长沙移动自主创新基站扇区切换智能节电系统浅析

【摘要】文章主要介绍了长沙移动自主创新的基站扇区切换智能节电系统的节电原理、关键技术,分析了系统运行后的节电效益评估等关键问题,并以此系统在长沙移动的实际应用情况和使用效果为例,对该系统的节能效益进行说明。

【关键词】扇区切换 智能节电 载频功耗 节电效益

1背景

能源问题已成为制约经济发展的主要问题。在国家“十一五”发展纲要别强调指出了能源问题的紧迫性,提出要把节约资源作为基本国策,并将能源消耗指标作为“十一五”规划目标中最重要的约束性指标之一。中国移动集团与国家工信部签署中国通信发展史上第一份节能自愿协议并承诺:“以2008年能源消耗为基准,到2012年12月底实现单位业务量耗电下降20%的目标,实现节约用电118亿度。”

在移动通信网中,基站耗电约占移动总耗电的70%,基站主设备耗电约占基站耗电的45%,所以基站主设备的节能减排至关重要。湖南移动公司长沙分公司针对网络潮汐特点及基站能耗分布情况,自主创新研发出基站扇区切换智能节电系统,在夜间网络话务量低时可最大程度地降低基站主设备的功耗,实现有效节能减排的目标。此系统已获得移动集团内部科技进步二等奖、三项国家发明专利及一项网管软件著作权。

2系统概述

基站扇区切换智能节电系统的设计主要是根据移动网络话务量潮汐特性,合理有效地控制和调配基站投入使用的资源,从而达到有效节能减排的目标。

2.1 话务量潮汐特点

移动网络话务量与移动用户的生活习惯、作息时间息息相关,绝大部分移动用户习惯白天工作、夜间休息,因此形成了很明显的网络话务量潮汐特点,如图1所示:

网络一般在10:00和19:00左右会出现话务量峰值忙时,而在其他时间(比如:23:00～7:00)话务量则比较低。无线网络的载频配置要满足忙时话务量的需求,所以在夜间低话务时载频的利用率比较低。

2.2 载频能耗分析

以常规基站3个小区覆盖模式为例,每个小区的BCCH始终在满功率发射,功耗在忙闲时都固定在400w左右,闲时TCH功耗在300w左右。

夜间低话务时基站的载频功耗主要是BCCH功耗和部分TCH功耗,时隙关断技术、载频关断技术在一定程度上能够降低主设备的TCH载频部分功耗,但是无法降低BCCH功耗。基站设备载频在满话务、60%话务、无话务时的功耗如图2所示。

从图2可知,在话务量极低或无话务量时,最大功耗是BCCH载频功耗。

2.3 节能系统框架图(图3)

系统的软硬件组成及功能如下:

硬件部分:智能节电设备,主要完成扇区切换及告警上报等功能,具有复杂且完善的节能流程。

软件部分:节能网管,包括:应用服务器软件、通信服务器软件、客户端软件。主要实现对基站小区功率升降的智能控制、智能节电设备控制及管理等功能。

3 系统节能原理

3.1 系统节能流程

(1)智能选站:通过话务分析软件对基站的历史话务量进行分析,统计出适合此节能系统的基站及对应的节能时段;

(2)数据同步:运行节能流程前,节能网管中心与基站OMC-R进行基站数据同步,同步相关的数据信息;

(3)节能流程:夜间话务量低时,如23:00,节能网管中心通过基站OMC-R自动软关闭两个从小区,剩余的小区通过智能节电设备变成全向站覆盖,可大幅度降低两个小区夜间的功耗;如果是GSM900和DCS1800共站的点,可大幅降低五个小区夜间的功耗;

(4)恢复流程:清晨话务量将逐渐升起,如7:00,节能网管中心通过基站OMC-R自动开启从小区,智能节电设备恢复成三小区的不节能模式。

3.2 系统硬件工作原理

系统硬件实现原理如图4所示,A、B、C分别表示基站对应的三个扇区。

在非节能状态下,三个小区的信号通过独立的三套天馈发射出去进行覆盖,此时基站为三扇区定向覆盖。

在节能状态下,射频开关切换后,A小区的信号会通过功率分配器分配到A、B、C三路天馈中去,此时基站三个扇区的覆盖区域均为同一个小区的信号。射频开关切换完成后,系统OMC软件通过对基站OMC-R发命令,将基站其他两个扇区B、C的功率降到最低,达到降低基站能耗的目的。

扇区切换智能节电系统可与时隙关断技术进行技术互补。节能时软关闭两个从小区后,两个小区的BCCH载频及TCCH载频处于软关闭状态,时隙关断技术对主小区进一步节能,互补使用节能效果更佳。开启时隙关断技术后再启用扇区切换智能节电系统,载频功耗图如图5所示。

