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摘要 本文介绍了接入网供电面临的问题、实施办法、相关国际国内标准对接入网供电的最新规定以及备用电池技术的新进展等。
关键词 接入网 供电 备用电池
1 引言
在过去的三年中，经过中国电信总局和各地方电信部门的大力推动，我国的接入网建设得到极大发展，仅1998年就有数百万线带有公共开放业务节点接口的接入网设备在我国通信网中投入使用。这些接入设备主要包括：IDLC（综合数字环路载波）设备、HDSL（高比特率数字用户线）、ADSL（不对称数字用户线）、FWA（固定无线接入）、PON（无源光网络）等接入设备。在接入数字段，大量使用了PDH、SDH等传输设备。随着接入网建设的进一步加快，将有越来越多的设备工作在机房外，供电将是影响这些设备能否稳定可靠运行的一个重要因素。另外据统计，供电设施投资占整个通信网初期投资的10％～20％，网络建成后，对供电设施的维护费用占全部维护费用的比例比这个数字还高。可见，接入网设备供电技术的发展将直接影响整个通信网的建设和运行维护成本。
2 接入网设备供电面临的问题
在一个完整的接入网系统中，我们往往根据设备安放位置或实现功能的不同，将其分为局端设备和远端设备或近端设备和远端设备。随着SDH、PDH传输系统越来越多地用在接入网数字段，原来意义上的局端设备或近端设备可能不再位于机房内，而是位于无人看守的机房外。因此仅从考虑供电问题这个角度来看，将接入网设备分为机房内设备和机房外设备更恰当些。如果某个接入网设备在机房内，则意味着有可靠的供电系统来对其馈电，供电的可靠性不是问题；如果该设备在机房外，供电问题就比较难解决。
我们对电信网的可靠性要求是大于99．99％，也就是说，每年由于通信网的原因致使用户不可用的时间累计不能超过53 min。目前笔者尚未见到我国商业电网可靠性统计资料的报道，但显而易见，就是我国发达地区商业电网的可靠性也很难达到这个标准。在欠发达地区，离这个标准就差得更远了。即使在欧美等发达国家，商业电网的可靠性也远比电信网差，机房外设备供电系统的可靠性也是这些国家电信运营商面临的一个头疼问题。可见在目前这种状况下，接入网机房外设备的供电不能只依靠商业电网。
3 目前的供电解决方案
目前我国在接入网建设中，对机房外设备的供电一般采取本地供电加备用电池这种方式。在欧美等发达国家，本地供电和远供电两种供电方式都存在。
----以上两种供电解决方案各有利弊。本地供电解决方案的优点是：技术成熟、价格相对合理、已有大规模应用。缺点之一是维护费用高，更换新电池、处理旧电池所需费用可观，安装维护电池需要花费大量劳动力，电池发生泄漏时还可能损坏设备器件；二是电池使用寿命对环境气候的依赖性较大，如VRLA电池最佳使用温度为11℃以下，气温每升高10℃，电池寿命就减半；三是我国目前还是一个电力相对紧张的国家，在很多城市拉闸限电的情况经常存在，为保证通信网不中断，实际安装的备用电池数量非常可观。
远供电解决方案的优点是：可靠性高，维护费用低；使通信网络节点变小，更容易找到安放的地方；在节点处不需要电池或发电机。缺点是：一次性投入成本过高。另外，当馈电电缆与通信光缆燉电缆铺设在一起时，为安全起见，需要对技术人员进行专门培训，这也增加了电信局的运营成本。
4 备用电池技术的新进展
目前接入网机房外设备的备用电池一般采用VRLA（Value-regulated Lead Acid）电池。这是因为VRLA电池具有高能量密度、低维护成本的特点。但VRLA电池也有其劣势。首先是其使用寿命一般较短（5年左右），且受环境影响大，在高温干燥地区其使用寿命可能短至18个月。其次VRLA电池在高温环境下或发生短路时可能发生爆炸，给操作维护人员和设备带来威胁。最后是VRLA电池发生泄漏时，化学液体将严重损坏通信设备。基于以上原因，电池生产商已开发出多种VRLA电池的替代产品。表1列出了这些替代产品名称，并对它们的性能进行了比较。
