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标题: TD-SCDMA网络绿色节能关键技术分析 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 13:34
标题: TD-SCDMA网络绿色节能关键技术分析
随着国家节能减排相关政策的出台，对于通信运营商来讲，节能减排相关事宜也逐渐提到议程上来了。根据国家对于电信企业重组的安排，中国移动将会承建TD-SCDMA网络建设。对于TD-SCDMA网络的绿色节能综合解决方案，中国移动需要结合其现有网络的配套情况，从主设备、基站配套、通信机房、电源、照明等多个角度来分析，提出较为合理的节能方案。

中国移动能耗分配现状

根据2007年数据统计，如图1所示，中国移动整体能源消耗的重点为基站耗电，占整体耗电的73%，其他部分如通信机房耗电、管理用房耗电和渠道用房耗电分别占15%、6%和6%。对于基站耗电，主要的部分是主设备耗电和空调耗电，分别占基站耗电的51%和46%。对于通信机房耗电，主要的部分是通信机房设备耗电和通信机房空调耗电，分别占通信机房耗电的52%和34%。对于通信机房的设备耗电，主要包括业务和支撑系统设备耗电、交换设备耗电和传输设备耗电，分别占通信机房设备耗电的70%、23%和7%。

图1 中国移动能耗分配现状

对于TD-SCDMA通信网络，其各种能耗的估算基本上会参考中国移动的能耗分配现状，如果需要推进相应的节能减排措施，主要的切入点包括TD-SCDMA主设备的节能改进、空调环境的节能改进、电源部分的节能改进等。中国移动只有通过综合的节能减排措施推进，才能切实有效地降低TD-SCDMA网络的整体能源消耗。
TD-SCDMA主设备节能改造
对于TD-SCDMA主设备的节能推进，主要依靠的途径有两条。第一条根据设备提供商提供的设备的演进才实现节能，第二条就是通过在现有设备上进行软件改造，从而降低设备的能耗。下文列举了两个TD-SCDMA设备提供商的主设备改造情况。
大唐
大唐在TD-SCDMA相应产品上体现节能的关键点主要有如下几点。
1．设备元器件的低能耗选型和基站设备的低能耗、高集成度设计。
大唐移动根据自身的技术积累和强大的产品研发实力，推出了业内集成度最高、整机能效最高的新一代基站产品，与业内传统基站相比，降低设备能耗30%～40%。
大唐移动新一代基站产品，采用BBU（基带单元）+RRU（无线远端单元）的结构，其中BBU是室内的基带处理单元，BBU单元的单板支持最高载波数12C，单载波功耗最低仅5W，处于业内最优水平，整机功耗仅250W，与传统基站能耗相比，功耗下降50%。
RRU是室外的无线远端子系统，大唐移动的新型RRU产品共有8个射频通道，每通道输出功率4W，整机能耗仅250W，整机效率高达12.8%，是目前业内整机效率最高的产品，相比传统的RRU，整机能效比提高220%。
2．大唐移动基站设备与业内传统基站相比，接收机灵敏度和单站覆盖面积均有显著提高。相同面积覆盖区域仅需传统基站数量的80%，降低设备能耗超过20%。
基站设备的噪声系数控制在4dB～5dB，接收机灵敏度-113dB，这两项指标均处于业内最领先的水平。结合双极化天线，大唐移动基站设备的上下行覆盖半径更大，单站覆盖面积扩大25%，相同覆盖面积仅需传统基站数量80%，等效节能降耗20%。
3．大唐移动提供业内集成度最高的基站设备，支持挂墙安装和19英寸标准机架安装。相比传统基站，可节省机房空间90%以上。
4．依托于对TD-SCDMA技术的深刻理解，大唐移动提出业内惟一的基站软件能耗控制算法——能效比智能化控制算法(EEIM，EnergyEfficiencyIntelligentManagement)，可根据话务量情况，通过软件控制，降低设备能耗20%～50%。
根据实时话务量，BBU部分可以采取关断BBU板卡/DSP(数字信号处理器)芯片等手段降低BBU能耗，可降低24%～48%的能耗。在某些时段，如凌晨0：00～5：00，可以关断部分射频通道/时隙，可以有效降低RRU能耗19%～68%。综合统计，在使用大唐移动的基站软件能耗控制EEIM软件算法的情况下，可节约能耗25%～50%。
5．大唐移动提供成熟完备的室外型基站设备，有效节省机房资源，并可在无机房环境下正常工作。采用一体化全封闭结构设计，防水和防尘指标优于IP55等级，极大节约了客户租用或者新建机房的费用以及能耗。
室外型基站继承了紧凑型基站的高集成性和应用环境多样性，还具备了很强的环境适应能力。对于机房站址没有特殊要求。在一体化设计的机柜内部，集成了传输、电源、电池、配线架等多个系统设备，在TD-SCDMA网络建设中，可以实现快速、安全、可靠的部署。同时，由于大唐移动室外型基站采用了最新的一体化模块设计，运营商可以根据自己的需要灵活选择配置，进一步节省能耗。
6．大唐移动提供业内唯一的全动态全矩阵基带池技术，基带池资源可根据话务量自动调整分配，降低设备能耗15%～30%。
大唐移动提供的全动态全矩阵基带池技术是业内惟一的全动态基带池技术，无需人工操作。它可以自动根据话务量分布情况，调整小区所需基带资源。同时它也是业内唯一的全矩阵基带池技术，支持各种颗粒度的资源调度。它采用全矩阵基带池技术，最小调度资源颗粒度为1CA(载波通道)。它还采用全动态基带池技术，可节省基带能耗50%，配合智能能效控制技术EEIM，可进一步降低能耗。
7．大唐移动提供高可靠性基站设备，相比较传统基站的工作温区25℃，其室内设备可稳定工作在-20℃～+55℃，有效降低机房空调的负荷，可节省机房空调的能耗20%～30%。

