直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排

白昱 劉旭

摘要為達(dá)到節(jié)能減排的目的，文章首先介紹了直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排整體思路，針對直放站及配套產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及其減排效能、材料選擇、工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞直放站配套產(chǎn)品節(jié)能減排DPD持續(xù)再生能源危險(xiǎn)廢物

1引言

通信行業(yè)年耗電量已達(dá)300億千瓦時(shí)以上，隨著用戶規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大和業(yè)務(wù)量迅猛增長，電信業(yè)的耗電仍將保持較快增長。通信產(chǎn)業(yè)中節(jié)能潛力最大的，一個(gè)是機(jī)房，另一個(gè)則是無線基站。為了達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，運(yùn)營商各種主設(shè)備及相關(guān)設(shè)備幾乎均已實(shí)施了各種措施并取得了非常不錯(cuò)的效果，下一步必然會(huì)延伸到直放站等配套網(wǎng)絡(luò)覆蓋產(chǎn)品上。所以本文針對直放站及配套產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料選擇、設(shè)計(jì)使用、回收處理等方面進(jìn)行分析，希望能對此類產(chǎn)品的節(jié)能減排提供一些借鑒。

2直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排整體思路

為了滿足運(yùn)營商對設(shè)備節(jié)能減排新的需求，直放站及配套廠家紛紛在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)上有所突破或改良。小型化、低功耗以及清潔能源的應(yīng)用成了直放站設(shè)計(jì)的趨勢，直放站在附加功能上也趨于簡單、實(shí)用和可靠；為了提高直放站的工作效率，采用了如數(shù)字預(yù)失真、低壓器件等一些新技術(shù)與設(shè)備；在材料應(yīng)用方面，大量采用無鉛的元器件、可回收利用的材料；在使用替代能源方面，主要采用太陽能、風(fēng)能等；在企業(yè)責(zé)任感方面，積極通過環(huán)境組織的認(rèn)證等。

直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排要從五個(gè)方面考慮：一是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度降低將來使用時(shí)電能的消耗；二是新技術(shù)和環(huán)保材料的應(yīng)用；三是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效用最大化；四是持續(xù)再生能源的應(yīng)用；五是對退役設(shè)備、廢棄材料的有效回收和處理。

3產(chǎn)品的節(jié)能減排設(shè)計(jì)

對于直放站及配套產(chǎn)品而言，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度降低將來使用時(shí)電能的消耗，重點(diǎn)要考慮兩個(gè)方面：一是整機(jī)主要是有源放大部分設(shè)計(jì)低功耗；二是軟件及系統(tǒng)消耗方面設(shè)計(jì)低功耗。

以某10w直放站中各模塊耗能比例為例：低噪放大器模塊約4％、頻率選擇模塊約7.3％、監(jiān)控模塊約2％、功率放大模塊約86.7％?？梢?，功放模塊的效率很大程度上影響了整機(jī)耗電，如何有效地提高功放的效率是節(jié)能減排設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的直放站功放技術(shù)主要采用輸出功率回退法，即選用功率較大的功放管作小功率使用，實(shí)際上是以犧牲直流功耗來提高功放的線性度。在實(shí)際應(yīng)用中，大多采用多管合成技術(shù)，以GSM為例，采用此功放技術(shù)的效率一般只有8％左右。

從目前研究的熱點(diǎn)來看，DPD(Digital Pre－Distortion，數(shù)字預(yù)失真)，再加上Doherty技術(shù)，在提高功放效率方面已經(jīng)達(dá)到了滿意的效果，至少相比純粹功率回退的方式來說足夠讓人驚喜。預(yù)失真技術(shù)是在末級(jí)功放前對輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使輸入信號(hào)產(chǎn)生失真，其失真特性與末級(jí)功放的特性(非線性)相反，即對末級(jí)功放的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到末級(jí)功放輸出線性的目的。線性預(yù)失真功率放大器優(yōu)越性大，目前國內(nèi)外采用較多。預(yù)失真器又可分為兩類：數(shù)字預(yù)失真器和模擬預(yù)失真器。數(shù)字線性預(yù)失真功率放大器是在基帶數(shù)字信號(hào)上產(chǎn)生預(yù)失真，提高末級(jí)功放輸出的線性度。

