5G порогын орындау үшін тезірек басқару циклы, қатаң реттеу және жетілдірілген параллельдеу әдістері қажет.

Зерттеу мысалы: Жоғары өткізгіштік кезінде 5G базалық станция блоктарындағы қуат тербелістері

3,5 ГГц диапазонындағы массалық MIMO орнату кезінде өндірушілер 256-QAM модуляциясы мен сәулелерді басқаруды бір уақытта қосқанда кернеудің 27% төмендегенін байқады. Қолданылып жүрген қуат модулінің сыйымдылығы тек 92 микроФ болды, ал ол 85 А-ден астам токтың 8 микросекундқа созылатын қысқа, бірақ интенсивті толқындарын ұстап тұру үшін жеткіліксіз болды. Бұл цифрлық сигнал процессорының сағат жиілігінің тұрақсыздығына әкеп соқты және деректер пакеттерінің шамамен 12%-ын жоғалтуға себеп болды. Олар 470 микроФ полимер конденсаторларын төрт фазалық интерлейвингпен біріктіретін басқа орнатуға ауысқаннан кейін жағдай едәуір жақсарды. Пиктік ток сыйымдылығы бұрынғыдан фактикалық үш есе артты, ал қуаттың тек 40% жұмыс істеу сыйымдылығында да 94,1% дәлдікпен жұмыс істеуді сақтап қалды.

Қуат Модульдерін Өлшемдеу: Шығыс Қуаты, Ток Импульстері және Дерейтинг

Жалпы Шығыс Қуатының Қажеттілігін Есептеу Әдісі

Дәл қуат модульдерін өлшемдеу үш негізгі қадамды қамтиды:

1. Базалық жиілік бірлігінің номиналдық қуатты тұтынуы барлық DSP ядролары мен енгізу-шығару интерфейстері бойынша
2. 25–40% маржаны қосыңыз компоненттердің уақыт өте және жүктеме тербелістеріне бейімделу үшін
3. N+1 конфигурацияларындағы резервте болу үшін 1,5–2 есе көбейтіңіз резервті N+1 конфигурациялары үшін 1,5–2 есеге көбейтіңіз

2023 жылы өнімі төмен базалық жиілік бірліктердің 63%-ы жеткіліксіз қуат резервін есептеуден туындады (Telecom Power Consortium), бұл сақтандырылған бастапқы бағалаудың маңыздылығын көрсетеді.

Цифрлық базалық жиілік схемаларындағы өтпелі ток импульстерін ескеру

Қазіргі заманғы базалық жиілік процессорлары миллисекундтық масштабтағы токтың лезде өсуін көрсетеді, ол номиналдық жүктеменің 200%-ына дейін сигналды демодуляциялау кезінде пайда болатын тұмандар. Бұл өтпелі процестер мынадай қуат модульдерін талап етеді:

• Токтың өсу жылдамдығы >200 A/µs
• Реакция уақыты <50 µs
• Асып кету шегі ±15%

2023 жылғы зерттеу 5G базалық жиілік бірліктерінің 38%-ы басқарылмайтын 170A-ден асатын ток импульстеріне байланысты қуат модульдерінің уақытынан бұрын істен шығуын көрсетті (Сымсыз инфрақұрылым хабарламасы), бұл берік өтпелі реакция дизайнының қажеттілігін көрсетеді.

Ұзақ мерзімді тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін ресурс төмендету қисықтарын қолдану

Алдыңғы қатарлы өндірушілер тұрақты температураны бақылайтын сенсорлар мен жүктеме профилдеріне негізделген нақты уақытта жұмыс параметрлерін реттеуге мүмкіндік беретін дерейтін алгоритмдерді енгізуде. Бұл тәсіл 4G/5G гибридті блоктарда жылумен байланысты істен шығуларды 72% азайтты (2024 жылғы Power Electronics журналы).

