通信基站节能技术的研究与探讨

2019-07-09 版权声明 举报文章

通信基站节能技术的研究与探讨

[摘 要]:本文对目前基站节能减排的几个技术进行了说明,重点对基站的无线,电源和空调环境几个方面的节能方法及应用进行了介绍并作出分析和建议,使运营商顺应国策,努力做到降低运营成本和实现企业可持续发展。

[关键词]基站;节能;绿色

中图分类号:TP317 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)17-0059-01

前言

随着城市化的发展对环境的影响问题,节能减排已经成为我国的重要基本国策,在城市建设中,通信运营商也在积极的开展节能减排工作,以减少对环境的影响,节约能源和成本。随着近期移动通信网络的发展、基站节能新技术的推广应用,为进一步提高新建基站整体能效水平,实现通信运营商整体节能目标,需要推广基站节能的新技术。

基站节能是一个系统工程,需对其各个组成部分进行综合考虑。基站节能技术主要分为无线、电源、空调环境、建筑和结构等专业内容。

1 无线节能技术

目前移动的无线网络制式主要有以下几种:TD-LTE、TD-SCDMA和GSM,以下是这几种网络采用的节能手段。

1.1 TD-LTE基站智能节电

随着TD-LTE网络的大规模建设,LTE智能节电技术得到快速发展。目前较为成熟的TD-LTE节能技术包括以下几种。

(1)符号关断,是eNodeB根据业务量的变化,适时启动符号级别的功放关闭功能,在没有业务的符号时段内关闭功放,降低基站能耗。根据实验室理论测试,在较低业务负荷(30%以下)时,采用该技术可节约能耗3-5%左右。

(2)MIMO通道关断,是指eNodeB根据业务量的变化,当用户数及无线资源利用率下降至设定的条件时,关断部分射频通道,在业务负荷上升时适时开启通道。对8通道设备而言,关闭4路通道,可节约能耗35-40%左右。

(3)小基站关断/开启,是指在宏基站覆盖范围内部署热点小基站场景下,当区域内的业务量降低到一定阈值时,宏基站可以承载全部业务量,此时关闭小基站;当区域内的业务量上升到一定阈值时,则适时打开小基站。打开此功能可降低小基站功耗30%左右。

1.2 TD-SCDMA基站智能节电

TD-SCDMA基站设备智能节电技术主要包括BBU基带板卡关断和RRU基于时隙的PA关断。

(1)BBU基带板卡关断,该功能是在业务负荷较低时,通过集中分配或实时迁移零散的业务至一块或少数几块基带板卡的处理资源上,在话务负荷低于一定的安全门限下,关断或休眠空闲的处理板卡。当业务量上升时,在正常工作的处理板卡仍存在部分处理资源空闲时,提前打开之前被关断的处理板卡,以避免处理资源不够导致的话务拥塞。

(2)RRU基于时隙的PA关断,该功能是利用TDD系统的时隙转换开关,在检测到某个下行时隙空闲时,实时关闭下行工作时隙,实现节省发射功率,节约功耗。此外为进一步提升节电效果,可以通过时隙优先策略集中分配或迁移零散时隙业务至一个或少数几个时隙上,以关闭更多空闲时隙。

1.3 GSM基站智能节电

GSM基站智能节电技术是通过采用硬件或软件控制的动态功率控制技术,实时评估基站小区载频上的话务量水平,对空闲资源进行关断或调整,实现动态节电的目的。

(1)GSM双密度载波基站智能节电技术,主要包括基于负荷的时隙级PA关断和基于负荷的TRX/PA关断。

(2)GSM多载波基站智能节电技术,主要包括基于负荷的智能调压和基于负荷的射频通道关断。前者同时适合于单通道和双通道射频模块,后者仅适合于双通道射频模块。仅开启智能调压节电功能时,基站节电率约10%;同时开启智能调压和射频通道关断功能时,基站节电率约20%,但具体效果与业务负荷有直接关系,业务负荷越低、节电效果越明显。

2 电源节能技术

目前,移动通信基站电源节能措施主要包括:模块休眠技术、高效整流模块、铁锂电池、高温电池、氢燃料电池、太阳能风能基站等节能技术。

2.1 开关电源休眠技术

开关电源整流模块休眠技术是根据负载电流大小,与系统的实配模块数量和容量相比较,通过智能“软开关”技术,来自动调整工作整流模块的数量,使部分模块处于休眠状态,把整流模块调整到最佳负载率下工作,从而降低系统的带载损耗和空载损耗,实现节能降耗。