4 实施效果评估

4.1 关键问题分析

(1)覆盖场强

白天未节能时只有0.3dB的衰减,对网络基本没影响;夜间启动节能功能时通过了一个三功分器,理论上有5dB的衰减,但对网络不会造成大的影响,原因如下:

移动基站相当密集,边缘场强高,很多城区室外边缘场强-75dBm左右;

环境噪声降低,C/I变高,有用覆盖范围大于话务量高的时段;

白天信号场强-95dBm时打电话不清楚,夜间打电话相对较清晰;

在实际的网络使用中,城区信号折射多,根据测试覆盖区只有1dB～3dB的衰减;

基站覆盖基本都有预留功率,可适当地提高基站1dB～3dB的输出功率;

可间隔式使用节能系统,对边缘场强要求高的区域可以不使用。

(2)网络干扰分析

节能时,软关闭了两个小区,减少了2/3频点,相邻小区干扰降低;

在实际应用中,节能前后都在夜间路测,C/I同频干扰比变换很小,甚至有所提升;

大规模使用时尽量所有的基站都使用某个小区为主小区,长沙移动基本都使用第一小区为主小区。

(3)切换问题

基站小区可设置32条邻小区的切换关系,相邻基站可考虑的邻区关系基本都已设置;

小区重叠覆盖范围冗余很大,夜间通话活动范围小,切换可以保障;

极个别基站背向邻区未列入BA表,通过加入重选列表和切换列表即可解决,或通过选取合适的小区为主小区进行规避;

在实际应用中,我们很少做修改,切换次数有所降低,切换成功率变化不明显。

4.2 实际网络测试

长沙市望城县乌山镇使用了六十余套扇区切换节能系统,我们对选取的站点进行了相关测试(见图6),包括:节电效果、路测、网管KPI指标。

(1)节能效果

基站安装节能设备后,节电效率在25%～50%之间,全天节电效率9%～15%。乌山镇基站的载波配置相对偏低,每晚可节电6～20度,站点载波配置越高节能效果越明显。

(2)路测

对覆盖区域进行了四次路测,取其平均值统计情况如表1所示:

从以上数据来看,基站在节能状态下覆盖区域边缘接收电平会有轻微下降。但因在晚上话务量不高,基站周围整体底噪降低,因此对网络的覆盖影响很小。

(3)基站网管统计数据对比分析

我们在OSS系统中调取安装了节能设备的基站网管统计的KPI数据,对节能系统开通前后同一时段内(22:00～7:00)的基站KPI指标取均值进行对比,如表2所示。

在节能状态下,虽然基站原三个扇区的话务量被一个扇区吸纳,但由于晚间话务量很少,因此单个扇区完全能满足原先三扇区覆盖的业务信道要求,实现良好的覆盖。且系统开通前后,切换成功率和掉话率也没有大的变化。

5 系统应用效益

扇区切换智能节电系统节能流程设计合理、性能稳定,节电效果良好。长沙移动遵循“循序渐进”的原则,已在内部大范围推广使用。该系统使夜间基站主设备节电效率高达25%～50%,节电效果明显且覆盖区域各项业务指标良好,KPI指标正常。

湖南移动计划将使用规模扩展至1000个基站,预计一年能产生的经济效益及社会效益如下:

经济效益:使用基站节能设备后,根据载频的配置数量不同节电数量有所不同,节电范围5～28度。根据长沙移动的基站配置,每个基站平均节电约18度,每年节支总额=18度*1000*365*1.2元/度=788.4万元,可有效降低企业运营成本。

减排效果:按国家标准来看,每度电消耗360g标准煤,排放0.997kg二氧化碳。那么,1000个基站全年将节煤2370吨,减少二氧化碳排放6550吨,减排效果非常突出。

社会效益:本系统启用后,能够有效延长停电期间基站蓄电池的供电时间,大幅度降低基站退服率,提高移动客户满意度;同时本系统能够自动对每根馈线的功率进行测量,可节约大量的人工维护成本。

6 结束语

我国经济快速增长,在各项建设取得巨大成就的同时也付出了巨大的资源和环境代价,经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,环境污染问题日益突出。同样在国际上,节能减排的呼声也日益响亮,特别是温室气体排放引起的全球气候变暖问题已成为整个国际社会的关注焦点。我们只有一个地球,只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展,才能实现经济持续健康发展。

进一步加强节能减排工作,既是应对全球气候变化的迫切需要,也是企业应该承担的社会责任。长沙移动自主创新基站扇区切换智能节电系统的规模使用,将为电信运营商实现节能减排目标提供有益的帮助。

参考文献

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