Пайдалы әрекет коэффициенті, жылулық сипаттамалар және салқындату интеграциясы

Жылулық сипаттаманың дамуына энергияны пайдалану тиімділігінің ынталандырғышы

Қуат модульдері бүгінде жылуды одан әрі жақсы басқарады, себебі олар әлдеқайда тиімді. Энергия шығындалған кезде, ол жылуға айналады, сондықтан тиімділікті арттыру жылудың жиналуының азаюын білдіреді. Мысалы, DC-DC импульстік қоректендіру схемаларын алайық – бұл дамыған жүйелер ескі сызықтық реттегіштермен салыстырғанда жылулық мәселелерді шамамен 40 пайызға дейін азайтады. Олар 92-ден 96 пайызға дейінгі тиімділікпен жұмыс істейді, бұл үлкен айырмашылық жасайды. Негізгі жиілік бірліктері (baseband units) тиімділік пен жылу басқаруының бұл байланысынан нақты пайда көреді. Осындай құрылғылардың бірінде жұмыс істеп тұрған 80 ваттты процессорды елестетіңіз – егер қуат түрлендіру толық дұрыс болмаса, ол 6-дан 8 ваттқа дейінгі қосымша жылу шығаруы мүмкін. Мұндай шығындар тез жинақталады және инженерлерге заттарды суыту үшін көптеген қиындықтар туғызады.

Жылу шығарудағы импульстік және сызықтық қуат модульдерінің салыстырмалы талдауы

6:1 жылу айырмасы, күрделі риплді болдырмау талаптарына қарамастан, 5G базалық жиілік бірліктерінің 78% қазір қосылу архитектурасын қолдануының себебін түсіндіреді.

Жылулық конструкторлық қуаттың (TDP) Қоршау Салқындату Шектерімен Сәйкестігі

Қуат модулінің TDP рейтингі ең нашар жағдайдағы өңдеу жүктемелері мен қоршаған ортаның шектеулеріне сәйкес келуі тиіс. 40°C амбиенттік ортадағы 300 Вт TDP модулі әдетте мынаны талап етеді:

• биіктікке байланысты төмендету үшін 25% ауа ағыны қоры
• ашық аспан астындағы қоршаулардағы шаңның жиналуы үшін 15% маржа
• 1 кВт жылу шығысына шаққанда 120 CFM ығыстыра алатын белсенді салқындату

Бұл шектерді асып түсетін жүйелер термиялық шектеуге ұшырауы мүмкін, ол тұрақты жұмыс режимі кезінде базалық жиіліктің өткізгіштігін 22% дейін төмендетеді.

Салаға тән парадокс: Жартылай жүктеме мен Толық жүктеме жағдайларындағы жоғары тиімділік

Қазіргі заманғы қуат модульдері айнымалы трафикпен жұмыс істейтін базалық жиілік бірліктері үшін идеалды болып табылатын 20% жүктеме кезінде 80%-дан астам тиімділікке ие болса да, толық жүктемеде олардың өнімділігі жиі бәсекелестерден төмен болады. Бұл компромисс жеңіл жүктемеге бағытталған және толық жүктемеге бағытталған конструкциялар арасында 13% тиімділік айырмашылығын туғызады, сондықтан инженерлерге операциялық икемділік пен ең жоғары өнімділіктің біреуін таңдауға мәжбүрлейді.

Кіріс кернеуінің сәйкестігі және сигнал бүтіндігін қорғау

Қолданыстағы DC тарату архитектураларымен сәйкестікті бағалау

Қазіргі заманғы DC тарату жүйелері үшін қуат модулін таңдаған кезде кернеу төзімділігі мен жүктемені бөлісу тиімділігіне назар аудару маңызды. Көбінесе базалық станциялар 48 В тұрақты ток жүйелерімен жұмыс істейді және қызықтырып отырғаны, кернеудегі 5% төмендеу немесе өсу синхрондау протоколдарын толығымен бұзады. Өткен жылы 5G желі компоненттері туралы жарияланған зерттеулерге сәйкес, кіріс кернеуі 40-60 вольт аралығында жұмыс істеуге қабілетті қуат модульдері тұрақты кернеу диапазоны бар ескі модельдермен салыстырғанда сәйкестік мәселелерін шамамен үштен екіге дейін азайтады. Мұндай икемділік әртүрлі орталарда тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін үлкен айырмашылық жасайды.

