TD网络中绿色节能基站实现技术探讨

2019-08-22 版权声明 举报文章

TD网络中绿色节能基站实现技术探讨

摘 要 在绿色环保成为全球关注的热点的今天,如何在保证用户业务以及基站覆盖和演进能力的前提下,实现移动网络的节能降耗是绿色基站实现的关键。本文对绿色基站的构架和实现技术进行探讨,寻求基站节能降耗的有效途径。

关键词 绿色节能基站 SDR软基站技术 分布式基站 高效率功放

以全球移动通信系统(GSM)为代表的2G网络,而且有以通用移动通信系统(UMTS)为代表的3G网络,而长期演进(LTE)技术也已经开始逐步商用。每一代技术都有其自身的一整套通信设备,包括从基站到核心网等一系列的网元。每一代新技术的引入都叠加了一套新的设备,这是传统上普遍采用多网共存建网方式造成的。显然,对于这种建网方式,随着多代技术的不断采用,网络系统设备及配套设备规模将不断增加,从而导致网络能耗相应大幅增长。

据统计,无线通信系统中,约80%的能耗来自基站系统。如何在保证用户业务以及基站覆盖和演进能力的前提下,实现移动网络的节能降耗是绿色基站实现的关键。本文将对绿色基站的构架和实现技术进行探讨,寻求基站节能降耗的有效途径。

1 SDR软基站技术

软件无线电(SDR)软基站是基于SDR技术设计和开发的基站。SDR技术采用了开放的模块化结构,基带处理功能可以通过不同的软件模块来实现,软件可以随着器件和技术的发展不断更新或扩展。当前,软件无线电主要通过现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、通用处理器(GPP)实现。与传统的基于FPGA以及DSP的SDR相比,基于高性能GPP的SDR系统可以降低通信系统开发和调试的复杂度,具有更好的灵活性和可扩展性。基于高性能GPP的SDR系统能极大地节省系统的硬件成本和人力成本。

软基站与传统基站最大的不同之处在于其射频单元(RU)具备软件可编程和重定义的能力,进而实现了智能化的频谱分配和对多标准的支持。SDR软基站解决方案使得运营商可以将多种频段下的多种制式网络融合成为一张网络,简化了网络整体结构,极大地减少系统网元与配套设施,从而能大幅降低站点能耗。

以亚太地区某领先运营商的2G/3G替换项目为例。该运营商原有网络的单个典型站点,使用了3个传统机柜来组成GSM900+GSM1800+UMTS2100网络,功耗为4 280 W。采用SDR基站进行单站容量替换(同时增加了UMTS900的覆盖)后,单站典型功耗降低了57%。这里仅仅比较了单站功耗.由此可见,SDR基站在节能降耗上效果明显。

2 分布式基站技术

SDR软基站模块化设计理念,使得基站形态得以不断革新。基带处理单元+射频拉远单元(BBU+RRU)分布式基站使得网络部署更加灵活。分布式基站将SDR基站的基带单元和射频单元独立开来,彼此之间用光纤相连射频单元可以直接安装在楼顶或铁塔上面,通过几米的跳线和天线直接相连,减少了传统长达几十米的馈线投资和损耗,降低了功放输出功率要求,节省了设备能耗。另外,随着功耗的减小,射频单元可以采用自然散热技术,不需要空调甚至风扇配置,大幅降低了配套功耗,也降低了设备噪声。

基带处理单元可以灵活地插入原有传统电源或传输机架中,或者直接安装在墙上与支架上,从而将空间占用减少到最低程度,可减少征地、机房建设以及空调配套等费用。

3 高效率功放技术

在基站整体功耗中,射频部分的功耗占据了最大部分,而功放又是射频中功耗最大的部分,约占射频部分总体功耗的80%。此外,基站耗电量的降低可以减少设备发热量,相应空调的耗电量也会相应减少。因此,提高功放效率是降低基站主设备功耗的有效手段。

高效率功放的设计主要从功放电路应用、器件选型和工艺突破等几方面来开展。功放种类从传统昂贵的线性前馈功放,经过AB类高功放,发展到了与数字预失真(DPD)技术配合的Doherty功放。功放芯片从横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)慢慢向氮化镓(GaN)、高压异质结双极晶体管(HVHBT)等新器件发展。整个功放的效率从不到10%提升到现在的45%,并朝50%以上努力。目前,DPD+Doherty功放技术是整个无线通信基站系统的主流应用。

DPD可使信号预失真,它将一个预失真元件与功放元件级联,由于预失真元件实现的非线性失真与放大器展示的非线性失真数量相当但作用相反,因此能够实现高度线性的功放输出。

Doherty 功放技术包括载波放大器C(Carrier)和峰值放大器P(Peak)两部分。载波放大器在接近饱和的状态时工作,以获得较高的效率,大部分信号通过该放大器放大;峰值放大器只在峰值到来时才工作,大部分时间不消耗功率。它们的合成输入输出特性的线性区比单个放大器的线性区有较大扩展,从而保证信号落在线性区的前提下获得较高的效率。

持续提升功放效率的需求驱动功放技术不断发展,目前新的功放技术还有包络跟踪(ET)功放技术、数字开关功放技术等。

综上所述,基于SDR的系统架构和分布式产品形态改变了传统的多频段多技术制式网络建设模式,极大地降低了网络能耗,并促进了新型能源的应用基于SDR平台的BBU+RRU新一代基站已经在全球大规模部署。其突出的绿色节能特性在全球应用中得到客户的信赖。。功放技术进步及智能节电技术的运用进一步提升了资源利用率,减少了排放。无线网络节能降耗,需要多种节能手段和技术的综合应用,但基站自身的技术进步与创新是绿色基站解决方案的根本。

参 考 文 献

[1] 李少谦. 移动通信运营对绿色通信的技术需求. 绿色革命的移动无线通信会议论文集,2009

[2] 贾春明,费晓菲. SDR软基站拓展3G网络新平台. 世界电信,2008(12)

[3] 牟永建. 中兴通讯的分布式软基站解决方案. 邮电设计技术,2008(4)

[4] 肖俊,李江,谭双江. 基站节能减排技术浅析. 邮电设计技术,2010(6)

[5] 刘星,蔡文洲. 节能基站构建生态型TD网络. 移动通信,2009(12)

D network base station implementing technology of green energy

Guo Hongyan

(TEDA Polytechnic,Tianjin 300457,China)

Abstract in the green environmental protection has become the global focus of today, how to ensure the user business as well as the base station coverage and evolution ability under the premise of realizing mobile network, the energy consumption is the key to realize the green station. In this paper, on the base of green architecture and implementation technology of base station, seeking the effective way to energy saving.

Key words green energy base station SDR soft base station technology in distributed base station high efficiency power amplifier

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