通信基站的主要能耗及節(jié)能減排技術(shù)措施探討

王秀錦

摘 要：通信基站節(jié)能是通信企業(yè)節(jié)能減排的重要前沿陣地。對于通信基站的能耗而言，其主要由主設(shè)備耗電和空調(diào)耗電組成，文章首先對這些通信基站的主要能耗進(jìn)行了分析，隨后結(jié)合工作實(shí)踐對通信基站節(jié)能的技術(shù)措施進(jìn)行了簡要探討。

關(guān)鍵詞：通信基站；機(jī)房節(jié)能；移動(dòng)通信

通信基站節(jié)能是通信企業(yè)節(jié)能減排的重要前沿陣地。對于通信基站的能耗而言，其主要由主設(shè)備耗電和空調(diào)耗電組成，長期的跟蹤監(jiān)測表明，這兩項(xiàng)耗電之和大約占到了基站耗電總量的95%以上，主設(shè)備耗電與空調(diào)耗電比約為6∶5，可見這兩項(xiàng)耗電量都非常大，存在著非常大的節(jié)能空間。通信基站的節(jié)能工作應(yīng)從主設(shè)備、空調(diào)、電源、新能源等各方面著手，爭取最大限度地降低通信基站的能耗，達(dá)到節(jié)能減排和綠色機(jī)房建設(shè)的目的。通信基站節(jié)能技術(shù)要注重可靠性、可行性、有效性和合理性，既要保障通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行，又要兼顧節(jié)能與環(huán)保，充分挖掘節(jié)能減排的潛力，促進(jìn)通信企業(yè)又快又狠地發(fā)展。

1 通信基站主要能耗分析

當(dāng)前，通信公司在基站機(jī)房建設(shè)上投入了大量資金，但對節(jié)能減排節(jié)點(diǎn)的把握和投入并不能真正發(fā)揮其作用和優(yōu)勢，現(xiàn)有的高能耗、低效率問題依然是困擾通信企業(yè)快步發(fā)展的重要羈絆。

1.1 主設(shè)備的能耗

基站無線主設(shè)備的用電主要是根據(jù)在網(wǎng)的設(shè)備個(gè)數(shù)以及其功耗所決定的。另外，業(yè)務(wù)信道載頻的負(fù)荷變化也可能會(huì)導(dǎo)致基站系統(tǒng)的能耗出現(xiàn)比較大的波動(dòng)。如果在基站布點(diǎn)的過程中存在不合理的地方，就會(huì)導(dǎo)致無線設(shè)備個(gè)數(shù)出現(xiàn)不合理的增加。在規(guī)劃移動(dòng)通信基站的過程中，由于人為以及環(huán)境等因素，往往會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)通信基站的選址不合理，進(jìn)而會(huì)對基站的布局造成一定的影響。為了能夠讓覆蓋率提高，需要增加移動(dòng)通信基站的建設(shè)數(shù)量，這樣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量也會(huì)增加，從而導(dǎo)致設(shè)備的總體能耗加大[1]。眾所周知，射頻部分是無線設(shè)備能耗最多的部分，而功放部分則是射頻部分中能耗最多的部分。所以，基站主設(shè)備的能耗主要是由功放效率來決定的，但是在傳統(tǒng)基站中，功放效率往往比較低。而且，移動(dòng)通信基站的輸出功率在通過饋線送到天線的過程中也會(huì)造成能耗。此外，多數(shù)承載業(yè)務(wù)的板卡模塊還不能智能識(shí)別業(yè)務(wù)忙閑時(shí)段，空載和低效運(yùn)行的狀況普遍存在，這些都是節(jié)能減排需要關(guān)注的重點(diǎn)因素。

1.2 空調(diào)的能耗

經(jīng)過對基站能耗長期的跟蹤監(jiān)測表明，在移動(dòng)通信基站的總能耗中，空調(diào)能耗占了大約一半，而在空調(diào)能耗中有大約2/3是由空調(diào)制冷系統(tǒng)造成的。其中，能耗則是由空調(diào)的送風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)造成的?？梢娀究傮w能耗的降低，必須充分降低基站空調(diào)能耗。如何實(shí)現(xiàn)空調(diào)能耗降低，是基站節(jié)能需要首要解決的問題。基站通信設(shè)備發(fā)熱量較高，空調(diào)壓縮機(jī)需要長時(shí)間工作才能維持良好的機(jī)房溫度，這也是基站空調(diào)高能耗的關(guān)鍵原因所在。在空調(diào)制冷的過程中，因?yàn)橐獙嚎s機(jī)進(jìn)行頻繁的開啟從而來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)房間溫度的目的，所以就會(huì)造成壓縮機(jī)的磨損，在磨損的過程中就會(huì)降低工作效率。而且，空調(diào)的使用過程，循環(huán)管道中的油膜組織會(huì)不斷增加，降低空調(diào)的制冷效率的情況極易發(fā)生。另外，機(jī)房的氣流組織形式也會(huì)給空調(diào)的制冷效率造成影響[2]。

