直放站及配套产品的节能减排

摘要　为达到节能减排的目的，文章首先介绍了直放站及配套产品的节能减排整体思路，针对直放站及配套产品的设计及其减排效能、材料选择、工程应用等方面进行了分析。

关键词　直放站　配套产品　节能减排　DPD　持续再生能源　危险废物

1　引言

通信行业年耗电量已达300亿千瓦时以上，随着用户规模进一步扩大和业务量迅猛增长，电信业的耗电仍将保持较快增长。通信产业中节能潜力最大的，一个是机房，另一个则是无线基站。为了达到节能减排的目标，运营商各种主设备及相关设备几乎均已实施了各种措施并取得了非常不错的效果，下一步必然会延伸到直放站等配套网络覆盖产品上。所以本文针对直放站及配套产品的设计、材料选择、设计使用、回收处理等方面进行分析，希望能对此类产品的节能减排提供一些借鉴。

2　直放站及配套产品的节能减排整体思路

为了满足运营商对设备节能减排新的需求，直放站及配套厂家纷纷在产品设计、研发和生产上有所突破或改良。小型化、低功耗以及清洁能源的应用成了直放站设计的趋势，直放站在附加功能上也趋于简单、实用和可靠；为了提高直放站的工作效率，采用了如数字预失真、低压器件等一些新技术与设备；在材料应用方面，大量采用无铅的元器件、可回收利用的材料；在使用替代能源方面，主要采用太阳能、风能等；在企业责任感方面，积极通过环境组织的认证等。

直放站及配套产品的节能减排要从五个方面考虑：一是从产品设计角度降低将来使用时电能的消耗；二是新技术和环保材料的应用；三是系统设计的效用最大化；四是持续再生能源的应用；五是对退役设备、废弃材料的有效回收和处理。

3　产品的节能减排设计

对于直放站及配套产品而言，从产品设计角度降低将来使用时电能的消耗，重点要考虑两个方面：一是整机主要是有源放大部分设计低功耗；二是软件及系统消耗方面设计低功耗。

以某10w直放站中各模块耗能比例为例：低噪放大器模块约4％、频率选择模块约7.3％、监控模块约2％、功率放大模块约86.7％。可见，功放模块的效率很大程度上影响了整机耗电，如何有效地提高功放的效率是节能减排设计的重点。

传统的直放站功放技术主要采用输出功率回退法，即选用功率较大的功放管作小功率使用，实际上是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。在实际应用中，大多采用多管合成技术，以GSM为例，采用此功放技术的效率一般只有8％左右。

从目前研究的热点来看，DPD(Digital Pre－Distortion，数字预失真)，再加上Doherty技术，在提高功放效率方面已经达到了满意的效果，至少相比纯粹功率回退的方式来说足够让人惊喜。预失真技术是在末级功放前对输入信号进行预处理，使输入信号产生失真，其失真特性与末级功放的特性(非线性)相反，即对末级功放的非线性进行补偿，达到末级功放输出线性的目的。线性预失真功率放大器优越性大，目前国内外采用较多。预失真器又可分为两类：数字预失真器和模拟预失真器。数字线性预失真功率放大器是在基带数字信号上产生预失真，提高末级功放输出的线性度。

Doherty技术和DPD技术在主设备上早已有很多的商用，以DPD技术为例。其效率可以达到19％～25％。假设有1000个直放站站点，采用功率回退技术，10w功放的功耗为150w，而DPD功放则为60w；一年可节省电费为：(150-60)(功耗比较值)×1000(站点数量)×0.7(假定电费0.7元／度)×24(一天小时数)×365(一年天数)门000(千瓦时)=55.188万元RMB。更高的功放效率不仅能够达到节能减排的效果，更能为运营商节省电费、节省电源等配套设施的投资；而且由于功耗的降低、生产工艺的简化，降低了整机散热的要求，提高了设备的稳定性。

然而，无论是单纯的DPD技术，还是DPD与Doherty结合的方式，在产品级的实现上都有一定的难度，尤其

在批量生产方面。因此，在直放站产品的功放设计中，应该考虑各种可能的手段去提升功放的效率。而不只是局限于先进的DPD等技术。

软件设计及系统消耗方面，近年来有类似载波池的产品应用，其原理是利用网络业务量的变化或潮汐特点，采用时间策略或话务量检测的方法动态地分配设备功率，从而有效地降低设备的功耗。

假设有1000个站点可以采用该类技术，以10w为例，白天12个小时最大功率输出，晚上12个小时，5W输出时，设备的功耗降低30w左右；2w输出时，设备的功耗降低60w左右。5w功率运行时，一年可节省电费为：30(功耗值)×1000(站点数量)×0.7(假定电费0.7元／度)×12(一天开启小时数)×365(一年天数)／1000(千瓦时)=9.198万元RMB；2w功率运行时，一年可节省电费为18，396万元RMB。

4　新技术和环保材料的应用

半导体技术的革新和发展给直放站的设计带来了契机，越来越多的半导体器件厂商投入力量研发低功耗的高集成度芯片，并且已经有一些厂商率先推出了试用芯片。这些低功耗的高集成芯片能够克服模拟多选频设备小信号链路耗能巨大的缺陷，大大降低这些设备的能耗。同时，采用这些集成化芯片还可以大大减小相应模块的尺寸，使直放站设备的应用更为方便灵活。另外，采用无源替代有源的方式对于实现直放站的能耗下降也有着非常重要的作用。对于一些宽带(或者选带)直放站来说，射频高选择性滤波器的使用可以在某些应用场合替换掉有源选带模块，使直放站节省该部分有源电路的电能消耗。从长远来看，这一方案的实施也可以提高直放站设备运行的稳定性。