Doherty技術(shù)和DPD技術(shù)在主設(shè)備上早已有很多的商用，以DPD技術(shù)為例。其效率可以達(dá)到19％～25％。假設(shè)有1000個(gè)直放站站點(diǎn)，采用功率回退技術(shù)，10w功放的功耗為150w，而DPD功放則為60w；一年可節(jié)省電費(fèi)為：(150-60)(功耗比較值)×1000(站點(diǎn)數(shù)量)×0.7(假定電費(fèi)0.7元／度)×24(一天小時(shí)數(shù))×365(一年天數(shù))門000(千瓦時(shí))=55.188萬元RMB。更高的功放效率不僅能夠達(dá)到節(jié)能減排的效果，更能為運(yùn)營商節(jié)省電費(fèi)、節(jié)省電源等配套設(shè)施的投資；而且由于功耗的降低、生產(chǎn)工藝的簡化，降低了整機(jī)散熱的要求，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

然而，無論是單純的DPD技術(shù)，還是DPD與Doherty結(jié)合的方式，在產(chǎn)品級(jí)的實(shí)現(xiàn)上都有一定的難度，尤其

在批量生產(chǎn)方面。因此，在直放站產(chǎn)品的功放設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮各種可能的手段去提升功放的效率。而不只是局限于先進(jìn)的DPD等技術(shù)。

軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)消耗方面，近年來有類似載波池的產(chǎn)品應(yīng)用，其原理是利用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的變化或潮汐特點(diǎn)，采用時(shí)間策略或話務(wù)量檢測的方法動(dòng)態(tài)地分配設(shè)備功率，從而有效地降低設(shè)備的功耗。

假設(shè)有1000個(gè)站點(diǎn)可以采用該類技術(shù)，以10w為例，白天12個(gè)小時(shí)最大功率輸出，晚上12個(gè)小時(shí)，5W輸出時(shí)，設(shè)備的功耗降低30w左右；2w輸出時(shí)，設(shè)備的功耗降低60w左右。5w功率運(yùn)行時(shí)，一年可節(jié)省電費(fèi)為：30(功耗值)×1000(站點(diǎn)數(shù)量)×0.7(假定電費(fèi)0.7元／度)×12(一天開啟小時(shí)數(shù))×365(一年天數(shù))／1000(千瓦時(shí))=9.198萬元RMB；2w功率運(yùn)行時(shí)，一年可節(jié)省電費(fèi)為18，396萬元RMB。

4新技術(shù)和環(huán)保材料的應(yīng)用

半導(dǎo)體技術(shù)的革新和發(fā)展給直放站的設(shè)計(jì)帶來了契機(jī)，越來越多的半導(dǎo)體器件廠商投入力量研發(fā)低功耗的高集成度芯片，并且已經(jīng)有一些廠商率先推出了試用芯片。這些低功耗的高集成芯片能夠克服模擬多選頻設(shè)備小信號(hào)鏈路耗能巨大的缺陷，大大降低這些設(shè)備的能耗。同時(shí)，采用這些集成化芯片還可以大大減小相應(yīng)模塊的尺寸，使直放站設(shè)備的應(yīng)用更為方便靈活。另外，采用無源替代有源的方式對于實(shí)現(xiàn)直放站的能耗下降也有著非常重要的作用。對于一些寬帶(或者選帶)直放站來說，射頻高選擇性濾波器的使用可以在某些應(yīng)用場合替換掉有源選帶模塊，使直放站節(jié)省該部分有源電路的電能消耗。從長遠(yuǎn)來看，這一方案的實(shí)施也可以提高直放站設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