1.3 供電系統(tǒng)的能耗

雖然在通信基站的總體能耗中，供電系統(tǒng)的能耗比重不大，但是通信基站的供電系統(tǒng)卻是電能的輸送通道和引入端。供電系統(tǒng)因?yàn)楹陀秒娫O(shè)備相級(jí)聯(lián)，在能耗之間也就會(huì)存在級(jí)聯(lián)效應(yīng)，所以在移動(dòng)通信基站的節(jié)能過程中供電系統(tǒng)也是非常重要的部分?；颈旧黼娫丛O(shè)備的功率較大，能耗也大，在分散的基站布局環(huán)境下，維護(hù)和保養(yǎng)成本都會(huì)較高。

2 通信基站實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的技術(shù)措施

2.1 通信基站主設(shè)備節(jié)能技術(shù)

2.1.1 優(yōu)化基站分布方式

通信基站具有數(shù)量眾多、站址分散的特點(diǎn)，在基站建設(shè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，要充分考慮業(yè)務(wù)需求、覆蓋效果，提高基站覆蓋效率，擴(kuò)大基站覆蓋半徑，在不影響業(yè)務(wù)和通話質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少站點(diǎn)數(shù)量，不但從節(jié)能減耗上減少投入，還在基站建設(shè)維護(hù)上節(jié)約很多成本。其中，拉遠(yuǎn)技術(shù)即采用分布式基站[3]。分布式基站其主要是將基帶單元（Building Base band Unit，BBU）和射頻拉遠(yuǎn)模塊（Radio Remote Unit，RRU）分離的技術(shù)，中間通過光纖連接，提升了RRU部分，避免了射頻饋線導(dǎo)致的損耗，BBU可以設(shè)計(jì)在已有的通信基站做信源，與已有的通信基站共享配套電源、空調(diào)等設(shè)備，可以節(jié)約大量的能耗，拉遠(yuǎn)單元可以采用自然散熱技術(shù)，能夠節(jié)省溫控能耗，占地面積小，安裝快捷。分布式基站以靈活的安裝方式和容量特性、良好的覆蓋特性適用于各種應(yīng)用場景，如室內(nèi)覆蓋、農(nóng)村覆蓋、主要干道覆蓋等。因其較低的工程要求和靈活的安裝方式達(dá)到較好的覆蓋效果，成為通信基站建設(shè)的首選。

2.1.2 采用智能關(guān)斷技術(shù)

在基站主設(shè)備節(jié)能中，要注重推廣時(shí)隙、載頻等智能關(guān)斷技術(shù)?；局髟O(shè)備的耗電無疑是基站耗電的重要部分，而基站主設(shè)備耗電與業(yè)務(wù)量、載波數(shù)成正比，智能關(guān)斷技術(shù)分為智能載頻關(guān)斷和智能時(shí)隙關(guān)斷，主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，是根據(jù)基站業(yè)務(wù)量的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，在業(yè)務(wù)空閑時(shí)將設(shè)備定為休眠狀態(tài)，在業(yè)務(wù)高峰時(shí)則自動(dòng)切換正常模式，從而達(dá)到設(shè)備節(jié)能的目的。智能載頻關(guān)斷是通過小區(qū)業(yè)務(wù)量大幅降低時(shí)關(guān)閉部分載頻來實(shí)現(xiàn)；智能時(shí)隙關(guān)斷是美國運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)局（Bureau of Transportation Statistics，BTS）根據(jù)當(dāng)前時(shí)隙是否存在話務(wù)控制關(guān)斷該時(shí)隙功率放大器來實(shí)現(xiàn)。跟蹤監(jiān)測表明，載頻智能關(guān)斷能實(shí)現(xiàn)大約10%的能耗降低，而時(shí)隙智能關(guān)斷則可實(shí)現(xiàn)20%以上的能耗降低，節(jié)能減排效果較好[4]。

2.2 通信基站配套電源節(jié)能技術(shù)

2.2.1 諧波整治

通信電源系統(tǒng)工作過程中，電力系統(tǒng)、輸配電系統(tǒng)、用電設(shè)備均可能產(chǎn)生諧波，容易產(chǎn)生電網(wǎng)波形失真，降低電網(wǎng)負(fù)荷。諧波的存在增加了電源組件的發(fā)熱與損耗，增加了供電風(fēng)險(xiǎn)，必須著力改善供電質(zhì)量，降低電網(wǎng)諧波，提高功率因數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。endprint

2.2.2 開關(guān)電源休眠技術(shù)

