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激光無線供電技術應用于5G基站還處于研發(fā)階段，距離落地還有一定的路途要走。不過從廣義通信的范圍來看，“隔空取電”從智能手機拓展到5G基站是電力傳輸進程中的重要一步，無論對于普通用戶，還是通信運營商都將具有重要意義。
還記得今年年初小米發(fā)布的隔空充電技術嗎？相比當前市面上主流的接觸式無線充電，該技術真正實現(xiàn)了智能手機通過無線方式“隔空取電”。而在近日，這一堪稱“黑科技”的應用又得到了進一步拓展——在5G基站供電中得以實現(xiàn)，邁出了5G基站建設歷史上具有里程碑意義的一步。
10月4日，愛立信宣布與激光創(chuàng)新公司PowerLight Technologies合作，在西雅圖實現(xiàn)了概念驗證，成功展示了全球首個安全的，采用完全無線供電方式的5G基站，該方案中供電方式使用了光波束——一種基于激光的技術，將電轉(zhuǎn)化為高強度光，然后再被無線基站捕獲轉(zhuǎn)化為電能，從而進行遠程供電。
5G網(wǎng)絡建設需要持續(xù)創(chuàng)新
就如同手機從功能機到智能機的演進過程，在手機功能越來越強大，但電池技術又遲遲沒有突破性革命的情況下，各路智能手機廠商紛紛將目光轉(zhuǎn)移到了充電技術的革新上。因為無論功能多么強大，硬件多么領先的智能手機，沒有了電能的支持，它一樣只是一塊“板磚”，而5G基站同樣如此。
眾所周知，5G擁有三大原子能力，即eMBB：enhance MobileBroadband，增強型移動寬帶；uRLLC：ultraReliable & Low Latency Communication，超高可靠超低時延通信；mMTC：massiveMachine Type Communication，海量機器類型通信，以應對三大應用場景，構建萬物互聯(lián)的全聯(lián)接世界。但是5G這么好，它也遵循一個對立統(tǒng)一的規(guī)律，“人無完人”，5G也有讓人頭疼的缺點。
首先，昂貴的成本問題。運營商建設5G網(wǎng)絡成本壓力巨大是人盡皆知的事情，簡單算一筆帳，按照此前中國移動采集單座5G基站的價格大約為16萬元，同時根據(jù)公開預測5G基站數(shù)量是4G的兩倍計算，5G要完成像4G相同的覆蓋效果大約就需要1000萬個基站，那么算下來5G基站的采購總投入將達到1.6萬億，可謂是一個天文數(shù)字。
然而，這還僅僅是電信運營商采購設備所需支出的成本，并不包括網(wǎng)絡建成之后的電費、維護費、人工費、場地費等等。因此，通過各種創(chuàng)新方式降低網(wǎng)絡部署的成本支出就成了各大運營商削尖腦袋要做的事情。比如，在基站的供電與業(yè)務傳輸中，傳統(tǒng)方案是運營商通過復合光纜引入外市電，每年公布的基站光纜采集項目通常動輒就是幾千萬芯公里，這筆錢如何有效的省去？
其次，網(wǎng)絡部署效率問題。不談光纜采購以及人力維護耗資甚巨，在基站建設的過程中，經(jīng)常會因為外市電引入或改造周期太長而影響基站開通的進度。比如，眾所周知5G最大的一個賣點就是靈活部署能力，通過大帶寬、低時延、海量鏈接可以隨時隨地的連接任何物聯(lián)網(wǎng)設備，但是，5G基站本身卻很難做到隨時隨地的靈活部署，因為移動通信基站并不只有基站設備，而是包括機房、電線、鐵塔桅桿等在內(nèi)的完整的結構部件，其中供電設備十分重要，而在抗險救災、大型晚會、體育賽事等場景中，怎樣省去“最后一根電纜”呢？因而探索在不同環(huán)境網(wǎng)絡部署的速度和靈活性也是運營商亟待解決的重要問題。
激光無線供電方式打開新世界大門
根據(jù)愛立信官方新聞簡述，此次演示過程中，雙方在沒有從街道電網(wǎng)接電，以及不涉及現(xiàn)場發(fā)電的情況下，通過PowerLight Technologies的激光技術，成功激活了一臺完全處于“無能為力”狀態(tài)下的愛立信Streetmacro 6701 5G毫米波基站，實現(xiàn)了300米（985英尺）距離內(nèi)傳輸480瓦的能量。