诺基亚西门子

诺基亚西门子的基站产品可以通过提高功放效率、采用省电模式、提高载频使用效率等一系列方法来降低无线网络的能耗。通过设备演进也是降低网络能耗的一条重要途径，比如诺基亚西门子新的基站FLEXIBTS的能耗是800W，相比较早期的基站能节省功耗40%左右。同时，新型的基站采用最新的射频技术和硬件，采用双密度单元，适应环境温度-33°C～+55°C，具有很高的适应性。设备的软件改进也是降低网络能耗的一条重要途径，产品的软件功能提升如图２所示。

图2 诺基亚西门子通过设备软件的改进来降低网络能耗

空调环境的节能改造
空调专业节能措施基本上按照三种方式分类：冷源、热管理及提升空调效率。可采用的参考措施如下。
采用冷源或者进行热管理
1．采用智能通风设备来减少空调耗电量
其工作原理是，根据室内温度按高低梯度分布规律，通过进出风口位置高度差，利用空气对流的原理，由离心风机通过严格过滤后把外部冷空气引入室内，同时由排风阀排出室内的热空气，从而达到降温的效果。
2．采用智能换热设备来减少空调耗电量
其工作原理是，利用室外冷源，通过控制换热系统进行隔绝热交换，引入室外冷源对基站进行自然冷却，与空调联动，降低能耗。
3．空调智能倒换
其工作原理是，由原来的多空调同时开启，改为现在的单台轮流切换工作，减少空调不必要的开启时间，并降低空调的空载运行能耗。
4．热管技术
其工作原理是，通过热管优良的热传导特性，将室内热量传导到室外，减少或不采用空调制冷即可满足基站室内环境要求，达到节能目的。
5．分区热管理
其工作原理是，基站中，蓄电池对温度的要求最高，而其它设备温度指标要求较低，因此对基站内部进行隔断分区（或单独将蓄电池密闭），根据温度要求不同进行冷量分配。
6．空调节电器
其工作原理是，该节电器主要是采用实时自动温度补偿技术和温度区间控制技术。该节电器所配温度补偿器，内部采用半导体制冷技术制冷晶片，通过主机的程序控制，及时释放冷量，来调节空调机感温头周边温度，从而控制压缩机的运行状况。
7．空调送风方式的改变
空调下送风工作原理是，将低温空气直接送到通信设备的内部，吸收通信设备的热量以后从机房的顶部回到空调机组顶部。
其优点是，低温空气从底部送到通信设备内，热从顶部回到空调机组，空调风流动方向与空气特性一致，能够起到好的降温效果，下送风方式送风均匀，整个机房温差较小。
其缺点是，容易因为施工或管理不当造成送风短路，容易集尘，对设备的正常运行造成影响，下送风空调方式的加湿给水管、凝结水排水管都布置在活动地板内，出现问题时不易发现，易造成安全隐患。
空调上送风工作原理是，直接将低温空气吹到机房内或者是用送风口、送风管送到机房的各个位置，吸收的热量从机房的下部回到空调机组内。
其优点是，加湿给水管、凝结水排管均为明布置，一旦有漏水现象，能快速发现，及时排除，消除引起机房不安全的因素，机房内没有活动地板，不易积灰，即使房间有灰尘，清理打扫很方便，从而使空调机组的过滤网使用时间长，减少维护管理的工作量。
其缺点是，机房的送风气流组织与空气流动特性相矛盾，从而使得房间最下部温度偏高，不利于通信设备的运行，送风距离不远，如果需要远送分需要家装风管。
8．机房保温、隔热
其工作原理是，对机房窗户加装双层玻璃，加强空调的保温和隔热效果；对有阳光直射设备的情况要进行遮光处理。
提升空调效率
1．采用变频空调
其工作原理是，利用二次逆变得到的可变化交流电源来控制压缩机的转速，从而可以根据需要控制空调器输出能力，这样可以避免空调的频繁开关，节省能源消耗。
2．空调添加剂
其工作原理是，通过向空调内添加节能添加剂，清除空调主机及冷凝管内的附着物，并在循环系统内形成保护膜从而提高空调工作效率，降低空调磨损，延长使用寿命，达到节能目的。
