電信商藉由增加並行傳輸密度、提高資料壓縮率等改善方案以提升網路資料傳輸率，卻也同時引發增加電源供應器功率的設計挑戰。通訊電源系統開發人員須同時克服DC電源系統提高功率的挑戰，並妥善引入鋰電池備用儲能系統，方能有提升電信設備效能與安全性。
4G網路促進智慧型手機和雲端服務的蓬勃發展。根據中國大陸2014年底的銷售資料統計，4G裝置的成長率已超越3G裝置，也等同於宣告4G時代提早來臨。4G商機提前爆發，但消費者卻普遍反應網路使用體驗不如預期，不足的基礎建設，暴露出了系統業者的隱憂。
隨著無線網路基礎建設的改善，網路傳輸的速度得以不斷提升，手機的隨機記憶體越來越大，使得行動通訊的可行性大大地增加，當手機的解析度越來越高，原本做為信件發送的3G通訊媒介也逐漸扛起線上影音的重責大任。
此外，當手機顯示器達到全高畫質(Full HD)的水準之後，4G通訊的需求也跟著爆發，高達100Mbit/s的傳輸速度，雖然仍然低於USB 2.0的480Mbit/s的傳輸速度，但配上高速讀取的固態非揮發性記憶體，在Full HD線上影音的顯示與傳輸上已與高速ADSL相去不遠，使得有些使用者甚至開始放棄Wi-Fi與有線網路，以4G做為統一的通訊介面。
當消費者開始減少對有線網路的依賴之後，伴隨而來的龐大數據傳輸需求，似乎出乎系統業者的預料，4G手機的出貨量增長率超過3G手機，更讓系統業者一則以喜一則以憂，喜的是用戶數增多、收入增加；憂的是建置好的基礎建設容量不足，面臨頻寬供不應求的窘境。雖然也有業者開始祭出降速或取消吃到飽方案，意圖透過降低使用需求與增加收入改善帳面問題，但是消費者排山倒海的抱怨，與更換供應業者的行動，也讓業者面對進入進退兩難的困境。
數位通訊需求攀升 基礎建設重要性大增
通訊服務已不再只是通話功能，文字、照片及影片都是通訊所必須，各種雲端服務所產生的資訊流，尤其是電子商務與物聯網，讓數位通訊的需求量超過類比通訊，成為4G中的主流。
類比資訊的好處在於可能基礎環境品質不佳，但是仍舊可以提供堪用與即時的資訊，但是透過編碼與壓縮的數位資訊，一旦有其中一個位元因為任何原因消失，整段訊息即視同廢物。因此在數位化時代，要達到完全不中斷的服務，對基礎建設的質與量就必須要求更高，如果還要考慮傳輸速度，對於基地台的投資更是不言可喻，相對的也需要完美的電源供應系統，才能夠支援完美的資訊傳遞服務。
高傳真影音時代，從真空管、線材到變壓器的選用，乃至於所謂的「煲機」，動輒數十萬的設備都是為了能夠減少類比訊號的失真。到了數位時代，一個位元的失誤就會造成整個資訊封包的毀損，甚至造成整個檔案的失效，這也是為何無線數位電視的收視感受不如預期的原因。
要提高網路的傳輸速度與品質，就像是改善高速公路交通一樣，可以透過並行與串行的兩種改善作法，也就是增加車道數量(提高覆蓋率)或者提高速限(提升I/O密度)，或者提高載具承載密度(增加壓縮率)、採用大眾運輸系統(雲端共享)、調撥車道(彈性上/下行速率調整)，甚至是增建快速道路(多代系統混用)等等，不過上述改善作法，都需要網路系統業者更多的資源投入。
台灣居民普遍有反對基地台設置的心理障礙，在不改變基地台本身的情況下增加設立點以提高覆蓋率無異是緣木求魚，因此系統商幾乎只剩下改善基地台做起，如此一來不但有成本增加的疑慮，而且新設備也有須調校的問題，不得不小心謹慎。
提升直流電源供應效率難度高
