移动通信基站能耗分析与综合节能措施

移动通信基站能耗分析与综合节能措施

颜淦标

长讯通信服务有限公司，广东 广州 510507

摘要：近年来，现代信息技术水平显著提高，促进了网络发展，而移动通信基站也逐渐发展成为国家经济发展的必要动力。基于此，文章将移动通信基站作为主要研究对象，重点阐述其能耗状况并制定节能方案，使基站能源损耗量减少，进一步提高其运行效率，避免基站断站，全面提升基站运行的高效性与安全性。

关键词：移动通信基站；能耗；综合节能措施

引言

在通信行业中，移动通信占据首要位置，伴随网络需求量增加，移动通信基站建设规模随之扩大，能量损耗的问题逐渐凸显出来。基站由传输设备、无线设备与空调设备等组成，耗电量最大部分就是空调系统。由此可见，深入研究并分析移动通信基站能耗与综合节能措施十分有必要。

1移动通信基站能耗分析

1.1无线设备能耗

无线设备用电一般由在网设备数量与功耗决定，且业务信道频载负荷变化也会使基站能耗波动幅度增长^[1]。若基站布点缺乏合理性，则会增加无线设备的数量。而且，在对移动通信基站规划期间会受人为因素与环境因素影响而影响基站地址选择的合理性，进而影响其布局。通过移动通信基站建设量的增加可有效提高覆盖率，但同样也使网络设备数量增多，整体能耗增多。特别是射频部分，在无线设备中的能源消耗量最大，射频内最大能耗部分就是功放。所以说，移动通信基站的主设备能耗受功放效率直接影响，但其效率却偏低，也就是功放工作效率要比能源损耗量低。

1.2空调设备能耗

空调能耗在移动通信基站整体能耗中占比超过一半，特别是空调制冷系统，其能耗在空调能耗中占比达到2/3，能耗的主要原因就是空调送风、回风系统所致^[2]。在制冷阶段需频繁开启压缩机以对房间温度进行调节，使压缩机磨损严重，进而影响实际工作效率。而使用空调时，循环管道内油膜组织会随之增加，很容易影响空调制冷的效率，机房气流组织形式也会不同程度地影响实际制冷效率。

1.3供电系统能耗

在移动通信基站能耗中，供电系统的占比是5%。供电系统和基站内用电设备互相连接，所以能耗量会对基站内用电设备最终能耗量产生直接影响^[3]。现阶段，供电系统的构成包括开关电源、蓄电池和交流引入，而运行时间最长的就是蓄电池组与开关电源，直接污染了电网，甚至会使电网波形失真，使系统运行能耗量增加，不利于电网运行效率的提高。而系统内开关电源选择闭合配置，缩短了蓄电池充电时间，致使系统运行始终处于低负载率状态，且能源转换的效率不高，直接引发能源浪费问题。

2 移动通信基站综合节能措施

2.1基站设备

移动通信基站内设备的综合节能一般需通过三方面进行：1）科学规划基站内无线网络，尽可能缩减基站数量。选择使用的设备应尽量大容量且能耗量低，使扩容成本得以降低。2）发挥功放技术价值，使基站功放效率不断提高。3）借助分布式建设法，使设备馈线损耗下降。

现阶段，移动通信基站设备系统所选择的节能技术有：

2.1.1高效功放技术，

即包络消除技术、Doherty技术和包络跟踪技术等等。Doherty技术在设备节能中的应用范围最广泛，具有一定负载牵引力，在均值放大器与峰值放大器处于饱和状态，即可实现移动通信基站功放效率的提高。联用该技术和数字预失真技术，可使功放效率提高超过27%，降低了生产难度且实际体积不大，具有较高可靠性且使用成本不高，值得推广^[4]。

2.1.2分布式基站技术

（1）基本工作原理

移动传统基站设备主要包括基带处理板、主控、传输、监控、时钟、收发信机、功放单元等部分，分布式基站根据功能将上述这些基站模块划分为两个相对独立的部分。分布式基站的架构理念首先运用于TD网络系统，其构建主要的工作思路是射频拉远。在后期的网络发展中GSM网络系统开始进行分布式基站的建设工作，同时在GSM网络中，分布式基站共产生了两种拉远方式，即射频拉远及基带拉远，其覆盖拉远方式有别于TD网络的主要原因是GSM网络与TD网络的站点关键资源不同：TD网络采用码分多址的分配方式，基带是关键资源；而GSM网络的关键资源是载频，在TD网络中受限的基带处理功能相对较容易实现，因此在实际组网过程中新增BBU或RRU都不会对整个网络系统造成较大影响。另外射频拉远和基带拉远两种方式在网络组网、运行维护及未来网络升级扩容、演进等方面无较大差异。