基站電源的電源容量取決于蓄電池的參數(shù)與用電設(shè)備的負(fù)荷。對于基站而言，凌晨時(shí)段業(yè)務(wù)量下降幅度較大，電源模塊使用率降低，可在此業(yè)務(wù)空閑時(shí)段使用休眠模式，在保證通信系統(tǒng)安全的前提下，通過軟關(guān)斷以及自動(dòng)開啟的設(shè)置，用休眠技術(shù)控制整流模塊數(shù)量，最大限度地降低電源模塊的空載損失，節(jié)約能耗。

2.2.3 蓄電池恒溫技術(shù)

通信基站的蓄電池對環(huán)境要求較高，高溫低溫都會(huì)使得蓄電池容量下降，降低蓄電池的使用壽命，可在基站中推行蓄電池恒溫裝置，控制蓄電池的溫度處于最佳狀態(tài)，提高蓄電池使用壽命。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

空調(diào)系統(tǒng)是保障通信設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵，然而空調(diào)的能耗是巨大的，在基站能耗中空調(diào)所占的比重非常大，空調(diào)的節(jié)能已成為基站機(jī)房節(jié)能減排的重點(diǎn)。

2.3.1 變頻節(jié)能技術(shù)

普通空調(diào)壓縮機(jī)空載狀況較多，能耗較大，而變頻空調(diào)則可以通過改變頻率來調(diào)整壓縮機(jī)功率，使壓縮機(jī)處于穩(wěn)定的工況中，避免了壓機(jī)頻繁啟停的功耗，同時(shí)變頻器軟啟動(dòng)技術(shù)從零開始，不會(huì)超出額定電流的范圍，降低了對電網(wǎng)的沖擊。另外，濾波電容的存在有助于提高功率因素、降低功耗。此外，變頻技術(shù)噪聲較低，不僅能夠延長空調(diào)使用壽命，還有利于創(chuàng)造良好的綠色機(jī)房環(huán)境。

2.3.2 空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控節(jié)能技術(shù)

當(dāng)前，通信基站數(shù)量在不斷增多，且站點(diǎn)分散，有不少基站處在偏遠(yuǎn)地區(qū)?？煽康目照{(diào)系統(tǒng)是保障基站設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。目前多數(shù)基站無人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)控就顯得尤為重要。通過空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控，利用采集設(shè)備將空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)傳輸給監(jiān)控終端，通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)機(jī)房空調(diào)的環(huán)境控制、溫濕度控制，能夠更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

2.3.3 新風(fēng)節(jié)能技術(shù)

由于設(shè)備的長期發(fā)熱使得基站內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于外界環(huán)境的溫度，為保障基站穩(wěn)定的溫度、濕度條件，基站空調(diào)長期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，能耗較大。新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)將室外的空氣作為冷源，當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度一定程度時(shí)，通過相應(yīng)技術(shù)將冷源引入機(jī)房內(nèi)，把機(jī)房的熱量帶走。新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)通過智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)與空調(diào)的切換，減少了空調(diào)的使用時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗。新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)目前主要有兩種方式：（1）直接引入室外的低溫空氣，機(jī)房環(huán)境易受外界的影響。（2）采用隔離熱交換方式，這種室內(nèi)空氣的潔凈度更高。

3 基站節(jié)能減排新的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，太陽能、風(fēng)能等作為綠色無污染的清潔能源，取之不盡、用之不竭、可靠性高、維護(hù)成本低，在通信基站采用而無需引入外電源，可大大降低能源損耗。太陽能基站可作為無法遠(yuǎn)距離拉電站點(diǎn)的補(bǔ)充方案，風(fēng)光互補(bǔ)基站在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)可以減少連續(xù)陰雨天對系統(tǒng)可靠性的影響。利用綠色能源可以使太陽能上房、風(fēng)機(jī)上搭安裝，減少約15%的土建費(fèi)用，同時(shí)采用綠色能源，可以減少巨量的柴油燃料損耗，新能源的廣泛使用勢必為基站機(jī)房節(jié)能減排帶來新的契機(jī)。

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[3]李強(qiáng).通信基站電耗評(píng)估與節(jié)能分析[D].大慶：東北石油大學(xué)，2016.

[4]陸澤豐.鐵塔公司通信基站專項(xiàng)規(guī)劃思路探索[J].信息通信，2017（8）：253-254.

Abstract：The energy saving of communication base station is an important front position for energy saving and emission reduction of communication enterprises. For the energy consumption of the communication base station， it mainly consists of the power consumption of the main equipment and the power consumption of the air conditioner. This article first analyzes the main energy consumption of these communication base stations， and then briefly describes the technical measures for energy saving of the communication base station with the practice.

Key words：communication base station； machine room energy saving； mobile communicationendprint