3G典型无线设备耗电实测研究

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1、前言
    根据历年的工程、维护经验，设备厂家提供的设备耗电量往往与实际运行中实测耗电量相差较大，这一差别对规划和维护工作造成了一定的负面影响，其主要反映在以下几个方面：
    a）增加了工程投资。由于耗电量基数的增加，配置的整流器数目会相应地增加。同时为满足相同放电小时数所需配置的蓄电池总容量也随着增大。反映在交流配电方面，在新建基站时，计算出的基站所需的交流功耗也需相应增加，这样基站就需要交付更多的市电增容费，并且需要购置更大容量的交流设备（如交流变压器及交流配电箱等）。以上这些均造成了投资资金的浪费。
    b）增加了新建基站的选址难度。随着整流器数目和蓄电池容量的增加，设备的总重量增加了，所需基站机房的楼板负荷也相应加大。现在移动基站更多地选在民用住宅，其楼板负荷较低，这给基站选址造成了更大的困难。
    c）由于设备实际耗电量远低于整流器的配置容量，整流器所承担的负荷长期处于较低的水平上，整流器的使用寿命和能量的转换效率也会随着降低。这不仅造成了能源的浪费，也增加了维护费用（设备维修费及电费等）和维护的难度。
    由上可知，有必要在3G建设正式展开之前完成对3G基站主要厂家设备实际耗电的测试分析工作，为机房电源建设提供准确参考。
    2、3G移动基站无线设备耗电实测方案
    测试地点为广州、东莞等地，测试对象为Z公司、H公司、A公司等的3G基站无线设备。各厂家设备测试站点如表2.1所示：

    表2.1测试站点分布表

厂家	载频配置	数量
Z	3×1	3
	3×2	3
A	3×1	3
	3×2	2
H	3×1	2
	3×2	1

    注：“3×1”表示该3G基站设备的配置为“3个扇区，每扇区一个载频”，以此类推。
    2.1测试原则
    a）对业务信道模拟负载进行测试，负载点设为0%（空载）、50%、80%、100%（满载）。
    b）测试过程选用同一套仪表；
    c）保证测试环境一致性，要求各候测基站环境指标为：温度范围（22℃～26℃），湿度（50%～70%）。
    2.2测试原理
    a）无线设备功耗测试原理
    本次测试项目主要是测定3G无线基站设备的直流功耗情况，故需要在3G基站设备的电源输入端测试其电流I（A）、电压值U（V），如图2.1所示。3G无线基站设备功耗W=UI（W）。

    图2.1  3G基站设备功耗测试原理图

    b）无线设备负载的调整
    在本地（Z、H公司）或者在RNC（A公司）上修改相关参数，使业务信道负载分别达到扣除导频信道、公共信道消耗后余量的0%、50%、80、100%时，分别测试记录3G基站设备的功耗。
    2.3测试步骤
    a）在RNC上修改相关参数，使业务信道负载分别达到扣除导频信道、公共信道消耗后余量的0%、50%、80、100%；
    b）确认对应的负载值无误；
    c）不同的负载值条件下进行测量，分别做好记录。
    3、3G移动基站无线设备耗电实测结果及分析
    3.1测试结果
    测试结果如表3.1所示：

    表3.1  3G耗电测试结果表

    3.2结果分析
    通过本次对不同厂家3G基站设备的功耗测试结果的分析，可以得到以下几个方面初步结论：
    a）H公司设备功耗较小，Z公司次之，A公司设备稍高。但与同容量的2G设备功耗比较，均已有较大的降低；
    b）与原设备厂家所提供的3G基站设备耗电数据相比较，实测功耗均有较大程度的降低，其中A公司、Z公司设备功耗降低均在45%左右；
    c）Z公司、H公司基站设备的功耗，载频为3*1与3*2时设备功耗无明显的差别，功耗只是稍稍增加，增加的幅度大致在200W以内：其中H公司两种情况的功耗相差在3%以内，Z公司设备的差别在10%以内；
    d）A公司基站设备的功耗，载频为3*1与3*2时，设备功耗有较大的差别，分别为1450W和2260W，差别在40%左右
    e）不同厂家基站设备的功耗，其消耗的大多数功耗为空载负荷：所占比例在64%～83%的范围之内；
    f）不同厂家基站设备功耗均会随着无线设备所带负载值的增加而上升，但是上升的幅度不大：满负荷所消耗的功率仅占机架总功率的17%～36%。
    3.3测试结论
    在3G基站电源工程设计中，建议各厂家无线设备的功耗值推荐如表3.2。