材料环保是指用来生产制作产品的原材料是环保的；应用环保是指使用该产品时，达到节能不产生污染的环保要求。采用环保的电子元器件进行生产，原材料的选择、生产、架构设计、制造工艺等各个方面都严格执行RoHS标准；在进行产品规划时充分做好技术考虑，争取更低的二氧化碳排放，有效控制噪音、有害气体污染；注重设备节能、节地、节材设计，全程采用无污染材料生产。

具体到无源部分产品和模块的节能减排，相关设计如：

(1)无焊接设计：使用耦合盘代替抽头线；

(2)镀银优化设计：单面镀银技术在腔体外表面采用导电氧化处理，保持铝本色，免镀银、免喷漆，可减少银使用量35％左右。将镀层由Cu5Ag7优化为Cu5Ag3，可再次降低银的使用量57％。两项设计共减少银的使用量70％左右；

(3)拉模设计：所有大批量生产的无源器件均采用拉模设计，磨具的使用可减少腔体制作时40％的铝用量；

(4)新材料选择：通过大量的试验精选出高低温形变较小的材料，提高产品在各种环境下的指标稳定性，提高产品一致性，大大减小产品的返修与保费率；

(5)避免选用有害物质：所有器件在选材时均 要避免使用以下6种物质：铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)。

在产品包装材料的选型上以纸(塑)代木，包装材料尺寸统一，遵从国际RoHS标准，与成熟第三方物流公司合作，缩短中间转运环节，包装材料循环利用等。

5　系统设计的效用最大化

一个高效、可持续的系统，其核心是良好的设计。如果整个系统设计的能效不高，部件能效再高也难以达到预期目标。对于直放站工程设计，从一开始就要对工程建设站点进行详细勘测，对站点及周围通信网络拓扑结构和网络性能进行测试与评估，彻底了解并掌握无线性能参数环境后再进行设计。在方案设计时满足该区域网络覆盖性能要求即可，即保证满足要求的天线入口和发射功率，尽量减少使用超过设计功率要求的大功率有源设备，这样就可以减少能耗。

移动通信系统是一个24小时运行的系统，在深夜用户较少时，大量使用有源设备会造成电力能源的浪费，增加温室气体的排放。对此，可以根据业务变化情况来进行直放站工程设计，动态地分配资源，即智能化分配资源：利用载频池的工作原理，采用时间策略对直放站进行打开或关闭操作以及在部分时间段采用降低输出功率等手段达到节能减排的目的。全面详尽的网络工程设计加上先进的网络设备，无疑可以节约运营商的总体拥有成本和能耗。

6　持续再生能源的利用

持续再生能源包括太阳能和风能等自然能源可以结合设备有效利用起来。

太阳能直放站系统是由太阳能作为直放站的通信电源的供电系统。通信电源有12V、24V、48V等，但在太阳能系统中考虑到内阻问题，一般采用24V供电系统为宜。太阳能供电系统主要由太阳能电池模组(电池板)、蓄电池、控制器和负载组成。系统实物连接图如图1：

系统中电池板、蓄电池和负载分别接到控制器的相应接口，由控制器控制负载的工作和蓄电池的充放电。工作原理为：白天在有光照的情况下，电池板在阳光的照射下发生光电转换，产生电能并提供给负载，同时将多余的能量储存到蓄电池中；夜间，不能进行光电转换，则蓄电池中的电能释放出来供给负载工作。

对于太阳能充足的地区可以由太阳能单独供电，不充足的地区可以采用太阳能与交流混合供电方式，见表1：

有些太阳能系统设计仅考虑了蓄电池的自维持时间(即最长连续阴雨天)，而没有考虑到亏电后的蓄电池最短恢复时间(即两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数)。这个问题在我国南方地区尤其应引起高度重视，这些地区阴雨天既长又多，而对于方便适用的独立光伏电源系统，由于没有应急的其他电源保护备用，所以应该将此问题纳入设计中一起考虑。为延长蓄电池电量使用时间，可以考虑使用定时器，在特定时段关闭直放站。

风能与太阳能一样，也可提供近乎免费的能源。不过，现代风能产业倾向于发展超大型的风力涡轮机，对于无线通信设备这样的较低功耗单位，找到一个经济合算的解决方案并不容易。而且安装巨大的桨叶和风力涡轮机必须建设额外的铁塔，需要占用更多的场地空间。

长期以来，为了提高用户满意度，运营商一直在增加网络覆盖，这就造成了公路和基础设施建设、燃料运输以及安全保障等方面的成本持续上涨。随着无线站点的功耗越来越低，采用替代能源，无论是在技术上还是经济上都变得越来越有吸引力。

7　设备及危险废弃物的回收

对于已经退役的设备可以考虑采用厂家回收的方式，将废旧材料充分利用起来。同时危险废物因其会对环境及人体造成严重影响，因而必须妥善处理。根据国家和地方的环保法律法规规定：产生危险废物的单位必须按规定将危险废物进行集中处理，安排专人负责危险废物的收集和管理工作；待运危险废物要设置专门容器贮存；危险废物必须交由具有相应资格的单位进行收集、运输、处理和处置。如任意扔弃或填埋，会造成土壤的严重污染，甚至渗入地下水危及人体健康，给人类社会造成环境危机。

8　小结

以上仅对直放站及配套产品从设计到使用过程中的部分可能达到节能减排效果的地方进行了浅析，今后还需通过大家共同的努力，对直放站及配套产品进行更多节能减排改进，通过资源的节约、能耗的降低和成本的下降，实现共赢，和谐成长，为创造资源节约型、环境友好型社会做出贡献。