移動(dòng)通信基站節(jié)能探討

鄒邵華

摘要：我國(guó)在“十一五”發(fā)展綱要中特別指出可持續(xù)發(fā)展的意義，強(qiáng)調(diào)指出企業(yè)節(jié)能減排的重要性并將能源消耗指標(biāo)作為“十一五”規(guī)劃目標(biāo)中最重要的約束性指標(biāo)之一；作為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，開(kāi)展節(jié)能減排工作是貫徹落實(shí)國(guó)家方針政策的重要措施，本文將從基站主設(shè)備、基站電源、新能源等三個(gè)方面著手，分析目前通信基站節(jié)能減排主要方式，探討各種節(jié)能方式的可行性，力爭(zhēng)為通信業(yè)的節(jié)能減排提供參考。

關(guān)鍵詞：基站節(jié)能減排能耗節(jié)能技術(shù)

0 引言

機(jī)柜功耗和載頻功耗是基站主設(shè)備功耗的兩大組成部分，其中機(jī)柜功耗由風(fēng)扇、控制板以及合路器等構(gòu)成，并且占主設(shè)備的能夠比重較小；載頻功耗是主設(shè)備能耗的主要組成部分，由基帶功耗、射頻信號(hào)功耗、靜態(tài)功放功耗和動(dòng)態(tài)功放功耗組成。因此，分析基站的主設(shè)備節(jié)能主要從載頻功耗入手。基站功能單元組成如下圖所示：

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本文將從基站主設(shè)備、基站電源、新能源等三個(gè)方面著手，探討節(jié)能成本低，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的節(jié)能途徑。

1 載頻智能斷電技術(shù)

任何移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)每天的話務(wù)量都有忙時(shí)和閑時(shí)的概念，而且忙時(shí)基本分為兩個(gè)時(shí)間段：上午十點(diǎn)和下午七點(diǎn)的話務(wù)量達(dá)到最大，但是零點(diǎn)到八點(diǎn)的話務(wù)量則很低。移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的基站在最起初的階段都是滿足忙時(shí)的話務(wù)量的載頻配置，但是閑時(shí)就會(huì)造成配置的浪費(fèi)。基于話務(wù)量的這一特征，目前使用的載頻智能關(guān)斷技術(shù)可以通過(guò)此載頻處于休眠狀態(tài)而不承載話務(wù)量，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。雖然采用此技術(shù)可以給基站的主設(shè)備節(jié)能10%作用，但是此技術(shù)并不是實(shí)時(shí)檢測(cè)的，它的一個(gè)判斷周期為5-15分鐘。因此，當(dāng)話務(wù)量突然增大時(shí)就會(huì)造成接入失敗或掉話的現(xiàn)象。由于此技術(shù)尚不成熟，可以在試點(diǎn)下逐步推廣，但是不建議使用在VIP基站中。

2 時(shí)隙智能關(guān)

BTS根據(jù)當(dāng)前的時(shí)隙是否有話務(wù)量而控制放大器PA的偏置電壓，這就是智能時(shí)隙關(guān)斷的功能，其節(jié)能降耗的原理與載波智能關(guān)斷類似。當(dāng)BTS時(shí)隙處于空閑狀態(tài)時(shí)，功放仍然有靜態(tài)電流存在，需要消耗一定的功率。在無(wú)射頻信號(hào)的時(shí)隙關(guān)閉PA的偏置電壓以使該時(shí)隙的功放無(wú)靜態(tài)電流，在有信號(hào)的時(shí)隙則將其打開(kāi)以正常工作，這就是PA偏置關(guān)斷的功能。PA可以只在有話務(wù)的時(shí)隙發(fā)射功率，沒(méi)有話務(wù)的時(shí)隙沒(méi)有功率損耗。但是，關(guān)閉PA偏置電壓時(shí)基帶部分仍舊是正常工作的。相對(duì)于載頻智能關(guān)斷控制更加精準(zhǔn)，控制效率更高。實(shí)際上早在2004年，各大設(shè)備廠商就推出了這類節(jié)能軟件，但是到了2008年左右才大面積使用。截止2009年9月中國(guó)移動(dòng)智能載頻關(guān)斷數(shù)量應(yīng)用已達(dá)102萬(wàn)塊。采用時(shí)隙智能關(guān)斷，基站主設(shè)備能夠節(jié)能15%左右。但是在實(shí)現(xiàn)的方式上，不同廠家存在較大的差異，這給大范圍推廣和維護(hù)帶來(lái)一定的難度。

3 AMR（自適應(yīng)多速率語(yǔ)音編碼）的節(jié)能效應(yīng)

AMR技術(shù)介紹：MR采用代數(shù)碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼方式，有8種速率集，但是GSM系統(tǒng)只可以在其中4種速率間進(jìn)行切換，這是由于GSM系統(tǒng)只采用2bit傳輸編碼模式的信息。AMR技術(shù)的基本原理主要是通過(guò)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線信道特征，結(jié)合語(yǔ)音編碼的方式從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量和通話質(zhì)量的優(yōu)化組合。系統(tǒng)根據(jù)信道的特征可以隨時(shí)切換不同速率的編碼模式，當(dāng)傳播的環(huán)境較差時(shí)就會(huì)選擇最大抗噪編碼模式，而傳播環(huán)境較好的時(shí)候就會(huì)選擇最優(yōu)的編碼模式。AMR編碼模式和傳輸速率如下表。

