ويفرض التوسع العالمي السريع في تكنولوجيا الـ 5G متطلبات غير مسبوقة على البنية التحتية للاتصالات، ولا سيما على إمدادات الطاقة التي تحافظ على تشغيل محطات القاعدة والزنزانات الصغيرة ومراكز البيانات، وعلى خلاف الأجيال السابقة، تحتاج الشبكات العاملة بـ 5 جي إلى زيادة ناتج البيانات، وانخفاض مستوى الكثافة، ونشر الوحدات الإذاعية، وكل ذلك يزيد من الاستهلاك الكلي للطاقة والحاجة إلى نظم توليد الطاقة التي تكون موثوقة بشكل استثنائي وفعالة، وتتجاوز ببساطة ظروف تصميم إمدادات الطاقة المعمارية لهذه البيئة.

بنية الطاقة الأساسية لشبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية

وتستخدم نظم توليد الطاقة في تيليكوم عادة هيكلا مركزيا حيث يخول حافلة من طراز V DC جميع المعدات في الموقع. غير أن عمليات النشر في إطار المجموعة 5 G كثيرا ما تتطلب هياكل موزعة تضغط على تحويل الطاقة إلى أقرب إلى الحمولة، ولا سيما في الرؤوس اللاسلكية النائية والخلايا الصغيرة.

AC/DC Conversion and Power Factor Correction

أما المرحلة الأولى من معظم إمدادات الطاقة الكهربائية للاتصالات فهي مصحح من طراز AC/DC يحول شركة AC (التي تتراوح بين 110 و240 V و50/60 Hz) إلى حافلة ذات قدرة عالية، وعادة ما تكون 380 V أو 48 V. Modern-link-IN) إلى مدخل عامل قوة أكبر من 0.95، مما يقلل من التشوهات الفيهة ويمتثل للمعايير التي حددها الفريق الأول().

DC/DC Conversion and Bus Structures

وبعد إعادة التصحيح، ينظم محولو البلدان النامية الفولط إلى المستويات التي تتطلبها حمولات الاتصالات الحساسة، ويظل الحافلة الاسمية من طراز V48 شائعة في المكاتب المركزية، ولكن وحدات الطاقة من بعد من طراز VG تعمل في كثير من الأحيان في 24 V أو 12 V داخلي، وتستعمل هياكل الحافلات الوسيطة التي تستخدم حافلات غير خاضعة للتنظيم أو شبه خاضعة للتنظيم، وهي تعزل المدخلات وتوفر مجموعة متغيرات متوسطة ثابتة (e).

إدارة قوة الدعم والبطارية

ولا يمكن لشبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية أن تتسامح مع فترات التوقف، حتى فيما يتعلق بإخفاقات المرافق الموجزة، إذ أن القدرة الاحتياطية توفر عادة بطاريات الصمامات ذات التردد العالي، أو بطاريات مجهزة بأجهزة التحكم بالبطارية، أو بمجموعات البطاريات ذات القدرة العالية، أو بأجهزة قياس ضغط الدم ذات الدفعات المتوسطة، أو بطاقات متحركة متطورة، أو بطاقات قياسية متطورة متطورة.

الاحتياجات الرئيسية من الأداء

ويجب أن يفي كل إمداد بالطاقة عن بعد بمجموعة صارمة من مقاييس الأداء التي تكفل خدمة غير متقطعة عبر مجموعة واسعة من ظروف التشغيل، وفيما يلي أهمها بالنسبة للهياكل الأساسية لخمسة آلاف.

الموثوقية والتوافر

ومن المتوقع أن تعمل إمدادات الطاقة الكهربائية من بعد إلى آخر لسنوات مع انقضاء فترة زمنية طويلة بين الفشل الذي يتجاوز 000 500 ساعة في ظل ظروف نموذجية، ويتطلب تحقيق ذلك إجراء تجديد دقيق للمكونات، وإدارة حرارية صارمة، واستخدام أجهزة الكهرومغناطيسية عالية الجودة التي تُقيَّم مدى الحياة الطويلة في درجات الحرارة المرتفعة، كما أن نظاماً للتصميم من حيث الارتداد يحتوي على وحدات قياسية واحدة.

الكفاءة والإدارة الحرارية

إن كفاءة التحويل العالية تحد من تكاليف التشغيل ومن العبء على نظم التبريد، إذ تحقق أجهزة الاستصلاح في تيليكوم اليوم أوجه كفاءة تفوق 96 في المائة من حيث الحمولة الكاملة، وكثيرا ما تتطلب معدات من طراز G زيادة كفاءة الترميز في حمولات أخف بسبب أنماط حركة المرور المتغيرة.

الكثافة الكهربائية والتقليل من التصغير

وتسمح سلسلة الطاقة الكهربائية، ولا سيما الخلايا الصغيرة والهوائيات الضخمة التابعة للبعثة، بترك حيز مادي قليل جداً لإمدادات الطاقة، وتضغط أجهزة التتبع في محطة قاعدية على قدر أكبر من القدرة على التجهيز في نفس الحجم، وتتوفر في أجهزة الإغلاق الخارجية أبعاد ثابتة، وبالتالي يجب على مصممي أجهزة الإمداد بالطاقة أن يضغطوا على كثافة أعلى من كثافة الطاقة - التي تقاس في كل شباك مكعب (W/in3).

الامتثال التنظيمي

ويجب أن تتوافق معدات الطاقة الكهربائية التي تستخدم عن بعد مع مجموعة متنوعة من المعايير لضمان السلامة، والقابلية للتشغيل المتبادل، والتوافق الكهرومغناطيسي، وفي أمريكا الشمالية، يشترط نظام إعادة بناء المعدات الشبكية (NBuilding System) (NEBS) (GMBCORE) أن تحدد متطلبات السلامة الكهربائية، والحماية الشاملة من البرق، والقدرة على التكيف المادي.