Кіріс кернеуінің тұрақсыздығының базалық сигналдың бүтіндігіне әсері

Қуат модульдеріндегі кернеу толқыны 120mVpp шамасынан асқанда 256-QAM сигналдары үшін жағдай нашарлайды, фазалық дабыл шуы шамамен 18% артады. Бұл EVM деңгейлерінің 3GPP стандарттары талап ететін мәннен төмендеуіне әкеледі, ол бұл жүйелермен жұмыс істейтін әркім үшін нақты тұрғыдан алғанда жаман жаңалық болып табылады. Миллиметрлік толқын қолданбаларында базалық жиілікті өңдеу өте сезімтал болғандықтан, мәселе одан да көбірек байқалады. 2 амперден жоғары уақытша ток импульстері SERDES схемаларына әсер етіп, инженерлердің жұмысын қиындататын уақыттық дірілді пайда етеді. Бағыттаушы гармониялық сүзгілеу әдістері арқылы жаңа модульдің жобалануы бұл мәселені шешуге бағытталуда. Бұл дамыған шешімдер өткізілетін ЭМИ-ны шамамен 40% төмендетеді және тиімділікті көп қажет етпейді, толық қуатпен жұмыс істеген кезде де өнімділікті 95% шамасында сақтайды.

Базалық жиілікті қолданбалар үшін ең жақсы қуат модулін таңдау

AC-DC, DC-DC, Сызықтық және Ажыратуыш модульдер үшін функционалдық айырмашылықтар мен қолдану жағдайлары

Базалық жиілік бірліктерін дұрыс жұмыс істеу үшін қуат модулінің техникалық сипаттамаларын жүйенің нақты қажеттіліктерімен сәйкестендіру керек. AC-DC түрлендіргіштер айнымалы ток кірістерімен жұмыс істегенде өте жақсы, бірақ көбінесе 48 В тұрақты токпен жұмыс істейтін байланыс жабдықтарында олар бас ағыту себебі болады. Сызықтық модульдердің IEEE-дің өткен жылғы зерттеуіне сәйкес RMS мәні бойынша 2 микровольттан төменгі шу деңгейі бар, бірақ олар энергияның шамамен жартысын жоғалтады, ал бұл базалық жиілікті өңдеуде үлкен қуат қажеттіліктерін қамтамасыз ету үшін мүлдем практикалық емес. Ауыстыру схемалары 80-95 пайыз аралығындағы әлдеқайда жақсы ПӘК көрсеткіштеріне ие, сонымен қатар олар кішірек кеңістікке сыйып жатады. Кейбір жаңа DC-DC модельдері 5G желілері жүктемені 40 пайызға тербелткен кезде шығыс кернеуді тұрақты ұстап тұра алады, бұл туралы Ponemon зерттеуінде айтылған. Резонанстық схемалар әлі байланыс саласында кеңінен қолданылмайды, бірақ бастапқы сынақтар үздіксіз жұмыс режимінде олар ПӘК-ті 97 пайызға жақын деңгейге жеткізуі мүмкін екенін көрсетеді, өндірушілер болашақта қолдану үшін осының дамуын бақылап отыр.

Неге DC-DC импульстік модульдер заманауи базалық станцияларда басымдық танытады

5G каналдарының бірігуінің жедел өсуімен бірге, массалық MIMO жүйелерінде кездесетін әр микросекундтағы 150А токтық шұңқырлармен жұмыс істеу үшін DC-DC импульстік модульдер негізгі шешімге айналды. Дәстүрлі сызықтық реттегіштер 256QAM модуляциясы кезіндегі пиктік жүктемелерді өңдеген кезде кіріс қуатының шамамен екі үштен бірін жылу ретінде шығындап, олармен салыстырмалы түрде ұстана алмайды. Импульстік схемалар мүлде басқа тәсіл қолданады. Олар импульстің енін реттеу әдістерін қолданып, жүктеменің 30% пен максималды мәні арасында жұмыс істеген кезде де шамамен 92% ПӘК сақтайды. Нақты пайдалылық 55 градус Цельсийге дейін жететін температуралармен сыйыстырылған тығыз базалық блоктарда көрініс табады. Мұндай компакт кеңістіктер ұқсас жағдайларда көне реттегіш технологиялар туғызатын жылу мөлшерін шыдай алмайды.

