無線基站的節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用探析

【摘要】近年來，隨著通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，通信行業(yè)的能源消耗不斷增加。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，2010年，整個通信行業(yè)年耗電量已經(jīng)超過220億千瓦時，已經(jīng)嚴重影響了電信企業(yè)的效益和發(fā)展。其中無線基站數(shù)量占通信機房比例最大，如果能將基站的能量消耗降低下來對于整個移動通信的節(jié)能降低非常關(guān)鍵。本文主要闡述了主設(shè)備節(jié)能、配套設(shè)備節(jié)能和建筑節(jié)能三種常用方法，為移動基站節(jié)能工作提供建議和參考。并詳細分析了這三種節(jié)能技術(shù)的典型應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】無線基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前，節(jié)能減排已經(jīng)成為國家的一項基本國策。這是我國政府強力推進建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會的必然要求。其中，通信領(lǐng)域的能源消耗已經(jīng)引起了社會的廣泛關(guān)注。在移動通信整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站設(shè)備的能源消耗高達70%。因此無線基站的節(jié)能技術(shù)對于節(jié)能減排有重要意義。運營商和設(shè)備廠家都在基站節(jié)能方面提出了很多方案。下圖給出的是無線基站各種設(shè)備的能耗構(gòu)成。

由圖可知，無線基站耗電主要是主設(shè)備耗電和配套設(shè)備中的空調(diào)耗電?；竟?jié)能減排的措施可以從主設(shè)備節(jié)能、機房配套設(shè)備節(jié)能和建筑節(jié)能三個方面進行考慮。

一、無線基站節(jié)能方法

無線基站節(jié)能減排的原則有以下幾點：（1）系統(tǒng)可靠性；（2）方案可行性；（3）技術(shù)有效性；（4）經(jīng)濟合理性；（5）效果可測性。

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，傳統(tǒng)基站單站年耗電量高達1.6萬度。因此，如何降低基站主設(shè)備能耗，成為運營商面臨的越來越迫切的問題。新一代基站具有高集成度、全IP化、高載頻、高效率數(shù)字功放、模塊化的特征。這些特征將使新一代基站更節(jié)能。

（1）提高功放效率及設(shè)備集成度。基站主設(shè)備采用數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，功放穩(wěn)定性增強，集成度增加。這種技術(shù)可以提高功放效率，減少基站的發(fā)熱量。數(shù)字預(yù)失真技術(shù)使基站功能模塊變得更小。基站主設(shè)備采用高集成度的設(shè)計和低功耗的芯片，可以達到降低功耗的目的。這樣不僅能夠降低基站的占用空間，還能減小機柜數(shù)量。同時基站功率的減少，不僅降低能耗，也減小了無線基站的輻射。新一代的基站設(shè)備解決了基站難以進入小區(qū)的難題，有利于保護消費者的健康。（2）軟件節(jié)能技術(shù)。由基站設(shè)備耗電圖可以看出，基站設(shè)備耗電的波動很大。常采用的降低其耗電的方法有時隙關(guān)斷技術(shù)或者進行優(yōu)化業(yè)務(wù)量等。當(dāng)業(yè)務(wù)量少的時候，可以讓一些載頻處于待機狀態(tài)。采用這種措施既降低能耗又能維持基站的正常運行。（3）分布式基站技術(shù)。目前的分布式基站技術(shù)是把基站分為基帶和射頻兩個部分。傳統(tǒng)的饋線帶來的損耗較大，可以用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的饋線，減少傳統(tǒng)饋線帶來的損耗。拉遠單元可以采用自然散熱技術(shù)，能夠降低溫控能耗，分布式基站技術(shù)可將基站消耗的功率大幅度降低。（4）降低環(huán)境溫度要求。通過設(shè)計改進設(shè)備對運行環(huán)境溫度的要求，提高設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的溫度上限。這樣可以減少空調(diào)的使用時間，達到節(jié)能的目的。

（1）基站環(huán)境溫濕度智能監(jiān)測控制系統(tǒng)。機房溫濕度檢測與通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)，形成基站機房環(huán)境智能監(jiān)測控制系統(tǒng)。根據(jù)檢測到的基站環(huán)境的溫濕度可以自動開啟或者關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)，這樣可以節(jié)約電能。另外，也可以引入新風(fēng)系統(tǒng)，采用直通風(fēng)、自然散熱的方式來降低機房溫度，但是這種方式也受到環(huán)境的限制。（2）基站電源治理。傳統(tǒng)的電源諧波電流大，給電網(wǎng)帶來了嚴重的影響，使電網(wǎng)波形失真。蓄電池對環(huán)境溫度要求較高，人們常采用的措施是運用專用設(shè)備只將蓄電池的溫度降低下來，整個機房的溫度并不用降低。采用半導(dǎo)體技術(shù)的溫控蓄電池柜，把機房蓄電池放入單獨的恒溫蓄電池柜進行單點溫控，這樣既可以滿足蓄電池對環(huán)境溫度的要求又可以達到節(jié)能的目的。

