Page 44 - 5G SA開台多重無線技術測試再添挑戰

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設計新技術
5G電源設計師面臨的技術挑戰
Dib Nath，Advanced Energy電信行銷資深總監
5G新無線電(5G NR)不是現有4G基礎設施的簡單升級，而是從根 本上有很大不同。透過採用多用戶MIMO、整合接入和回程，以及 頻率高達71GHz的毫米波(mmWave)波束成形，5G NR能夠提供 超高水準的連線性、高達數Gb的速率和僅約1毫秒的超低延遲。
覆蓋，這就需要改變蜂巢基地台架 構，並降低整體尺寸和重量。蜂巢 單元將會隨處可見，包括街道燈桿 和建築上面，幾乎可以是有一定高 度和可用電源的任何地方。電源是 5G面臨的關鍵挑戰之一，目前，據 MTN諮詢公司稱，4G電源成本約 佔行動營運商營運成本的5~6%。 而5GNR所需要的電源至少是4G的 兩倍，再考慮到當前能源成本的增 加，營運支出成本將會大幅上升。
5G電源挑戰
不出所料的話，5G NR市場 將出現非常快速的成長，因為使 用者需要這一最新技術。研究公 司ResearchAndMarkets預估， 從2021年到2026年，5G基礎設施 市場的年複合成長率(CAGR)將高 達55%，市場規模將達1,154億美 元。
5G與之前的2G、3G和4G的 區別在於內部基地台架構。在早 期的系統中，功率放大器(PA)和電 源單元(PSU)是完全分開的，有自 己的熱管理系統，通常是散熱器。 而在5G NR中，PSU很可能會與遠 端無線單元(RRU)一起被整合到 gNodeB中，形成一個主動天線單 元(AAU)，並將只有一個散熱器。
這種成長的背後意味著需要大 量小型基地台(small cell)，來提供 5G NR所用的高頻率所必需的視距
架構的變化本身就為電源設 計帶來了更多挑戰，再加上空間 小、溫度高、密封環境，以及要求 重量更輕等問題，為5G AC/DC 電源解決方案增加了更多複雜 性。PA的效率通常低於PSU，這 更進一步加劇了這種情況，因為 這會提高共用散熱器的溫度，使 PSU工作溫度從大約85°C提高到 接近100°C。溫度的提高將影響可 靠性，因為過熱是導致元件故障 的主要因素。
圖1:5G小型基地台示意圖。
www.eettaiwan.com | 2022年10月
訊號完整性是5G等任何無線 系統的基本要求。然而，為建構
根據經驗法則，元件溫度每升 高10°C，PSU的MTBF就會減半， 由此可以看出，整合會使PSU壽命 縮短50~75%。這一點很重要，由 於部署的數量太大，還有入網和 更換難度及成本太高，因此行動 營運商正在尋求壽命可達到7~10 年的PSU。
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