基站主设备节能技术研究

能源问题是制约经济发展的主要问题，在国家"十一五"发展纲要中特别强调指出能源问题的紧迫性，提出了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。作为移动运营商，中国移动和中国联通也都提出了自己的节能减排目标，中国移动的基本目标是2010年单位业务量耗电量比2005年下降30%，中国联通近期目标是到2010年单位业务量能耗较2005年下降20%。

从移动网络的能耗结构分析（图1），无线网能耗占总能耗的比重比较大，达到了77.7%，而中国移动和中国联通在全国的无线基站数超过了55万个，因此，基站节能技术的研究对于移动运营商的节能减排有着重要的意义。基站耗电主要由主设备耗电和配套设备耗电组成，本文将从基站主设备的能耗结构出发，对主设备节能技术原理及适用性进行分析。

图1XX移动各专业能耗结构分析

基站主设备功耗主要有机柜功耗和载频功耗组成（图2）：其中机柜功耗主要是由控制板、风扇和合路器等设备构成的，占主设备能耗的比重较小；载频功耗主要由基带功耗、射频信号功耗、静态功放功耗和动态功放功耗组成，是主设备能耗的主要组成部分。因此，基站主设备节能可以从载频功耗等方面进行分析。

图2基站主设备能耗结构图

载波智能关断

无线网络每天的话务量基本都有双忙时的概念，基本上上午10点和下午7点会出现峰值忙时，此时的忙时话务量达到最大，而在其他时间（比如：0-8点）话务量就比较低。无线网络在做载频配置时一般要满足忙时话务量的需求，所以在闲时载频的利用率会比较低。载波智能关断技术正是利用了话务量的这一特性，当某个载频不承载话务量时，可以通过关断此载频的功放来达到节能减排的目的（图3）。

图3 24小时话务量分析

在载频智能关断的控制上，可以从时间和话务量两个维度上进行控制：在时间维度上可以设置载频智能关断的时间，比如每天的0-7点开启此功能；在话务量维度上，当某个小区的信道占用数低于某一个值时，选择一个空闲载频进行关断，当某个小区的信道占用数高于某一个值时，可以开启一个关断的载频。这两个维度可以单个使用，也可以同时使用，各个设备厂家在载频智能关断上也有一定的差异。

采用载频智能关断技术，基站主设备大概能够节能10%左右，但根据目前试点情况还不具备大规模推广的条件，主要是因为依据话务量进行载频开关不能实时进行，一般是5-15分钟为一个判断周期，因此，当有突发话务发生时，会造成接入失败或者掉话。技术成熟度有待验证，建议在试点的前提下逐步推广，同时不建议在VIP基站中使用。

时隙智能关断

时隙智能关断技术原理类似于载波智能关断，当某个时隙不承载话务时，对应时隙的功放电源将会关闭，相对于载频智能关断，时隙智能关断技术控制更加精确，控制效率更高。在实现的方式上，不同厂家存在较大的差异，有些厂家时隙智能关断基于硬件，不需要手动设置就能够实现实时的时隙关断，有些厂家智能关断基于软件，需要手动设置，这给大范围推广和维护带来一定的难度。

采用时隙智能关断，基站主设备能够节能12%左右，存在的问题类似于载频智能关断，建议在试点的情况下逐步推广，不建议在VIP基站中采用。

双密度载频

双密度载频（图4）通过在一块单板上集成两个载频的收发信机来实现。从结构上分析，双密度载频子系统由双密度收发信单元DTRU（DoubleTransceiverUnit）和背板DTRB组成。DTRU支持模块支持两个载波的处理能力，主要包括三个基本模块：基带与射频单元DBRU（DTRUBaseband and RF Unit）、功率放大单元DPAU（DTRU Power Amplifier Unit）和双密度载频电源DTPS（DTRU Power Supply Unit）。可以看出，双密度载频共用了基带、射频、功放和电源单元，相对于单密度载频能够节省大量的能耗。

采用双密度载频，基站主设备能够节能30%-40%，同时能够节约20%的机房空间，这对于机房资源比较紧张的地区有比较大的采用空间。但是，对于原来已有的老基站，一般不能支持简单的双密度载频替换，主要是因为射频或者机柜不能兼容。因此，双密度载频建议在新建基站和设备采购中推广。

图4  双密度载频结构图

BBU+RRU

BBU+RRU分布式解决方案（图5）是把传统的GSM基站分成两个相对独立的单元：基带单元（BasebandUnit）和远端射频单元（RemoteRadioUnit）。基带单元由基带处理板组成，构成一个资源池，可以供多个RRU共享。RRU则提供了信号的射频处理功能，两者之间采用光纤进行连接。BBU通过Abis接口与BSC通信，RRU通过Um接口与手机终端进行通信，两者构成分布式基站架构。这样，BBU可以集中放置在主设备机房或者置于室外，RRU实现靠近天线安装，对于机房的要求大大降低了。

BBU+RRU的分布式解决方案能够缩短3/4的建设周期，由于共用了配套资源以及减少了传输能源损耗，能耗比传统基站减少了40%左右，投资只是传统投资的1/6。在站址资源紧张、光纤资源丰富的区域可以逐步推广。

图5  BBU+RRU分布式解决方案

优化手段实现节能

优化手段节能主要是利用DTX（不连续发射）、功率控制和优先占用BCCH载频等方式来实现节能（图6）。根据统计，通话过程中大概有50%的时间是处于静音状态，利用DTX技术可以降低设备的发射功率，从而达到节能减排的效果。功率控制可以根据信号强度来调整发射功率，从而达到节能的效果。在载频功率分配上，BCCH载频总是以最大功率进行发射的，所以此载频总是处于开通状态。因此，当有新的呼叫进入时，可以优先分配到BCCH载频的业务信道上，这样一方面不会给系统带来额外负荷，另一方面便于调整载频负载，把其他载频上轻负载调整到BCCH载频上，便于实现载频的智能关断。

图6 优先分配BCCH载频实现载频智能关断

据统计，采用DTX平均能耗能够下降约5%，采用功率控制平均能耗能够下降约3%，采用优先占用BCCH载频平均能耗下降6%。这三种优化手段对现网的影响不大，可以在网络优化的过程中逐步推广。

这里要提到的是，移动运营商的节能减排是一个系统工程，涉及到无线、交换、传输、数据等各个专业、也涉及到计划、市场、财务、运维等各个职能部门。因此，移动运营商如果要达到节能减排的目的，需要在保证网络安全性的前提下，各个专业，各个部门全力合作，充分挖掘主设备和配套设备的节能技术方案，并从组织、管理和考核上加以保证。对于基站主设备的节能，直接关系到整个网络的稳定性和可靠性，所以在推广的过程中应根据各省市实际情况和设备能力在试点的基础上逐步推广。