تحديات التصميم والحلول

وبالإضافة إلى مقاييس الأداء، فإن الواقع العملي لنشر الاتصالات السلكية واللاسلكية يُحدث عقبات هندسية محددة يجب التغلب عليها أثناء تصميم الإمداد بالطاقة.

Environmental Extremes

وتُركب معدات الاتصالات في كل مكان من أسطح الصحراء إلى أبراج القطب الشمالي، ويجب أن تعمل إمدادات الطاقة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة المحيطة، وكثيرا ما تتراوح بين - 40 درجة مئوية و + 65 درجة مئوية، مع ارتفاع الرطوبة والتعرض للرش في المناطق الساحلية، ويمكن أن يؤدي التكثيف داخل الضواحي إلى التآكل وقصر السلاسل، وتشمل الإغراقات المطابقة لمنتجات الدوائر الباردة.

الاستجابة السريعة وقابلية الاستقرار

٥ زاي - لا توجد إشارات إذاعية مستمرة، بل تنفجر بمعدلات بيانات عالية، مما يتسبب في حدوث تغير سريع في حجم الإمداد بالطاقة من ١٠ في المائة إلى ٩٠ في المائة في الثانية الصغرى، كما أن الإمداد بالطاقة يجب أن يحافظ على حجم الناتج في بضعة في المائة خلال هذه الوصلات لمنع فساد البيانات أو إعادة تشكيل الدوائر الرقمية، مما يتطلب وجود حلقة مراقبة سريعة ذات نطاق واسع.

Electromagnetic Interference (EMI)

كما أن أجهزة التبديل المتطورة في مجال الطاقة غير متجانسة، كما أن أجهزة التبديل ذات التردد العالي (سرعات التشغيل تحت 5 نانوات) المستخدمة في الكفاءة يمكن أن تولد انبعاثات كبيرة من الغازات المزروعة والمشعة، وشبكات الاتصالات السلكية حساسة بالنسبة للشبكة الكهربائية لأنها تعمل بالقرب من معدات لاسلكية أخرى، ويجب أن تستوفي أجهزة الإمداد بالطاقة معيار FCC Part 15 أو معايير CISPR 32.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وتتطور صناعة الإمداد بالطاقة بسرعة لتلبية مطالب 5G وما بعدها، وهناك عدة تكنولوجيات رئيسية ترسم الجيل القادم من نظم الطاقة الكهربائية للاتصالات السلكية واللاسلكية.

وسام الناقلات (GaN and SiC)

(ب) إن مترجمي الـ (GaN) و(Silicon carbide (SiC) يحلون محل الـ (MSilicon MOSFETs) و(IGBTs) في إمدادات الطاقة من بعد، وقدرتهم على التحول إلى الترددات فوق 1 ميغاهيرتز مع انخفاض شديد في السلوك، وتحوّل الخسائر مباشرة إلى ارتفاع الكفاءة وكثافة الطاقة.

مراقبة الطاقة الرقمية وإدماجها

ويُمكن للمهندسين أن يُعدّلوا أساليب التشغيل، ونقاط الفولط، وأن يُحوّلوا إلى نمط من الاستبدال، وأن يُحدّدوا الكفاءة المثلى في مواقع التحميل، وأن يُمكن للمهندسين من أن يُحدّدوا من عطلات تشغيلية، ونقاط الفولط، وأن يُحوّلوا إلى نماذج قياسية للتشغيل، وأن يُحدّوا من سرعة تشغيلها،

الطاقة المتجددة والنظم الهجينة

ويخضع مشغلو شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية للضغط من أجل خفض آثار الكربون ونفقاتهم التشغيلية، إذ يجب أن يدمجوا الألواح الشمسية أو التربينات الريحية الصغيرة مباشرة في هيكل إمدادات الطاقة، ويستخدم النظام الهجين النموذجي جهازاً أقصى لتتبع نقاط الطاقة من المصادر المتجددة لاستخراج الطاقة من المصدر المتجدد، ويقترن بذلك ناتج التطهير لشحن البطاريات ومعالجات الطاقة.

التطوّرات المتقدمة: المترجمون الفوريون والسرقة

ومن أجل زيادة الكفاءة وتقليل الانبعاثات الناجمة عن عمليات النقل البحري، تستخدم العديد من الإمدادات الجديدة من الطاقة الكهربائية في أجهزة تحويل محولية مسببة للترددات، مثل جهاز تحويل الترددات المتكررة في العاصمة/المبنى DC، حيث تحقق المحولات درجة حرارة من حيث الحجم الصفري (ZVS) بالنسبة للأجهزة الكهربائية الأولية، وتحافظ على الترددات العالية في المدار الثابت بالنسبة للمركبات.

خاتمة

(ب) تصميم إمدادات الطاقة لـ 5 جيات وبنية الاتصالات السلكية واللاسلكية هو تحد متعدد التخصصات يوازن بين الأداء الكهربائي، والقوة الميكانيكية، والامتثال التنظيمي، والتكلفة، ونظراً لأن الشبكات تتوسع وتكثف، يجب أن تتطور نظم الطاقة من أجل تحقيق كفاءة أكبر، وزيادة كثافة الطاقة، وقدرات التحكم الأذكى، فإن اعتماد محطات واسعة النطاق للتحكم في استخدام النطاقات، ودورات المراقبة الرقمية، وتكامل الطاقة المتجددة، سيمكن من الوصول إلى المستقبل.