激光供电在5G基站上也能实现吗？

来源:爱立信新闻稿等

物联网智库 整理发布

转载请注明来源和出处

导  读

激光无线供电技术应用于5G基站还处于研发阶段,距离落地还有一定的路途要走。不过从广义通信的范围来看,“隔空取电”从智能手机拓展到5G基站是电力传输进程中的重要一步,无论对于普通用户,还是通信运营商都将具有重要意义。

还记得今年年初小米发布的隔空充电技术吗?相比当前市面上主流的接触式无线充电,该技术真正实现了智能手机通过无线方式“隔空取电”。而在近日,这一堪称“黑科技”的应用又得到了进一步拓展——在5G基站供电中得以实现,迈出了5G基站建设历史上具有里程碑意义的一步。

10月4日,爱立信宣布与激光创新公司PowerLight Technologies合作,在西雅图实现了概念验证,成功展示了全球首个安全的,采用完全无线供电方式的5G基站,该方案中供电方式使用了光波束——一种基于激光的技术,将电转化为高强度光,然后再被无线基站捕获转化为电能,从而进行远程供电。

5G网络建设需要持续创新

就如同手机从功能机到智能机的演进过程,在手机功能越来越强大,但电池技术又迟迟没有突破性革命的情况下,各路智能手机厂商纷纷将目光转移到了充电技术的革新上。因为无论功能多么强大,硬件多么领先的智能手机,没有了电能的支持,它一样只是一块“板砖”,而5G基站同样如此。

众所周知,5G拥有三大原子能力,即eMBB:enhance MobileBroadband,增强型移动宽带;uRLLC:ultraReliable & Low Latency Communication,超高可靠超低时延通信;mMTC:massiveMachine Type Communication,海量机器类型通信,以应对三大应用场景,构建万物互联的全联接世界。但是5G这么好,它也遵循一个对立统一的规律,“人无完人”,5G也有让人头疼的缺点。

首先,昂贵的成本问题。运营商建设5G网络成本压力巨大是人尽皆知的事情,简单算一笔帐,按照此前中国移动采集单座5G基站的价格大约为16万元,同时根据公开预测5G基站数量是4G的两倍计算,5G要完成像4G相同的覆盖效果大约就需要1000万个基站,那么算下来5G基站的采购总投入将达到1．6万亿,可谓是一个天文数字。

然而,这还仅仅是电信运营商采购设备所需支出的成本,并不包括网络建成之后的电费、维护费、人工费、场地费等等。因此,通过各种创新方式降低网络部署的成本支出就成了各大运营商削尖脑袋要做的事情。比如,在基站的供电与业务传输中,传统方案是运营商通过复合光缆引入外市电,每年公布的基站光缆采集项目通常动辄就是几千万芯公里,这笔钱如何有效的省去?

其次,网络部署效率问题。不谈光缆采购以及人力维护耗资甚巨,在基站建设的过程中,经常会因为外市电引入或改造周期太长而影响基站开通的进度。比如,众所周知5G最大的一个卖点就是灵活部署能力,通过大带宽、低时延、海量链接可以随时随地的连接任何物联网设备,但是,5G基站本身却很难做到随时随地的灵活部署,因为移动通信基站并不只有基站设备,而是包括机房、电线、铁塔桅杆等在内的完整的结构部件,其中供电设备十分重要,而在抗险救灾、大型晚会、体育赛事等场景中,怎样省去“最后一根电缆”呢?因而探索在不同环境网络部署的速度和灵活性也是运营商亟待解决的重要问题。

激光无线供电方式打开新世界大门

根据爱立信官方新闻简述,此次演示过程中,双方在没有从街道电网接电,以及不涉及现场发电的情况下,通过PowerLight Technologies的激光技术,成功激活了一台完全处于“无能为力”状态下的爱立信Streetmacro 6701 5G毫米波基站,实现了300米(985英尺)距离内传输480瓦的能量。

该系统主要由两个部件组成,包括一个发射器和一个接收器。发射器一端的电力被用来产生强大的光束,并将其发送到接收器,接收器使用专门的光伏阵列来捕捉它,反过来又将传入的光子转换为电能,可为它所连接的任何设备供电。

爱立信北美网络负责人Kevin Zvokel表示,激光束无线供电的方案在不需要连接到电网的情况下就能安全地进行远距离传输电力,消除了布网建设过程中由电池站点选择造成的障碍,大大节省了部署时间,提高了灵活性。

PowerLight Technologies的执行主席Claes Olsson则表示,大多数人都知道,如今无线充电技术已经被应用手机、手表等小型电子设备当中。但爱立信和PowerLight Technologies的演示更具有突破性,是向着更大系统规模的安全、无线电力传输的商业化进程中的重要一步。并且PowerLight Technologies目前还在开发一种系统,在未来几年内可以实现电能在数公里范围内的无线安全传输。

爱立信和PowerLight Technologies的这套无线传输代替了供电线,从一定程度上可以帮助运营商快速开通基站站点,尤其适用于城市杆站、微站的快速部署,可适合应急通信保障或特定时间密集化需求的临时场景。除此之外,它还可以为无人AGV、无人机、传感器等各种物联网设备便捷地供电。

设想美好但道阻且长

实际上,激光充电技术并不是一个全新的概念,它是利用光线进行远距离能量传输的一种技术,由美国武器开发和制造商洛克希德·马丁与美国激光动力公司共同研发。2013年5月,装备了世界首款激光充电系统“隐形塔”的垂直起降飞机进行首次飞行,可利用激光为任意多旋翼直升机通过光纤传送能量。在其地面部分能源充足情况下,可实现飞机不间断飞行。

2016年,俄罗斯一家名叫“能源”的火箭航天公司也做了一项关于激光充电技术的验证,他们在两座相隔1．5公里的大楼间,通过在其中一个屋顶安装激光发射器,另一个屋顶安装对光板,并且在对光板上加入了常规移动电话充电端口,实现了为手机充电1小时的成就。在这个过程中,虽然对光板长度只有 10cm,但依然精确地接收到了激光,实在令人惊叹。

根据报道,在国内,华为也已经申请了一项通过激光来为手机进行“无线充电”的专利。据华为官方页面信息显示,它可以给多个设备同时充电,除了手机外,无线充电还可以应用于包括无人机在内的各种物联网设备。同时,为了保证使用者的安全,发射端会支持检测激光路径中的眼睛,并及时切断激光发射以保护人或宠物。

如今,爱立信与PowerLight Technologies又将激光供电技术应用于5G基站当中,不可谓不吸引人,不过,从这项技术的发展来看,想要实现落地商用恐怕还尚需时日。

首先,其中牵扯到光电转化效率问题和低碳问题,电能转化成光能,再从光能转化为电能,这其中损耗有多少?节省布网费用不能顾此失彼,捡了芝麻丢了西瓜;其次是安全性保障,当然,在此次验证中双方也特意强调了这项技术的安全性,通过一个“虚拟防护罩或安全环”在任何生物或物体穿过时,都能激活这一功能,自动关闭电力输送的光束,由场地的备用电池接管。

小结

激光无线供电技术应用于5G基站还处于研发阶段,距离落地还有一定的路途要走。不过从广义通信的范围来看,“隔空取电”从智能手机拓展到5G基站是电力传输进程中的重要一步,无论对于普通用户,还是通信运营商都将具有重要意义。