通信基站節能減排評估指標及評估方法研究*

張高記，呂建東，陳文學

（西安郵電學院 西安 710061)

1 引言

通信業是工業的基礎產業，作為通信大國,我國每年通信業消耗的能源非常巨大，據初步統計，2009年三家電信企業的能耗總量將近290億度，增幅約26%，折合440.7萬噸標準煤，可見，通信業已發展為耗能大戶，已作為重點用能單位納入國家節能減排重點監管范圍。從電信運營商能耗分布來看，渠道用房能耗約占7%、管理用房能耗約占6%、核心機房能耗約占24%，而基站機房能耗占比高達63%左右[1]。因此，移動通信基站的節能減排已經成為通信業節能減排的重中之重。2009年,隨著我國3G牌照的發放,標志著我國通信業進入3G移動通信時代，移動通信基站的布設數量迅速增加。據統計，截止到2010年6月，我國移動用戶數已經突破8億戶，達到8.05億戶，移動通信基站數已超過了120萬個，這意味著移動通信基站能源消耗與日俱增。

近年來，隨著環境氣候的急劇變化，各國的通信業也越來越重視節能減排工作，建立了一系列節能減排管理體系與評估方法，主要有：國際節能效果測量和驗證規程（IPMVP）[2]，由美國能源部支持，國際節能測量和認證規程委員會制定，提出了節能量測的基本方法、步驟、測量和認證方案，適用于通信業的節能改造項目評測；能效評估PUE指標，最早由美國綠格聯盟提出，目前已經成為國際公認的數據中心設施電力效率標準，主要適用于IDC數據中心設施電力效率評估，也可推廣到通信行業各類機房基礎設施的能效評估；通信設備能效率（telecommunications equipment energy efficiency rating，TEEER）[3], 由 美 國Verizon通信公司最先提出，主要用來衡量、比較新產品和現有產品的能源消耗，目標是提高20%的能源效率。我國的電信運營商都非常重視通信基站的節能減排工作，相繼也在努力推出設備采購的能耗要求和評估，但都是針對節能技術和項目的指標及評估方法，缺少科學合理的通信基站節能減排評估指標與評估方法，制約了節能新技術的研發及推廣應用。為此，在全面分析研究通信基站能耗要素和能耗模型的基礎上，構建了通信基站節能減排能效指標體系，提出了通信基站節能減排能效評估方法，為通信基站節能減排指標體系及評估方法提供了方法依據。

2 通信基站能耗模型

2.1 通信基站能耗要素分析

一個單一、完整的通信基站，其能耗因素主要從以下5個方面進行考慮[4，5]。

（1）基站主設備

是指通信基站的無線設備，主要包括天饋系統、BTS以及BSC等。它是基站中耗電量最多的部分，這部分的能耗占通信基站總能耗的49%～51%。

（2）機房環境設備

主要指空調、新風系統、熱交換系統等溫濕度調控設備。這部分的耗電量是基站耗電的另一個重點，這部分的能耗占通信基站總能耗的40%～46%。

（3）電源系統

一般主要指開關電源、蓄電池以及發電機等，這部分的能耗占通信基站總能耗的3%～5%。

（4）其他輔助設備

主要指數據傳輸、機房監控及照明設備等，這部分的能耗約占通信基站總能耗的3%。其特點是能耗較小，而且能耗一般是固定值。

（5）機房建設能耗

主要指新建基站的機房建設能耗，其屬于一次性能耗，在基站建成投入使用階段便無須考慮。

因此，對通信基站進行節能減排評估時，可以對這5個主要的構成要素進行分析。

2.2 通信基站能耗模型

通過對通信基站能耗主要構成要素的分析，除去一次性的機房建設能耗之外，通信基站的能耗主要由基站主設備、環境設備、供電系統和其他輔助設備這4個方面的因素決定。由此，給出了如圖1所示的通信基站能耗模型[6]。