    表3.2  3G工程设计基站设备功耗取值建议

厂家	载频	功耗（W）	电流（A/48V）
Z	3*1	1700	35.5
	3*2	1900	40.0
H	3*1	1100	23.0
	3*2	1200	25.0
A	3*1	1700	37.5
	3*2	2700	56.3

    注：上表中推荐的功耗取值，已在实测功耗平均值的基础上乘以1.2的安全系数。
    考虑到3G无线基站设备功耗，随着负载值增加而升高的幅度不大，因此建议：在进行3G基站无线设备的电源配置时，可以考虑按无线机架的载频数满负荷值进行初始配置，在后续扩容过程中按实际负荷核实。
    4、基站电源设备的配置
    通过表3.2中的无线设备单位耗电量和移动基站的安装规模，我们可以计算出整个基站的耗电量。根据中华人民共和国通信行业标准YD5040-1997《通信电源设备安装设计规范》，参照原邮电部设计院颁布的“通信电源电信工程设计手册”。具体的设备计算方法如下：
    4.1蓄电池的配置
    移动基站的蓄电池按三小时放电率配置，蓄电池的总容量应按以下公式计算：

    式中：
    Q——蓄电池容量（Ah）；
    K——安全系数，取1.25；
    I——负荷电流（A）；
    T——放电小时数（h），取3；
    η——放电容量系数，取0.75；
    t——实际电池所在地最低环境温度数值。所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时，按5℃考虑；
    α——电池温度系数（1/℃），取0.008。
    蓄电池的总容量按本期的直流耗电量计算，并应考虑近期扩容的要求。
    4.2整流器的配置
    移动基站绝大多数采用高频开关型整流器，应按n+1冗余方式确定整流器的配置，其中n为主用数量，n≤10时，1只备用；n＞10时，每10只备用1只。主用整流器的总容量应按负荷电流和电池的均充电流（10小时率充电电流）之和确定。
    主用整流器的总容量=负荷电流容量+蓄电池的均充电流容量
    负荷电流的计算：按表3.2取值
    蓄电池的均充电流为0.1C10（C10为蓄电池的容量）。
    5、经济效益预测
    将本文得到的耗电量结果应用于实际设备配置、订购，将会产生非常显著的效益，下面以一个典型基站为例进行说明：
    假如：新建1个Z公司3G独立无线基站，基站规模为单载频。
    我们首先根据试验得到的耗电量数据计算出需配置设备如下：
    设备耗电量：35.5A/48V
    蓄电池：212Ah（实际需配置300Ah）
    需配置整流器容量：4x30A
    再根据Z公司提供的耗电量数据计算出需配置设备如下：
    设备耗电量：64.5A
    蓄电池：390Ah（实际需配置400Ah）
    需配置整流器容量：5x30A
    按照当前市场一般价格：整流模块（30A/-48V）为5000元/台，蓄电池组（-48V）为50元/Ah，可计算出，按照本文耗电量结果可节省设备直接投资约10000元人民币/站。假定某省3G网络建设3G站点10000个，其中有1000个为3G独立新建站址，仅新建站部分即可节约配套电源投资约1000万元人民币，效益相当可观。
    6、结束语
    本文针对各典型厂家推出的3G移动基站无线设备耗电量进行了实测，通过对试验数据进行分析，得到设备实际耗电量，为3G基站机房电源设备配置提供了更准确的参考，可以节约大量的设备投资。
    由于3G网络尚未展开大规模建设，3G无线设备目前仅在少量试验站点安装，故本次测试采集的数据有限，从统计学的角度来看，以上结果只是接近普遍值。为了得到更加准确的3G移动基站无线设备耗电参数，需进一步做以下工作：
    a）在大规模3G建设前对最终选型的设备做耗电实测，测的数据作为电源建设方案的依据；
    b）3G网络投运后，根据情况可考虑对在网设备做实际运行条件下的耗电实测，测的数据可作为前期实测数据的补充和修正（由于可能会影响到网络运行，故不适合做大规模实测）；
    c）利用运营商维护部门的纪录数据，经统计分析，得到实际耗电相对理论耗电的各种分布情况加以验证，从而得出最终的准确耗电参数。
作者：李鑫成  严华