建筑保溫層設(shè)置越好，建筑內(nèi)溫度傳導(dǎo)越慢。尤其是在北方地區(qū)，應(yīng)該加強基站機房的建筑保溫層設(shè)計。在南方，夏天應(yīng)該安裝保溫設(shè)施。而在冬天應(yīng)該拆卸掉，以利于散熱。尤其在南方采取隔熱措施可以有效避免室外熱量進入室內(nèi)。建筑隔熱層設(shè)置則單方向影響室外熱量傳導(dǎo)進室內(nèi)。

二、基站節(jié)能技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用

分布式基站傳統(tǒng)基站能耗可降低65%。分布式基站節(jié)能的來源如下：（1）RRU靠近天線安裝；（2）基帶部分集中放置，射頻部分置于天面；（3）RRU拉遠覆蓋，將設(shè)備功耗分離。

分布式節(jié)能技術(shù)的典型應(yīng)用：（1）高校宿舍室內(nèi)覆蓋；（2）農(nóng)村覆蓋；（3）隧道輻射。

室外站標(biāo)準(zhǔn)機房是適應(yīng)于各種無線環(huán)境的小型機房。它采用模塊化設(shè)計，由設(shè)備艙、配套艙、蓄電池艙組成。根據(jù)內(nèi)置設(shè)備不同的工作溫度要求，各基本單元靈活選用熱交換器、直通風(fēng)、半導(dǎo)體空調(diào)等多種溫控技術(shù)，在達到預(yù)定的溫控效果同時，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

室外一體化機柜站機房與傳統(tǒng)機房相比有以下優(yōu)點：（1）占地面積減少超過60%；（2）節(jié)約溫控能耗40%～80%；（3）部署時間節(jié)約80%，防盜性能高于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)30%；（3）不僅保持著站點美觀有序，同時滿足網(wǎng)絡(luò)長期擴容需求。

室外站一體化機房有以下優(yōu)勢：（1）單柜占地僅需一平米；（2）年節(jié)省電費3000—10000元；（3）大幅降低TCO，當(dāng)年投資，當(dāng)年盈利。

室外一體化機柜站技術(shù)的應(yīng)用場所：（1）城區(qū)街邊站/樓頂站；（2）郊區(qū)山頂站/高速路邊站；（3）獨立溫控蓄電池柜。

隨著業(yè)務(wù)信道載頻負荷的變化，基站系統(tǒng)耗電波動很大，通過軟件動態(tài)功率控制技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)節(jié)能是無線通信節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢。

第一是基于負荷的TRX/PA關(guān)斷。通過軟件控制實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負荷的TRX開關(guān)調(diào)整或PA偏置調(diào)整。BSC根據(jù)每個載頻板的話務(wù)情況進行判斷。當(dāng)話務(wù)量負荷上升，超過設(shè)置的門限時，BSC會立即激活被關(guān)斷的TRX。載頻啟動時間最高達分鐘級。而話音信道載頻板所對應(yīng)的功放模塊PA偏置電壓，載頻啟動時長在毫秒級。

第二是基于時隙的PA關(guān)斷。通過硬件或軟件控制實現(xiàn)基于時隙業(yè)務(wù)負荷的PA偏置開關(guān)調(diào)整。PA偏置開關(guān)調(diào)整主要是關(guān)閉或打開PA的偏置電壓，來控制PA的偏置電流。而基于時隙的PA關(guān)斷就是在時隙沒有話務(wù)，即動態(tài)功耗為0的情況下，進一步關(guān)斷功放的靜態(tài)功耗。關(guān)斷后時隙級功放的功耗為0?；跁r隙的PA關(guān)斷可以做到各個時隙功放單獨開關(guān)。

三、結(jié)束語

綜上所述，基站節(jié)能技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)豐富。節(jié)能技術(shù)以優(yōu)化資源利用方式為核心，以提高資源利用率為目標(biāo)。積極進行相關(guān)節(jié)能措施的探索與研究，從而提出更多切實可行的節(jié)能措施。通信行業(yè)的節(jié)能減排勢在必行，這一方面是為響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，另一方面是為了電信企業(yè)的長久發(fā)展。通信基站節(jié)能減排是一項系統(tǒng)工程，需要電信運營商、制造商統(tǒng)一協(xié)調(diào)配合，針對各項技術(shù)的應(yīng)用特點，綜合考慮各方面因素，才能做好無線基站節(jié)能減排工作。

參考文獻

[1]徐金爐，嚴海波，孫琳.移動通信基站節(jié)能減排解決方案[J].郵電設(shè)計技術(shù)，2008（12）

[2]陸斌.構(gòu)建綠色通信網(wǎng)絡(luò)四川聯(lián)通節(jié)能減排策略與實踐[J].通信與信息技術(shù)，2009（1）

[3]陳新明.新型天線節(jié)能減排探討[J].電信技術(shù). 2011（12）

[4]楊銳.分布式基站在我國鐵路GSM-R系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新. 2011（02）

[5]范慧芳，左輝國.本地交換網(wǎng)TDM交換機退網(wǎng)和減容實現(xiàn)方案[J].信息通信. 2011（04）

[6]李秀艷.淺析分布式基站的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟. 2011（23）

[7]王華剛，羅森文，關(guān)強華，陳少川.分布式基站防雷研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化. 2011（07）