如前所述，為提高網路傳輸速度，基地台的改善勢不可當，而無論是並行傳輸密度增加，或是提高資料壓縮率等改善方案，都勢必會提高基地台的操作功率，而一旦操作功率增加，就代表著電源功率必須提高。然而，基地台傳統上是以直流電(DC)電源系統運作，要提高功率將面臨許多挑戰，此從基礎電學的角度即可得知一二。
回顧愛迪生(Thomas Edison)與西屋(George Westinghouse)20世紀初的交流對直流(AC-DC)大戰，AC與DC兩個系統面臨的問題在於電源效率挑戰。經過一世紀的發展，AC電源在系統的電壓升降有能量節省的優勢，但是對於生物體會造成心室顫動的風險，DC系統除電壓升降轉換的能耗大外，雖然沒有干擾生物體神經中樞系統的危險，但是其電熱量更大，更容易產生電弧等兩大安全問題，使得業者在提高電源功率的策略上更是小心翼翼。
DC的功率在理想狀態下，等同於電壓乘上電流，因此功率要提高，不是提高電壓就是提高電流，或者是兩者都要提高。
提高電壓易生電弧
如果在基地台體積無法增加的情況下，配線密度不變的情況下提高電壓，就會提高絕緣介質崩潰而產生短路或者電弧的風險。而且DC沒有AC會有電壓為零的先天優勢，就像是頻率無限大的AC，電弧不會自行中斷，介質崩潰的機率就比AC更高。不同於AC在600伏特以下都稱為低壓，DC只要在100伏特以上就是中高壓領域。
提高電流增加介質崩潰風險
在電壓不能任意調高的情況下，提升功率也意味著電流量要增大，如果導體形式不變，電路本身產生的熱是電流的平方乘上電阻，也就是發熱密度是以平方的速率增加，除了溫度本身會造成絕緣介質的燃燒風險，環境溫度增加也會降低絕緣介質崩潰電壓，聚合物絕緣介質更會因為溫度上升而劣化速度加快，提早發生介質崩潰，進而促發電弧或者短路的產生而縮短產品的使用壽命。
另外，AC有趨膚效應(Skin Effect)，電流會有隨頻率增加而更貼近導體表面區域傳遞，因此可以透過薄型化導體而達到降低導體材料成本的優勢。DC為了要降低本身的傳輸耗阻，就不得不增加截面積而導致整體成本的上升。
上述兩個問題，不僅會發生在基地台的主架構上，在電源供應器上面臨的難度更高，因為主架構還會隨著線路分散而電壓下降或者因為訊號切換而有類似AC的電壓下降冷卻效應，再加上電源供應器通常是全天候、全功率運作。
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| 圖1 CTI的測試架設 |
在全球通用的資通訊設備電氣安全標準UL/IEC 60950-1內，操作溫度、絕緣介質絕緣電阻(Insulation Resistance)及絕緣介質耐受電壓(Dielectric Withstand)，皆是產品必須進行的測試，針對做為絕緣介質的聚合物材料，更必需有耐焰性(Flammability)、耐熱線圈點燃性(Hot Wire Ignition, HAI)、耐電弧點燃性(High Current Arc Ignition)與漏電指數(Comparative Tracking Index, CTI)(圖1)、崩潰電壓(Dielectric Strength)相對熱指數(Relative Thermal Index)等各種長短期電氣安全相關的測試數據。
這些相關數據都是為了供終端安全設計評估使用，其中HAI與CTI兩項更因為現行測試方法採取AC電源測試，考量到交直流電系統的差異，目前業界仍在探討是否該增列DC電源測試的版本。
能量密度高 鋰電池躍升備用電池首選