射频拉远：将基带处理板、主控、传输、监控、时钟单元等主设备操控模块部分作为BBU即近端模块，将收发信机、功放单元等部分作为RRU即远端模块。参照一般基站建设模式，其中近端BBU设备一般安装在主设备室内机房内，远端RRU设备安装在室外天线端，两者之间采用光纤进行连接。BBU单元通过Abis接口与BSC之间形成通信连接，RRU通过Um接口与手机终端进行通信，两者构成分布式基站主要架构。

基带拉远：将主控、传输、监控、时钟单元等部分作为BBU即近端模块，将基带处理板、收发信机、功放单元等部分作为RRU即远端模块。通射频拉远设计模式，一般近端BBU设备安装在室内主设备机房，远端RRU设备安装在室外天线端，两者之间采用光纤或高速电缆进行连接。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主要架构。

(2) 分布式基站组网方式

现分布式基站主要采用以下三种网方式：

星型组网：该方式设备可升级性能好，但相对而言其光纤资源需求量较大，

因此该组网方式比较适用于光纤资源丰富的区域，以同一站址多个扇区应用为主，一般用于BBU-RRL距离比较近的情况。

链型组网：对光口资源利用率高，但是由于组方环节较多，远端RRU设备

故障将导近端RRU不能工作，因此相对而言，网络安全可靠性相对较低，主要适合于干线道路、铁路覆盖。

环型组网：对于RRU-BBU之间的两对光纤，在布置时使用不同物理路由，从而保证在同一时刻不会出现两对光纤同时发生故障的状况。这种方式虽然在网络安全可靠性上提升较多，但光口资源需求较大。因此适用于大型场馆或重要热点的覆盖，为了保证能覆盖整个场所，同时保证在单点故障的情况下业务不会中断，环形组网是比较合适的组网方式。

分布式基站采用基带和射频部分分开放置。基带设备可安装在相邻基站机房内，节省了机房租赁费用，省略了空调等配套设施，大大降低基站功耗。但是分布式基站存在日常维护故障点较多的问题。考虑到目前移动基站站址日益成为稀缺资源，分布式基站仍需因地制宜的予以建设使用。

（3）节能优势

分布式基站相对于传统基站，在能耗、占地、节材方面均可人幅度降低运营成本，其中能耗可降低约65%、占地节约60%、材料降低约43%。其中成本的降低主要源自于以下几个方面：

①RRU远端设备安装更加室外天线，从而将消除传统基站3dB的馈线损

耗，降低主设备的功放输出功率要求，从而改善覆盖性能或者降低整机整理输

出功功率，降低基站耗电量。

②基带部分集中放置，射频部分置于天面，从而大大降低机房使用面积，

节省机房租赁费用及相应机房空间，同时对基站配套设施的要求也同步降低。

③RRU采用拉远覆盖方式，从而使得基站设备功耗使用的分离，同时拉

远RRU设备功耗比传统基站低，从而可以扩大绿色能源（风力、太阳能等）的应

用规模。

④才目对传统基站设备在一定程度上可减少基站的设备运转功耗，减少运

营费用。

⑤BBU和RRU设备相对传统基站设备体积较小，重量较轻，利于携带，可实现单人操作，降低施工难度。

（4）技术运用场景

①解决密集市区各类基站机房购租困难

将集中机房+分布式RRU方式作为解决密集城区和大型居民区基站选址难题

的方式之一，降低站址的机房、电源需求，提升建设可行性。集中机房应设置在需求基站密度较高（大于2个/平方公里）且站址购租困难的区域，考虑到安全性、光缆跳接等因素，集中机房管辖区域小于4平方公里，集中机房容纳的无线容量小于300TRX。

集中机房选址优先考虑与综合业务汇聚点同址。

②高速、隧道覆盖

高速公路隧道经常是长度、间距不一，最长的可达近4000米，最短的可能

只有100多米。在这种错综复杂的地理环境下，汽车沿隧道行驶，车体对信号

阻挡较为严重，必须进行沿隧道横截面的覆盖才能满足高速公路全线覆盖。

采用BBU+RRU的组网形式，BBU与RRU之间可通过光纤连接，在可有效解决

市中心机房购租困难而造成的网络覆盖问题，在现网运行中可采用灯杆建设方式，利用交通灯杆架设远端RRU设备，以某新建灯杆站为例，根据移动网络优化中心新站评估报告显示，该灯杆覆盖道路整体指标良好，测试全程切换成功，未发生掉话，0~3级的通话质量占到了97%，覆盖路段电平值在一70dBm左右，且设备性能先进，安装方便，比传统基站在成本上更有优势。