3．空调维护和检修
其工作原理是，对过滤网和室外机的冷凝器进行清洗，提高热交换器的传导效率，降低送风阻力和摩擦阻力，对基站空调室外机安装方向进行整治，空调室外机安装在房屋西测、南测的，调整到基站房屋东侧、北测，降低空调室外机日晒。
4．空调自适应技术
其工作原理是，根据温度、湿度探测模块，自动改变空调温度、湿度设置参数，较少压缩机工作时间，自动控制备份空调的物理位置和开关时间，根据机房内发热源的密度来合理配置空调的位置和制冷量。

电源部分的节能改造

对于电源部分的改造主要包括对于通信机房的谐波改造、对于开关电源的自动休眠改造和对于通信机房的低压配电系统的改造等。

目前在电力系统使用最广泛的抑制谐波方法，主要方法有以下几种。

1．无源滤波器

无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点，如滤波易受系统参数的影响，对某些次谐波有放大的可能，耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。

2．有源滤波器

早在70年代初期，日本学者就提出了有源滤波器APF（ActivePowerFilter）的概念，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。

与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，能补偿各次谐波，可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理，滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险，具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践，而我国仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高，有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术，其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。

电源的节能改造首先要防止并联电容器组对谐波的放大。在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全，可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。

其次要加装静止无功补偿装置。快速变化的谐波源，如电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。

另外还可以开启开关电源自动休眠功能。在输出电流或功率小于40%时，整流模块的效率较低，最低只有80%；超过40%后，效率基本接近，都在92%以上。假设配置3个额定容量为50A的模块，由于正常情况下电源的输出电流为27.8A，只需要配置1个模块就可满足负载要求。使用开关电源自动休眠功能设置该电源的2个模块为备份模块，系统将在正常工作时关闭备份模块，工作模块电流为27.8A，是额定输出电流的55.6%，模块效率可达到效率最高值92.7%。如果负荷平均分摊的话，则每个模块是额定输出电流的18.5%，模块的效率则大大降低。使用开关电源的自动休眠功能能一定程度上节约能源。

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