除了基本的電源供應外，因為通訊本身必須具備更高的安全、戰略與業務特性，系統業者不得不面對備用電源的問題，而且當主電源功率必須提高時，備用電源的功率也必須隨之提高，有線通訊業者有著機房集中配置與維護的優勢，無線通訊業者面臨散布各地的獨立基地台，在備用電力的選擇難題也不容小覷。
姑且不論電力源的優劣勢問題，面臨提升電壓與電流的系統設計，無法再以單一電池芯進行供應，因此管理串並聯後電池的充放電系統，也會面臨如主系統電源的電氣安全問題，更糟的是還要面對做為能量源的電池其本身電氣安全風險，避免因為交互作用而造成安全風險的放大。
舉例來說，電池大多在充放電時會放出氫氣，而氫氣屬於易燃氣體，原本在一般空氣中無虞的電熱或者微小電弧，都有可能點燃氫氣引發燃燒甚至爆炸。另一方面，即使沒有氫氣的排放，電池在充放電時必然會因為反應而發熱，加上管理系統運作的電路發熱，兩者疊加造成更快更高的熱釋放功率而提高環境溫度，都是更大的風險。
因此針對儲能用的電池組系統，還必須額外以新制定的美國國家安全標準ANSI/UL 1973進行評估，管理系統也必須進行如IEC/UL 61508或者IEC/UL 60730等安全控制功能的可靠度分析，才能確保電池組加上管理系統後仍然能夠長期的安全運作。
此外，在功率需求不斷提高、環保意識與使用壽命延長的浪潮推動下，鋰電池與燃料電池無疑是新一代儲能源候選人，甚至也可結合其他如風力與太陽光電等再生能源，以增長獨立運作時間，做為偏遠地區或者電力網不便架設區域的獨立基地台使用。
同時，上述兩者也能免除第二備用電力源如柴油發電機的設計，更進一步減少體積、臭味、噪音與爆炸的風險，甚至也有業者開發出可移動式的基地台，提供臨時或是緊急需求如災後、晚會等等，降低長期固定式的基地台投入。
據了解，鋰電池具備高能量密度的優勢，使用壽命較長，商用化時間也長，早就有業者想要嘗試，然而因為鋰電池新品價格仍然高出鉛酸電池許多，初期投入過大，因此有業者想要嘗試引進筆電或者車電的汰役電池做為低成本的取代方案。
除了殘餘壽命的定義尚未有國際標準外，無論新舊鋰電池仍均必須通過鋰電池芯的安全標準IEC 62133，或是UL 1642及聯合國運輸標準UN38.3的測試和允收要求後，才能進行電池組的整體安全性評估。
著眼於鋰電池的爆炸安全問題，燃料電池的爆炸風險較低，又有可隨時添加燃料而沒有充電麻煩的優勢，儘管造價比鋰電池更高，仍然有不少業者投入開發。
雖然燃料電池過去因為量少，各項材料與零件單價高，目前已隨著產量的增加與設備的攤提而成本下降，逐漸走向小規模量產，但是燃料電池仍然有伴隨能量密度高而產生熱量密度高的相同安全問題。
燃料本身如氫氣或者其他儲氫媒介如甲醇、乙醇(酒精)等的儲存與置換，也容易因為環境溫度而產生累積壓力問題，反應後產物如水與二氧化碳，雖然不會有易燃性，也會有氣壓與水的腐蝕性、導電性等安全問題。
再者，目前燃料電池系統並不普及，且商用化低，製造廠商數量少，燃料來源不同系統結構與安全風險差異大；且除了國際標準仍在持續發展中(表1)，目前取得認證的量產產品也非常稀少，無法確保產品安全性。
據全球行動通訊聯盟智庫機構統計，機器對機器(M2M)通訊需求逐年增長，2014年北美行動通訊中已經超過10%的流量，預期到2020年更會突破20%。
不斷增長的行動通訊市場中，電源供應仍然擔負關鍵的支撐角色，且面臨龐大的技術與資金投入，除了效率與成本競爭外，電源系統業者更必須隨時掌握安全，才能平穩的飛馳在4G的康莊大道上。
(本文作者為UL亞太區事業發展經理)