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13组图解5G产业链与温度传感器

特普生科技 特普生科技 2022-12-06 12 282

一、5G基础体系架构


第1组图:通信技术演变

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第2组图:1-5G标准的演变

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第3组图:5G三大场景定义、技术指标拆分

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第4组图:5G核心数网络部署

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第5组图:中国通讯运营商5G频段

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第6组图:5G三大亮点


6-1.毫米波


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6-2.微基站


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6-3.多天线


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第7组图:5G重要支撑是边缘计算

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第8组图:5G面向应用定义网络切片

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二、5G主攻方向是行业应用

第9组图:1G-5G的应用变迁

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第10组图:5G应用生态全景图

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三、5G产业链


第11组图:5G产业链图集


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第12组图:中国5G产业链运营企业分布

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第13组图:5G对行业影响指数(罗兰贝格公司)

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四、与温度传感器

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(5G产业链)


1、5G产业链上游与温度传感器

5G产业链的上游包括网络规划运维以及芯片、光器件、光纤光缆、视频器件等各类器件材料。网络规划运维包括无线接入网、业务承载网等前期规划设计和后期优化运维。 

主要企业包括:

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5G通信技术器件材料具体包括:
· 芯片及模组 
· 视频器件:射频器件、射频电缆、天塔及铁塔、手机滤波器/天线/PA 
· 光器件
· 光纤光缆:光棒辅材、光纤光缆


涉及企业包括:

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5G产业链上游需要用到温度传感器的,主要在光模块/光器件。配合滤波器,也可能用到温度传感器!

2、5G产业链中游与温度传感器


· 5G产业链的中游为设备网络,包括主设备商、基站/天线、网络、配套。 
· 主设备商:基站、传输设备 FiberHome MEDIATEK
· 基站/天线:小基站、天线
· 网络:SDN/NFV、网络工程、网络优化、 UNIS 紫光 世纪鼎利 
· 配套:配套设备、芯片终端配通信业务 


设备网络中,传输网络是5G的大动脉,基站显得尤为重要。目前,5G关键技术的具体方案已经基本确定。MassiveMIMO(大规模天线阵列)技术成为5G的标准技术之一。随着5G技术的推广、应用,天线数量将大幅增加。5G技术需要新的网络架构和网络拓扑,即使用SDN(软件定义网络)/NFV(网络功能虚拟化)实现网络架构,并大量使用SmallCell(小基站/小蜂窝)构建网络。

相关企业包括:

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5G产业链中游,温度传感器应用比较广泛:基站、小基站。

通信行业的基站能耗问题历来已久。基于目前的测试结果,5G基站的电能消耗或是4G基站的2倍到3倍,基站数量又多,用电费用预计将占5G基站运营成本的40%以上。据专家预测,到2025年,通信行业将消耗全球20%的电力。

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(5G能耗约达4G 的 3 倍)


5G 基站大规模建成投运将拉动全社会用电量增长,5G 对电力需求的影响将广泛的体现在核心网和 IDC 的运行、各种新型应用场景、商业模式以及衍生出的海量数据的传输、处理上。


5G基站的节能,有两条根本路径:
1)硬”路径:升级温控方式;
2) 软”路径:升级供电方式


升级温控方式来节能,温度传感器不可或缺

通信基站内的电源设备和通信设备等都需要在一定的温湿度条件下运行,同时对空气的清洁度也有一定的要求。

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(机房、基站耗能分布)

基站内的电源系统、配电系统以及通信设备在运行过程中都会发热,因此要保证基站维持一定的温湿度,需要配置合适的制冷系统。目前,在大部分无人值守的基站,制冷系统都是不间断地工作,其耗电量占总耗电量的占比超过40%。

目前,基站内普遍使用舒适性家用空调,空调设备无法接入动环监控系统,智能化程度较低。

1)智能热交换系统

智能热交换系统利用室外自然冷空气作为冷源,当室外空气温度与基站内空气温度差达到一定程度时,采用换热系统利用室外冷空气降低室内空气温度。

“如下图所示,智能热交换系统主要由换热芯体、室内侧风机、室外侧风机、控制器、用于环境监测的温湿度传感器和其他附件组成。”石冢、芝浦、大泉、华工高理与特普生等温度传感器领域的专家告诉温度传感器研究院的研究员。

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(智能热交换系统组成示意图)

智能热交换系统适用于室内外温差较大的地区,可以很好地降低空调能耗,同时延长空调压缩机的使用寿命,降低通信运营商的运营维护成本。

2)热管换热系统

热管换热系统利用室内外温差,通过封闭管路中工质的蒸发、冷凝将室内的热量传递到室外,形成动态热力平衡的循环,维持基站内工作环境稳定。

“热管换热系统主要由室外冷凝器、室内蒸发器、连接管、控制系统及温湿度传感器等部件组成。”

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(热管换热系统组成示意图)

“热管换热系统的基本工作原理基于室内外温度数据,室内温控目标温度用T0表示,热管换热系统启动温度用T1表示,基站空调启动温度用T2表示,设备停机温度用Ts表示,其中T2>T1>T0>Ts。

“控制系统通过室内和室外的温湿度传感器持续监测基站室内和室外的空气温湿度,当基站内温度低于Ts时,热管换热系统和基站空调均不运行以节约能源消耗。当基站内温度达到T1且T0与室内外温差满足运行条件时,热管换热系统启动运行,当温度低于Ts时,系统停止工作以节能。如果热管换热系统不能满足室内降温,基站内温度超过T2,控制系统就会启动基站空调进行降温。”