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在選擇編碼方式的時(shí)候，移動(dòng)臺(tái)應(yīng)當(dāng)根據(jù)估計(jì)的下行信道為基站提供相應(yīng)的編碼建議作為參考；而基站則根據(jù)信道的預(yù)測(cè)結(jié)果制定編碼模式，同時(shí)通知移動(dòng)臺(tái)采用同樣的編碼模式進(jìn)行解碼，并指定上行信道的編碼模式。根據(jù)上下行信道的測(cè)量結(jié)果對(duì)編碼模式進(jìn)行智能切換是自適應(yīng)編碼模塊的功能，主要包括語(yǔ)音編碼和信道編碼模式、信道速率以及輸出功率的自適應(yīng)三方面內(nèi)容。手機(jī)終端使用AMR技術(shù)后可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇不同的語(yǔ)音編碼速率。在信號(hào)載干比（C/I）較好的地方可以使用速率較低的編碼從而減少冗余字節(jié)的傳送，由此最多可以帶來(lái)4dB的增益，而基站相當(dāng)于節(jié)約了40%作用的發(fā)生功率、目前此技術(shù)日漸成熟，已經(jīng)在各大運(yùn)營(yíng)商得到廣泛應(yīng)用。

4 分布式基站

目前比較成熟的分布式基站技術(shù)，是把基站分為基帶單元（BBU）和射頻拉遠(yuǎn)模塊（RRU）兩部分如下圖。為了大幅降低基站消耗的功率，在基帶單元和射頻單元之間采用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的饋線而拉遠(yuǎn)部分射頻以減少饋線導(dǎo)致的3db損耗。拉遠(yuǎn)單元采用的是自然散熱技術(shù)，因此除了節(jié)省溫控能耗外，還具有占地小以及安裝快捷的優(yōu)點(diǎn)。分布式基站具有適應(yīng)性強(qiáng)、成本低以及工程建設(shè)方便等優(yōu)勢(shì)，代表了基站的基本走向。由于分布式基站縮短了3/4的建設(shè)周期，共用配套資源的同時(shí)降低了傳統(tǒng)能耗的40%作用，并且投資僅為傳統(tǒng)投資的1/6，因此，分布式基站得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是在3G網(wǎng)絡(luò)，目前，3種3G制式TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000都有分布式基站產(chǎn)品。

5 新能源基站

目前在我們很多地區(qū)由于市電供應(yīng)不充足、風(fēng)力或陽(yáng)光充沛出現(xiàn)太陽(yáng)能基站、風(fēng)能基站和風(fēng)光混合基站。太陽(yáng)能、風(fēng)能等作為綠色無(wú)污染的清潔能源，基站配電采用風(fēng)、光、市電和充電電池組相結(jié)合，可大大降低電能消耗，具有能源取之不盡、清潔無(wú)公害、供電可靠性高、運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前廣闊的西藏、新疆、甘肅等地市電經(jīng)常因自然因素而中斷，基站配電往往采用太陽(yáng)能、風(fēng)能和充電電池組相結(jié)合，有條件的市區(qū)站點(diǎn)同時(shí)引入市電，利用太陽(yáng)能或風(fēng)能給電池組充電，在市電中斷時(shí)由電池組供電，兩種配電系統(tǒng)之間配置切電保護(hù)設(shè)備。這種節(jié)能方式容易受氣候條件影響，因此在廣大的內(nèi)地?zé)o法廣泛推廣，因此新能源基站只能作為一種補(bǔ)充方案。

6 基站環(huán)境溫濕度智能監(jiān)測(cè)控制節(jié)能

機(jī)房的溫度、濕度、通風(fēng)以及空調(diào)控制系統(tǒng)共同組成了基站機(jī)房環(huán)境的智能檢測(cè)控制系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)行智能通風(fēng)改造和引入通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)主要通過(guò)智能開(kāi)啟或關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)或空調(diào)實(shí)現(xiàn)的。但是一般采用直通風(fēng)和自然散熱等方式達(dá)到降低能耗的目的。自然通新風(fēng)系統(tǒng)和熱交換新風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成了基站的新風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)室外的空氣溫度比室內(nèi)溫度高到一定程度的時(shí)候就能給通風(fēng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱而達(dá)到了機(jī)房?jī)?nèi)部降溫的目的，由于基站空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大大減少，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，對(duì)于基站主設(shè)備的節(jié)能，直接牽涉到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，盡管關(guān)于通信基站節(jié)能減排運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)有許多成熟的方案，但是通信基站節(jié)能是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，貫穿于規(guī)劃建設(shè)、日常維護(hù)、技術(shù)改造等各環(huán)節(jié)，這里既牽涉到很多專業(yè)，也牽涉到很多廠家或部分，而且通信行業(yè)的節(jié)能減排沒(méi)有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此基站節(jié)能需要多項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合，多方面人員通力合作才能形成一個(gè)更好的節(jié)能系統(tǒng)，而且只能更好，沒(méi)有最好。

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