基于SDR 集群專網(wǎng)通信系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

1 技術(shù)名稱

基于SDR 集群專網(wǎng)通信系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

2 技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍

通信行業(yè)、無線專網(wǎng)通信領(lǐng)域，包括2G/3G/4G集群產(chǎn)品、2+4 寬窄帶融合集群產(chǎn)品、應(yīng)急通信/便攜通信產(chǎn)品等

3 與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的集群基站采用信道機(jī)方案，功耗大、體積大，需要專用機(jī)房和空調(diào)設(shè)備，耗電量巨大。以一個站點(diǎn)典型四載波配置為例，單個信道機(jī)功耗250 W，基站設(shè)備工作功耗需要1 000 W，配備1個3P 空調(diào)，功耗2 500 W，每個基站每年需要3 萬kWh，采用新型 SDR 軟基站技術(shù)，功耗可降低到450 W，具有較大的節(jié)能潛力。

4 技術(shù)內(nèi)容

1)技術(shù)原理

采用數(shù)字中頻多載波合路技術(shù)減少功率放大器的使用數(shù)量，采用限制峰值功率和數(shù)字預(yù)失真對消技術(shù)提高功放效率，從而整體降低基站功率放大器的能耗。 同時，光纖傳輸和緊湊的硬件結(jié)構(gòu)使得設(shè)備可適應(yīng)室外安裝和自然散熱，減少機(jī)房面積和空調(diào)能耗，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2)關(guān)鍵技術(shù)

（1）SDR 分布式基站技術(shù)

將 SDR（Software Defined Radio，軟件定義無線電）基站的基帶單元和射頻單元獨(dú)立開來，彼此以光纖相連。射頻單元可直接安裝在樓頂或鐵塔上，通過跳線和天線直接相連，減少傳統(tǒng)長距離饋線損耗，降低功放輸出功率要求和設(shè)備能耗。另外，隨著功耗減小，射頻單元可以采用自然散熱，無需空調(diào)甚至風(fēng)扇配置，大幅降低配套功耗和噪聲。

（2）數(shù)字中頻多載波合路技術(shù)

通過中頻數(shù)字信號處理，實(shí)現(xiàn)多載波數(shù)字中頻無損合路，硬件高集成度，原來四路硬件只需一路，避免了傳統(tǒng)技術(shù)通過合路器合路造成的天線口發(fā)射功率損失。若是按傳統(tǒng)方式采用合路器進(jìn)行合路，每兩路信號合路就會造成天線口發(fā)射功率減半。

（3）DPD-數(shù)字預(yù)失真技術(shù)

DPD（Digital Pre-Distortion，數(shù)字預(yù)失真）技術(shù)的主要作用是在數(shù)字域產(chǎn)生與功放非線性產(chǎn)物相反形狀的波形信號來抵消PA（Power Amplifier，功率放大器）的非線性信號，改善由于PA 非線性引起的信號失真，使得PA 能夠工作在非線性區(qū)，從而提高功放效率。

（4）Doherty功放技術(shù)

Doherty 結(jié)構(gòu)由兩個功放組成，一個主功放，一個輔助功放，通過主輔功放的配合，使得整體功放效率遠(yuǎn)高于單個功放的效率。

（5）動態(tài)功率匹配（D-PT)）技術(shù)

傳統(tǒng)功放電源只能在額定負(fù)載區(qū)域效率最優(yōu)，在低負(fù)載區(qū)域效率較低。SDR 基站的射頻單元通過實(shí)時監(jiān)控輸出功率，根據(jù)忙時和閑時的負(fù)荷情況動態(tài)調(diào)整功放電源電壓，保證不同負(fù)載情況下，功放效率保持最優(yōu)的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)在低輸出功率情況下更大限度地提升功放的效率，從而降低功耗，整機(jī)功耗可降低12%。

3)工藝流程

SDR 基站由基帶單元和射頻拉遠(yuǎn)單元組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 SDR 基站結(jié)構(gòu)示意圖

SDR 基站工作原理圖見圖2，其中DPD 位于數(shù)字中頻部分。

5 主要技術(shù)指標(biāo)