Сызықтылық, дыбыс және ПӘК арасындағы теңгерім

Инженерлер базалық жиіліктің қуат қоректендіру жүйелерінде үш бәсекелес бағытты тепе-теңдікте ұстауы тиіс:

• Шум : Сызықтық модульдер 64T64R антенналық жинақтар үшін маңызды болып саналатын <50 дБ сигнал/дәуірлік шу қатынасын сақтайды
• Тиімділік : Ауыстыру топологиялары 100G NRZ сигналды өңдеу кезінде 85% немесе одан да жоғары тиімділікті сақтайды
• Түзілімділік : Гибридті конструкциялар жүктеме астында ±0,5% кернеуді реттеу үшін 5–8% тиімділіктен бас тартады

2023 жылғы зерттеу 5G жүйелердің 72%-ы шуды басуға қарағанда тиімділікті басымдық ретінде қолданып, 3GPP стандартының -110 дБм/Гц деңгейіндегі электромагниттік ықпал шектеріне сай келу үшін пострегуляциялық сүзгілеуді пайдаланатынын көрсетті.

Тренд: Реттеуді жақсарту үшін гибридті топологияларды интеграциялау

Қазір көптеген жоғарғы санаттағы өндірушілер коммутацияланатын алдыңғы реттегіштерді сызықтық артқы реттегіштермен араластыруды бастады. Бұл комбинация шамамен 88% жүйе пайдалы әрекет коэффициентіне жеткізеді және шығыс тербелісін шамамен 10 мВpp деңгейінде ұстайды. Бұл гибридті орнату 400 Вт қуат беруді және 16-битті АЦТ-да кездесетін дәлдікті талап ететін миллиметрлік толқынды базалық жиілікті жүйелер үшін өте жақсы жұмыс істейді. 2024 жылы MobileTech Insights жариялаған соңғы өндістік тест нәтижелеріне сәйкес, дәстүрлі толығымен коммутацияланатын схемалармен салыстырғанда, бұл әдісті қолданған кезде EVM бұзушылықтары шамамен 43% аз болады. Осы себепті Open RAN жобалары үшін қазіргі кезде өнеркәсіптегі көптеген мамандар осы тәсілге көшіп жатқаны түсінікті.

Жиі қойылатын сұрақтар

Базалық жиілікті өңдеу блогы дегеніміз не?

Базалық жиілікті өңдеу блогы телекоммуникацияда сигналды өңдеу міндеттерін шешу үшін маңызды. Ол арнайы құрылған қуат модульдерін пайдаланып, нақты кернеу мен қуат қажеттілігін қамтамасыз етеді және әсіресе 5G сияқты алдыңғы қатарлы технологияларда жоғары сапалы сигнал үшін толқындардың төменгі деңгейін сақтайды.

5G жүйелері неге 4G-ге қарағанда көбірек қуатты пайдаланады?

5G жүйелері MIMO операциялары мен қате түзетулер сияқты жақсартылған функцияларына байланысты 4G-ге қарағанда көбірек қуатты пайдаланады, бұл қуат модульдерінен көбірек талап етеді және нәтижесінде қуатты пайдалану көбейеді.

Қуат модульдерінің мүмкіндіктеріндегі сәйкессіздік базалық жиілікті блоктарға қалай әсер етеді?

Хабарлама стекін өңдеудегі секірулерді ескермеу немесе LDPC декодтауды аз бағалау сияқты сәйкессіздіктер динамикалық трафик жағдайларында бит қателерінің қате деңгейін арттыратын кернеудің төмендеуі мен сағаттың тұрақсыздығына әкеп соғады.

Қуат модульдеріндегі өту реакциясының дизайнының маңызы қандай?

Өтпелі сәйкестік дизайны миллисекундтық масштабтағы токтың өсуін басқару үшін маңызды, әсіресе 170А-ден жоғары шыңдары бар қатаң 5G ортасында қуат модулінің ерте бұзылуына әкеп соғады.

5G базалық станциялар қолданбасында неге DC-DC импульстік модульдер қолданылады?

DC-DC импульстік модульдер 5G қолданбаларына тән жоғары ток импульстерін тиімді түрде өңдейді, дәстүрлі сызықтық реттегіштермен салыстырғанда жоғарырақ пайдалы әсер коэффициентіне ие болып, компактілі және жоғары температуралы орталарда жұмыс істеу сенімділігін сақтауда маңызды рөл атқарады.

Импульстік және сызықтық қуат модульдері арасындағы айырмашылықтар қандай?

Импульстік модульдер энергияны үнемдеу жағынан тиімдірек және жоғары токты қолданбаларға сәйкес келеді, ал сызықтық модульдер төменгі дабыл деңгейіне ие болып, дабылға сезімтал аналогтық орталар үшін жақсырақ, бірақ энергияны үнемдеу жағынан нашарлау.