3 通信基站節能減排能效評估指標體系

3.1 通信基站節能減排能效評估指標體系構建

通過上述分析，通信基站能耗主要由基站主設備、環境設備、供電系統和其他輔助設備這4個方面的因素決定，其中，機房環境設備、供電系統和其他輔助設備構成了通信基站的配套設備。因此，可以將通信基站看作是由基站主設備和基站配套設備兩個部分構成。這樣，在對通信基站進行節能減排效能評估時，可將基站主設備能效、配套設備能效這兩個要素定為一級評價指標，在此基礎上進而細分，并結合國際上常用的通信業能效相關指標，得到衡量這兩個要素的二級指標，因此，可以構建通信基站節能減排能效評估指標體系，見表1。

表1 通信基站節能減排評估指標體系

（1）半載業務量

半載業務量是指基站配置業務量的一半，配置業務量指通信基站設備軟硬件配置所能支持的最大業務量，可根據無線信道配置數量，按照取定的呼損指標，查找erl B表計算，對于混合業務可通過等效愛爾蘭法、后愛爾蘭法和坎 貝 爾 法 計 算[7，8]。

圖1 通信基站機房能耗模型

（2）半載單位業務量能耗

半載單位業務量能耗是指基站主設備能耗與半載業務量之比，即：

（3）實際單位業務量能耗

實際單位業務量能耗是指基站主設備能耗與實際業務量之比，即：

（4）通信基站 PUE

通信基站PUE是指基站總能耗與基站主設備能耗之比，即：

3.2 指標權重確定

一般來講，評估指標體系確定后，首先要確定各級指標的權重，目前通用的指標權重獲取方法主要有：專家調研法、二元比較法、客觀計算的、方法等，這里采用了專家調研的方法來獲得權重。根據專家調查問卷統計數據結果，可以得到P1、P2、P3指標的權重向量為：

3.3 指標基準值測算

根據二級指標討論情況，其基準值（即度量標尺）主要有單位業務量能耗基準值和通信基站PUE基準值，具體測算方法如下。

（1）單位業務量能耗基準值的測算方法

· 單位業務量能耗基準值計算

取各廠家通信基站主設備能耗的最優值作為基準，測算單位業務量能耗基準值，其計算公式如下：

· 各廠家基站主設備能耗最優值的確定

各廠家基站主設備能耗最優值參考業界對現網各主流設備的實際測試結果，選取最優能耗值作為評價基準。以GSM網絡為例，根據某運營商對各主流GSM設備運行狀態下的能耗測試情況，基站主設備耗電量見表2。

按照以上結果，以能耗最低的廠家1單載頻能耗可以計算出GSM典型基站S2/2/2設備能耗為810 W，按照2%的呼損計算，該站型配置話務量為24.6 erl（根據配置業務信道數查erl B表），以此來表征基站配置業務量，從而可測算出GSM半載單位業務量能耗基準值為0.06585度/erl。

表2 某運營商基站主設備耗電量統計

（2）通信基站PUE基準值的確定

大家知道，PUE指標的理想值為1，即基站主設備的能耗與基站總能耗相等，也就是說，基站配套設備不耗電，但實際通信基站的總能耗中，環境設備的能耗可以為0，而電源、傳輸和照明等設備的能耗不可能為0，總占有一定的比例，經測算，在環境設備能耗為0的情況下，電源、傳輸照明等配套設備能耗約占基站總能耗的10%左右。因此，這里取通信基站PUE基準值為1.1。

4 通信基站節能減排能效評估方法

4.1 通信基站節能減排能效評估模型

基于以上評估指標體系的分析，可得到通信基站節能減排能效評估模型如圖2所示。

圖2 通信基站節能減排評估模型

模型中，半載單位業務量能耗用來評估基站主設備產品自身能效（P1），實際單位業務量能耗用來評估基站實際使用能效（P2），P1和P2的綜合評價構成基站主設備能效評估（B1）。另外，通信基站PUE（P3）用來評估基站配套設備能效 (B2)，B1和B2的綜合評價構成通信基站節能減排效能評估結果。