表1 新型备用电池的性能比较
名称 优点 缺点
锂电池 非常轻；比VRLA电池占用空间小、维护工作量小；寿命长，在各种气候条件下至少能使用10年。 初始投资成本高，大约是VRLA电池的2.5倍。
飞轮蓄能电池 使用寿命非常长，达到20年以上；维护工作量小，大约7到10年维护一次；蓄能的能量密度比其他电池高，与VRLA电池相当；安全性好，不会发生对通信设备有害液体的泄漏。 初始投资成本非常高，大约是VRLA电池的6倍。在极端环境条件下(高温干旱地区)，飞轮蓄能电池使用10年以上，其成本才与VRLA电池相当。
燃料电池 能量密度高；维护工作量少；安全性高。 价格昂贵，目前仅在太空试验中应用。
5 降低设备耗电
降低机房外设备的功耗不仅可节省设备耗电的费用，还可以减少备用电池的数量，降低对供电设施的维护费用。我国的电信网已成为世界第二大电信网，其耗电量每降低1％，由此带来的效益数以千万元计。因此，研究如何降低电信设备的功耗是非常有意义的。
随着半导体设计技术和加工工艺的发展，电信设备的功耗越来越低。据统计，相同性能和容量的电信设备功耗比10年前下降60％～80％。但是由于采用的技术不一样，来自不同厂家同样容量和处理能力的设备的功耗有时可能相差2到3倍。
目前我国绝大部分电信用户为普通电话用户。因此，降低Z接口用户环路功耗也是降低接入网远端设备功耗的一个行之有效的办法。中国电信的相关主管部门早就意识到这个问题，目前已组织制定出中国电信企业标准《接入网远端设备Z接口指标要求》。制定该标准的目的之一就是降低接入网远端设备的功耗。
考虑到我们所建设的接入网用户线长度与传统的铜线接入相比已大大缩短，一般从远端设备到用户终端的用户线长度基本上不超过1 km（在这里不讨论极端情况），用户线直流电阻小于200 Ω，如果远端设备此时还像传统的交换机那样给用户环路馈电，显然是一种浪费。因此在保证馈电电流的情况下，远端设备的馈电电压可以降低。在中国电信《接入网远端设备Z接口指标要求》中，将对用户环路的馈电电压从－48 V降为－24 V，这样整个用户环路的功耗将降低50％～75％。
6 接入网设备的馈电接口
接入网设备的馈电接口的标准化问题已经在ITU-T中引起了不少相关人士的关注。在ITU-T SG13的1997年9月的会议上，就提出了规范接入设备馈电接口的问题，主要包括馈电源和馈电宿的互操作性、对接入网馈电端口进行网络管理的信息转移这两个问题。SG13已决定将有关馈电接口的描述加入到相关的建议中。
馈电电压越高，电能传送的效率就越高。但从安全的角度来考虑要限制电压和功率值。因此在馈电源和馈电宿的互操作性这一部分中，规定了在接入网中仅使用两种馈电接口，它们分别是48VDC接口和130VDC接口，对这两种接口的要求见表2。该建议还准备对馈电源和馈电宿的其他特性提出要求。
表2 馈电接口要求
接口参数(推荐值) 48VDC接口 130VDC接口
最大连续电压 56.5 V 130 V
最大峰值电压 60 V 140 V
最小电压(无负荷) 44 V 125 V
最小电压(全负荷) 24 V 70 V
最大源功率 待定 100 W
最大宿功率额定值 待定 50 W(峰值)
到宿的噪声电压 100 mVrms(在从10 kHz到30 MHz间的任一3 kHz带宽内) 250 mVrms(在从10 kHz到30 MHz间的任一3 kHz带宽内)
来自宿的噪声电压 100 m Vrms 250 m Vrms
摘自《电信科学》