2.2空调系统

移动通信基站的空调系统耗能是制冷系统与送风系统决定，因而节能方案应以此为重点。可借助地板下送风与上回风气流模式，在空调添加剂与变频优化等相关技术的作用下减少基站空调系统能耗。节能技术主要有三种：1）变频改造技术，其应用范围广泛且在对变频器压缩机调节的基础上可使开启频率下降，使正常调节问题的时候减少电机运行能耗量。2）新风节能技术。利用室外空气当作冷源，在空气质量与能量交换的情况下，使基站内热量向外界环境转移，使室内环境温度得以降低，空调系统运行压力得到缓解^[5]。3）空调添加剂技术。通过对添加剂的使用，使其与油膜之间互相发生反应，可使油膜数量下降甚至将其去除，保证空调制冷系统运行效率的提高并稳定运行。

热交换新风系统一般选择隔热换热方法，将室外空气当作降温源头，使室内空气热量被带走。但这一过程不会使室内空气改变，仅带走空气内热量，也就说明外界空气无法进入机房的内部。在冷却室内空气后会再次循环至机房的内部。自然通风系统则是对室外空气进行使用并向机房内部运输。若室外空气温度低，即可通过空气运输使机房内部温度下降。若室外空气温度高，则无法和室内空气实现热量交换，需借助空调对室内温度进行控制。这样一来，空调系统运行时间会减少，使运行能耗量得以降低。以上两种形式的运行方式和原理不同，前者可用于温差较大环境当中，而后者则可应用于内外温差大且空气质量良好环境当中。

2.3供电系统

基站供电系统的任务就是为站内用电设备供电，为使能量损耗减少，需合理运用电源智能休眠技术，确保整流模式状态最佳，使得带载损耗与空载损耗下降，达到供电系统节能环保的目标^[6]。同时亦可使用风能与太阳能，对既有能源进行替代。这样一来，移动通信基站建设的范围得以拓展。

现阶段，开关电源休眠技术是移动通信基站供电系统最常使用的节能技术，可结合系统电流负荷调整整流模块工作，在对软开关技术运用的基础上自动化调整整流模块数量。若供电系统负荷量不大，则模块即可休眠，为其他模块运行提供保障，进而减少系统空载损耗的情况，保证供电系统节能效果的增强。

使用移动通信基站节能方案期间，应确保方案设计安全，使机房的温度处于10-35摄氏度之间，且空气质量高于B级。在运用节能技术方面需具备可行性与多样性，以基站建设具体状况为依据确定节能技术，以更好地发挥节能技术价值。对制定节能措施产生影响的另一因素就是经济性，所以要对网络发展能力与经济状况予以全面考虑，明确方案投资回报，以免发生回报收益低于投资的问题。要客观评价所选用技术，证实实际应用有效性，增强基站使用节能措施的效果。

3 结束语：

综上所述，为确保移动通信基站运行效率的提升并减少能耗量，最关键的就是了解基站内能量损耗状况，进而合理制定节能方案，以增强基站运行稳定性与高效性。以上针对移动通信基站能耗状况展开分析并制定节能方案，对基站运行状况展开进一步了解，利于全面推动移动通信基站可持续发展。

参考文献：

[1]徐琳琳. 移动通信基站能耗分析与综合节能解决方案[J]. 中国宽带,2021(12):19-20.

[2]孟春民,付亦非,梁宏杰. 移动通信基站能耗分析与综合节能解决方案[J]. 通信电源技术,2020,37(1):135-136.

[3]浦灵敏,张健. 多载波移动通信系统中的基站节能研究[J]. 电子设计工程,2015(21):170-172,176.

[4]张九龙. 智能通风技术在移动通信基站节能减排中的应用研究[J]. 通讯世界,2014(12):13-14,15.

[5]王秀锦. 通信基站的主要能耗及节能减排技术措施探讨[J]. 无线互联科技,2017(24):9-10.

[6]杨攀,杨帆,侯宁,等. 移动通信基站机房能耗数据采集与分析[J]. 电信工程技术与标准化,2016,29(4):6-11.