4.2 通信基站節能減排能效評估方法

設Ai為某個待評估的通信基站，具體評估方法如下。

第一步，數據采集測算。

根據采集到的樣本數據，測算通信基站的半載單位業務量能耗、實際單位業務量能耗以及通信基站PUE。

第二步，基站主設備能效評價。

第三步，基站配套設備能效評價。

第四步，通信基站節能減排效能綜合評價。

4.3 評估方法實測例證

為驗證基站能效評估方法，選擇某運營商在網運行典型基站進行了測試評估，具體如下。

（1）被測對象

被測基站具體情況見表3。

（2）測試方法

測試時間為2010年9至10月，室外溫度為20～25℃，測試方法采取掛表分路測量方式，實際測量基站總能耗與主設備能耗，測算基站PUE值，按照基站硬件配置測算配置業務量,按照測試期間網管統計業務量記取實際業務量。

（3）測試數據及綜合評分

測試數據及綜合評分結果見表4。

（4）評估結果分析

從各項得分來看，P1得分中基站2最高，體現出了設備優勢，但P2得分統一較高，說明主設備產品自身能耗相差不大，在目前技術情況下節能空間有限；P2得分普遍較低，失分嚴重，這是因為業務負載率普遍較低，建議開啟主設備軟件節能技術，提高單位業務量能效指標；B2得分中基站1和基站4得分較高，基站1得益于機房圍護結構優勢，同時又有一臺空調關閉，PUE較低，基站4得益于“機房升溫+電池恒溫柜”節能技術，PUE較低，建議對基站2、3和5引入自然冷源節能技術，以改善PUE值，提高B2得分。

表3 被測基站相關信息

表4 測試數據及綜合評分

綜合來看，基站1得分最高，主要體現在PUE值較低，業務負載率較高；基站 3和5，得分較低，主要體現在PUE值高，業務負載率太低；基站4雖然業務負載率較低，但由于機房使用了升溫技術，改善了PUE值，所以總體得分適中。

從以上分析可以看出，各項評估得分以及基站綜合得分，基本與實際相符，體現了產品優勢、實際使用以及節能新技術應用情況等，可以滿足通信基站節能評估要求。

5 結束語

通信業已作為重點用能單位納入國家節能減排重點監管范圍，而通信基站具有數量多、能耗占比大、節能潛力大的特點，必將成為通信業節能減排的重點。實測表明：通信基站節能減排能效評估指標體系及評估方法，可以有效量化基站節能指標、查找基站高能耗問題所在、評價節能減排工作成效，為通信基站節能減排的科學評估提供可參考的依據，對通信基站節能減排監管、能效分級標準的建立以及節能減排新技術的研發與創新具有積極的推進意義。

1 彭軍.推動“綠色行動計劃”營造健康產業環境.通信技術與標準，2010（4）：26～38

2 國際節能測量和認證規程委員會.國際節能效果測量和驗證規程（IPMVP），2002(3)

3 VZ TPR,9205.Verzion NEBSTM compliance：energy efficiency requirements for telecommunications equipment verzion technical purchasing,2008

4 秦延奎等.電信行業節能減排技術、方法與案例.北京：人民郵電出版社，2010

5 編委會.綠色行動計劃——系統科學與中國移動節能減排實踐.北京：機械工業出版社，2010

6 吳京文.通信電源與機房環境節能標準體系研究.通信技術與標準，2010（4）：13～19

7 張慧瑜,杜明輝.WCDMA系統混合業務下的小區容量預測與仿真.微計算機信息,2006(22):186～187

8 楊暢.TD-SCDMA室分設計中的容量估算及小區配置.電信工程技術與標準化,2009(9):42～46