2.2 蓄电池节能技术

基站蓄电池技术主要包括新型电池技术和蓄电池组恒温箱。其中新型电池技术的应用是指通过采用新型蓄电池,使基站环境温度在满足主设备要求的条件下可从28℃提高到30℃或35℃,从而减少或部分取消站点空调等温控设备的配置,降低基站能耗。目前已试点的新型电池技术主要有磷酸铁锂电池和高温铅酸电池等。

2.3 可再生能源

可再生能源是指消耗后可得到恢复补充,不产生或极少产生污染物的能源,如太阳能、风能、生物能、水能、氢能等。太阳能、风能、水能类可再生能源受自然条件的影响较大,需要有较丰富的太阳能、风力、水能资源,初期建设成本高,但具有低排放与可循环利用等方面的优势,是市电供电方式的有益补充。氢燃料电池受燃料供应的影响较大,但其温度适应性强、低噪音、无污染的特性,使其成为基站后备电源的一种良好选择,也是国家科技部提倡和推广的一种环保产品。

2.4 电能采集

电能采集是实现耗电数据的自动采集、异常用电监控、规范电费校验、加强电费财务报账管理的有效手段,能够实现进一步挖掘节能降耗潜力,节省运营成本。

2.5 直供电

直供电是指通过电力部门直接接入的,价格同市场价格的市电引入方式;转供电是指从业主或其他非供电企业配电系统接入的市电引入方式。新建基站应优先考虑采用直供电方式进行外市电接入。

3 空调环境节能技术

3.1 智能通风

智能通风类设备适用于室外空气洁净度较好的有机房基站,是一种向通信基站提供空气过滤、循环、运行控制的设备,自身不带制冷元件,通过引入外部冷空气,排出内部热空气为基站降温,减少空调压缩机的开启时间,实现节能的目的,降低能耗延长压缩机系统的使用寿命。智能通风类设备可独立使用,也可与基站空调配合使用。根据各地气候条件与基站自身条件的不同,采用智能通风类节能措施后,空调全年平均节电率约20%。

3.2 热管换热

热管换热机组适用于需要空调制冷且全年室内外温差>5℃累计时间较长地区的有机房基站。热管换热机组自身不带制冷元件,利用室内外温差和机组内部循环工质相变为基站降温,减少空调压缩机的开启时间,实现节能的目的,降低能耗延长压缩机系统的使用寿命。该设备工作时,室内外空气隔绝,不影响基站内的洁净度。热管换热机组可独立使用,也可与基站空调配合使用。根据各地气候条件与基站自身条件的不同,采用热管换热机组后,空调全年平均节电率约10%。

3.3 热交换器

热交换器适用于无机房基站使用,该设备集成在室外机柜柜门上,工作时机柜内外空气隔绝,通过空气循环与换热芯体为室外机柜降温,不带制冷元件且可集成加热设备,当机柜内部空气温度高于机柜外部环境空气温度时,热交换器可以为机柜散热,当机柜内部空气温度低于0℃时能启动加热器给柜内设备加热。热交换器的风机具有调速功能,可根据负荷变化调整风机转速。

4 总结

电能在通信企业能源消耗中占有绝对比重,节能在电信行业势在必行。在国内电信市场日益饱和、杀手级业务缺失的压力下,降低能耗节约开支实乃摆脱困境、提升利润的有效途径。移动通信基站节能是一项长期、复杂的系统工程,贯穿于规划建设、日常维护、技术改造等各环节,必须处理好网络安全与节能效果、投入成本与节能回报率等多方面的关系。盲目增加节能产品未必能达到理想的节能效果。移动运营企业应深入了解整个网络设备的实际运行状况和能耗构成,对不同条件下设备运行数据实行有效跟踪分析,摸索行之有效、成本效益俱佳的解决方案。

参考文献

[1] 沙学军,吴宣利,何晨光,移动通信原理、技术与系统,电子工业出版社,2013.

[2] 杨申仲,行业节能减排技术与能耗考核,机械工业出版社,2011.

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