功放效率達(dá)到45%以上（傳統(tǒng)基站功放效率10%左右）。

覆蓋面積達(dá)到傳統(tǒng)基站2 倍以上。

功耗水平使整機(jī)功耗降低12%。

圖2 SDR 基站工作原理圖

節(jié)能率與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，單基站可降低功耗40%以上。

6 技術(shù)鑒定、獲獎情況及應(yīng)用現(xiàn)狀

該技術(shù)已獲得國家發(fā)明專利3 項(xiàng)，實(shí)用新型專利3 項(xiàng)，并于2009 年獲得國家科技進(jìn)步二等獎。目前，基于SDR 架構(gòu)的專網(wǎng)集群產(chǎn)品已經(jīng)在北京(320 基站)、上海(1200 基站)、廣州(1440 基站)、武漢(336 基站)等十多個城市政務(wù)網(wǎng)以及公安、軌道交通、港口、林業(yè)、油田等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

7 典型應(yīng)用案例

典型用戶：四川省電信、北京政務(wù)網(wǎng)、上海政務(wù)網(wǎng)、廣州政務(wù)網(wǎng)、武漢政務(wù)網(wǎng)、甘肅省公安廳、合肥市公安局、秦皇島市公安局、綏化市公安局等。

典型案例1

案例名稱：四川省電信成都電信集群項(xiàng)目

技術(shù)提供單位：中興通訊股份有限公司、北京中興高達(dá)通信技術(shù)有限公司

建設(shè)規(guī)模：807 個基站

建設(shè)條件：傳統(tǒng)基站升級改造，并支持寬帶業(yè)務(wù)

建設(shè)內(nèi)容：將原基帶和射頻一體式的基站機(jī)柜改造為 SDR 架構(gòu)，基帶部分功能由基帶單元B8200 承擔(dān)，射頻部分由 R8882 上塔安裝，SDR基帶單元B8200 與射頻拉遠(yuǎn)單元R8882 之間采用光纖連接，主要設(shè)備包括基帶單元ZXSDR B8200、射頻單元 ZXSDR R8882。項(xiàng)目投資額1.2 億元，項(xiàng)目建設(shè)期3 個月。項(xiàng)目年節(jié)能量1 895 tce，年碳減排量4 440 tCO2。年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益約533 萬元，投資回收期7 年。

典型案例2

案例名稱：甘肅省公安廳全省公安警用數(shù)字無線通信（PDT）系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目

技術(shù)提供單位：中興通訊股份有限公司、北京中興高達(dá)通信技術(shù)有限公司

建設(shè)規(guī)模：甘肅全省PDT 窄帶集群基站數(shù)量107 個基站（每基站配置4 載波）

建設(shè)條件：柜式基站升級改造

建設(shè)內(nèi)容：去掉原有基站的分路器，天線放大器，腔體合路器等射頻無源設(shè)備，對原有19 in標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜、天線進(jìn)行利舊，將信道機(jī)替換為SDR 基帶單元B8200，新增射頻單元R8881 上塔安裝，主要設(shè)備為SDR 基帶單元B8200 與射頻拉遠(yuǎn)單元R8881，SDR 基帶單元B8200 與射頻拉遠(yuǎn)單元R8881 之間采用光纖連接。項(xiàng)目投資額2 140 萬元，項(xiàng)目建設(shè)期3 個月。項(xiàng)目年節(jié)能量274 tce，年碳減排量641 tCO2。年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益約78 萬元，該項(xiàng)目為政府采購，不考慮回收投資。

8 推廣前景及節(jié)能減排潛力

基于SDR 集群專網(wǎng)通信系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)可廣泛應(yīng)用于無線專網(wǎng)通信系統(tǒng)領(lǐng)域，可提升專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能環(huán)保性能，SDR 架構(gòu)產(chǎn)品的推廣將會在節(jié)能降耗方面產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)計未來5 年，按合計50%的推廣比例測算，項(xiàng)目總投資77 億元，可形成的節(jié)能潛力12 萬tce，碳減排潛力29 萬 tCO2。