3)液冷散热技术

液冷散热技术对比传统制冷系统,具有散热效率高,能耗低等优点,目前在数据中心机房等应用较多,在基站内的应用较少。

诺基亚别出心裁,开发出了液冷技术,Harry Kuosa表示:“传统上,基站是通过空气流动来冷却的,而诺基亚的这项创新是利用液体作为冷却剂,液体能比空气更有效地散发基站的热量。最终,这套液冷系统可将能耗降低约30%,将二氧化碳排放量减少80%。”

诺基亚已通过与Elisa和Efore公司合作,在芬兰赫尔辛基的一栋公寓大楼里部署了全球首个液冷基站系统。据报道,该液冷基站系统除了可以实现省电30%,二氧化碳排放量减少80%外,还移除了空调和风扇,大大降低了基站运行噪音,并且可回收基站排放的废热,二次应用于公寓大楼的供暖系统。

“诺基亚这套系统,目前还没公布技术细节,但是,目测温度传感器相关产品必不可少。”石冢、芝浦、大泉、华工高理与特普生等温度传感器领域的专家特别强调。

4)基站智慧能源管理系统

基站智慧能源管理系统不同于传统的基站监控系统,它具有统计数据分析、数据挖掘、能耗评价、能耗优化和节能控制等多种功能,能够更好地提升能效并且帮助运维人员管理基站运行。

智慧能源管理系统由分布在电源设备和基站内其他设备上的传感器、测量仪器、控制器、有线或无线传输网及服务器组成。


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智慧能源管理系统组成示意图

4G时代,平均一个基站62%的电费被主设备消耗,其它都被温控(空调)、电源系统等使用,也就是站点能效仅62%。而华为的刀片式电源,可让5G站点的温控能耗极大降低。

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图片华为新一代刀片式基站

5G时代,华为的刀片式电源系统,可实现自然散热,免于维护,将不再需要空调降热,连风扇也不用,电源系统的效率就是站点能效,效率自然高了许多,不再有过多浪费的电能。

“储能、制冷背后测量用得上温度传感器!”

升级供电方式来节能,温度传感器不可或缺

1)高频开关电源系统

目前的供电系统节能技术主要集中在提高电源设备能效、引入新能源取代或部分取代市电以及根据峰谷电价错峰用电等方面。

图片 (基站供电系统示意图)

高频开关电源系统的主要核心部件是整流器,整流器的效率直接影响高频开关电源系统的效率。通常通信基站在设计时会考虑到冗余配置,这就导致在基站实际运行时,通信设备负载电流通常工作在整流器的50%负载率以下,闲时负载率将会更低。

某品牌普通50A整流器和高效50A整流器的效率曲线对比如下图:

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(某品牌普通50 A整流器和高效50 A整流器效率曲线)

2)5G一体化电源系统

5G网络建设的速度逐渐加快,分布式站点布局越来越多,分布式站点的电源系统需求也日益提升。因为5G网络传输的特殊性,在靠近居民区、商业区等人流密集场所,传统的供电方案难以适配,急需一种新的电源系统解决方案。

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(华为可叠光一体化电源)

5G一体化电源系统具有体积小、重量轻、效率高、灵活取电、快速安装、免维护等特性,可以安装在城市街道、高速路旁、居民楼道、楼顶、弱电井、地下车库等多种场景,支持壁挂、抱杆、旗装、平装及落地等多种安装方式,是5G微基站建设比较理想的电源解决方案。

5G一体化电源系统由电源模块和电池模块两部分组成,均为铝制外壳,可以达到IP65防护等级的要求。电源模块和电池模块均无散热风扇,内部结构采用隔离设计,整体采用自然散热方式。(更多详细内容,可以关注“温度传感器研究院”微信号《5G电源与温度传感器》文章)。

3)光伏供电系统

在太阳能充足的情况下,光伏供电系统作为唯一电源为通信设备供电,同时为蓄电池组充电.当光照不足,太阳能无法满足通信设备负荷时,高频开关电源系统开始工作。当太阳能充分恢复足以为负载供电时,高频开关电源系统将关闭,整个电源系统可以最大限度地利用太阳能,减少电网电力消耗。

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(光伏供电系统示意图)

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(光伏供电系统)

4)峰谷储能技术

通信基站内的蓄电池组通常按照高频开关电源系统的额定容量进行配置,而在实际使用中,高频开关电源系统的负载量通常在额定功率的50%以下,这就使得通常情况下基站内的蓄电池组都存在着一定的富余容量。对于存在峰谷电价差的地区,可以利用基站内的蓄电池组应用峰谷储能技术(削峰填谷技术)降低电费成本。

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 ( 蓄电池组峰谷储能示意图)

“这些升级供电方式的节能,从上图可以看到,大量应用蓄电池、空调、通信设备,移动油机、高频开关电源系统,都需要热管理、温度控制,都可以用到温度传感器相关产品与技术。”

3、5G产业链下游与温度传感器

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正如上图所示,5G产业链下游,覆盖了人类生产、生活中的方方面面,几乎每一个应用都有需要监测温度、反馈温度的需求,温度传感器处处都在。

特普生主营温度传感器NTC热敏电阻传感器模块及一体化解决方案,特普生拥有发明专利5项,实用新型27项,保留不公开技术2项,是国内唯一拥有全尺寸全自动单端玻封机、单端热敏电阻测试机的具有芯片设计能力的源头实业,特普生温度传感器,特别好的温度传感器。

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