該系統(tǒng)主要由兩個部件組成，包括一個發(fā)射器和一個接收器。發(fā)射器一端的電力被用來產(chǎn)生強大的光束，并將其發(fā)送到接收器，接收器使用專門的光伏陣列來捕捉它，反過來又將傳入的光子轉(zhuǎn)換為電能，可為它所連接的任何設備供電。
愛立信北美網(wǎng)絡負責人Kevin Zvokel表示，激光束無線供電的方案在不需要連接到電網(wǎng)的情況下就能安全地進行遠距離傳輸電力，消除了布網(wǎng)建設過程中由電池站點選擇造成的障礙，大大節(jié)省了部署時間，提高了靈活性。
PowerLight Technologies的執(zhí)行主席Claes Olsson則表示，大多數(shù)人都知道，如今無線充電技術已經(jīng)被應用手機、手表等小型電子設備當中。但愛立信和PowerLight Technologies的演示更具有突破性，是向著更大系統(tǒng)規(guī)模的安全、無線電力傳輸?shù)纳虡I(yè)化進程中的重要一步。并且PowerLight Technologies目前還在開發(fā)一種系統(tǒng)，在未來幾年內(nèi)可以實現(xiàn)電能在數(shù)公里范圍內(nèi)的無線安全傳輸。
愛立信和PowerLight Technologies的這套無線傳輸代替了供電線，從一定程度上可以幫助運營商快速開通基站站點，尤其適用于城市桿站、微站的快速部署，可適合應急通信保障或特定時間密集化需求的臨時場景。除此之外，它還可以為無人AGV、無人機、傳感器等各種物聯(lián)網(wǎng)設備便捷地供電。
設想美好但道阻且長
實際上，激光充電技術并不是一個全新的概念，它是利用光線進行遠距離能量傳輸?shù)囊环N技術，由美國武器開發(fā)和制造商洛克希德·馬丁與美國激光動力公司共同研發(fā)。2013年5月，裝備了世界首款激光充電系統(tǒng)“隱形塔”的垂直起降飛機進行首次飛行，可利用激光為任意多旋翼直升機通過光纖傳送能量。在其地面部分能源充足情況下，可實現(xiàn)飛機不間斷飛行。
2016年，俄羅斯一家名叫“能源”的火箭航天公司也做了一項關于激光充電技術的驗證，他們在兩座相隔1.5公里的大樓間，通過在其中一個屋頂安裝激光發(fā)射器，另一個屋頂安裝對光板，并且在對光板上加入了常規(guī)移動電話充電端口，實現(xiàn)了為手機充電1小時的成就。在這個過程中，雖然對光板長度只有 10cm，但依然精確地接收到了激光，實在令人驚嘆。
根據(jù)報道，在國內(nèi)，華為也已經(jīng)申請了一項通過激光來為手機進行“無線充電”的專利。據(jù)華為官方頁面信息顯示，它可以給多個設備同時充電，除了手機外，無線充電還可以應用于包括無人機在內(nèi)的各種物聯(lián)網(wǎng)設備。同時，為了保證使用者的安全，發(fā)射端會支持檢測激光路徑中的眼睛，并及時切斷激光發(fā)射以保護人或?qū)櫸铩?/p>
如今，愛立信與PowerLight Technologies又將激光供電技術應用于5G基站當中，不可謂不吸引人，不過，從這項技術的發(fā)展來看，想要實現(xiàn)落地商用恐怕還尚需時日。
首先，其中牽扯到光電轉(zhuǎn)化效率問題和低碳問題，電能轉(zhuǎn)化成光能，再從光能轉(zhuǎn)化為電能，這其中損耗有多少？節(jié)省布網(wǎng)費用不能顧此失彼，撿了芝麻丟了西瓜；其次是安全性保障，當然，在此次驗證中雙方也特意強調(diào)了這項技術的安全性，通過一個“虛擬防護罩或安全環(huán)”在任何生物或物體穿過時，都能激活這一功能，自動關閉電力輸送的光束，由場地的備用電池接管。
小結
激光無線供電技術應用于5G基站還處于研發(fā)階段，距離落地還有一定的路途要走。不過從廣義通信的范圍來看，“隔空取電”從智能手機拓展到5G基站是電力傳輸進程中的重要一步，無論對于普通用戶，還是通信運營商都將具有重要意義。
參考資料：
1.https://www.ericsson.com/en/news/2021/10/ericsson-and-powerlight-achieve-base-station-wireless-charging-breakthrough
2.《真無線充電：華為申請激光充電技術專利》，電腦報
3.《5G基站可以無線供電了》，網(wǎng)優(yōu)雇傭軍