材料環(huán)保是指用來生產(chǎn)制作產(chǎn)品的原材料是環(huán)保的；應(yīng)用環(huán)保是指使用該產(chǎn)品時(shí)，達(dá)到節(jié)能不產(chǎn)生污染的環(huán)保要求。采用環(huán)保的電子元器件進(jìn)行生產(chǎn)，原材料的選擇、生產(chǎn)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝等各個(gè)方面都嚴(yán)格執(zhí)行RoHS標(biāo)準(zhǔn)；在進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃時(shí)充分做好技術(shù)考慮，爭取更低的二氧化碳排放，有效控制噪音、有害氣體污染；注重設(shè)備節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材設(shè)計(jì)，全程采用無污染材料生產(chǎn)。

具體到無源部分產(chǎn)品和模塊的節(jié)能減排，相關(guān)設(shè)計(jì)如：

(1)無焊接設(shè)計(jì)：使用耦合盤代替抽頭線；

(2)鍍銀優(yōu)化設(shè)計(jì)：單面鍍銀技術(shù)在腔體外表面采用導(dǎo)電氧化處理，保持鋁本色，免鍍銀、免噴漆，可減少銀使用量35％左右。將鍍層由Cu5Ag7優(yōu)化為Cu5Ag3，可再次降低銀的使用量57％。兩項(xiàng)設(shè)計(jì)共減少銀的使用量70％左右；

(3)拉模設(shè)計(jì)：所有大批量生產(chǎn)的無源器件均采用拉模設(shè)計(jì)，磨具的使用可減少腔體制作時(shí)40％的鋁用量；

(4)新材料選擇：通過大量的試驗(yàn)精選出高低溫形變較小的材料，提高產(chǎn)品在各種環(huán)境下的指標(biāo)穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品一致性，大大減小產(chǎn)品的返修與保費(fèi)率；

(5)避免選用有害物質(zhì)：所有器件在選材時(shí)均

要避免使用以下6種物質(zhì)：鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、六價(jià)鉻(Cr6+)、多溴聯(lián)苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)。

在產(chǎn)品包裝材料的選型上以紙(塑)代木，包裝材料尺寸統(tǒng)一，遵從國際RoHS標(biāo)準(zhǔn)，與成熟第三方物流公司合作，縮短中間轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，包裝材料循環(huán)利用等。

5系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效用最大化

一個(gè)高效、可持續(xù)的系統(tǒng)，其核心是良好的設(shè)計(jì)。如果整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能效不高，部件能效再高也難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。對于直放站工程設(shè)計(jì)，從一開始就要對工程建設(shè)站點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)勘測，對站點(diǎn)及周圍通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測試與評估，徹底了解并掌握無線性能參數(shù)環(huán)境后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。在方案設(shè)計(jì)時(shí)滿足該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能要求即可，即保證滿足要求的天線入口和發(fā)射功率，盡量減少使用超過設(shè)計(jì)功率要求的大功率有源設(shè)備，這樣就可以減少能耗。

移動(dòng)通信系統(tǒng)是一個(gè)24小時(shí)運(yùn)行的系統(tǒng)，在深夜用戶較少時(shí)，大量使用有源設(shè)備會(huì)造成電力能源的浪費(fèi)，增加溫室氣體的排放。對此，可以根據(jù)業(yè)務(wù)變化情況來進(jìn)行直放站工程設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)地分配資源，即智能化分配資源：利用載頻池的工作原理，采用時(shí)間策略對直放站進(jìn)行打開或關(guān)閉操作以及在部分時(shí)間段采用降低輸出功率等手段達(dá)到節(jié)能減排的目的。全面詳盡的網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)加上先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無疑可以節(jié)約運(yùn)營商的總體擁有成本和能耗。

6持續(xù)再生能源的利用

持續(xù)再生能源包括太陽能和風(fēng)能等自然能源可以結(jié)合設(shè)備有效利用起來。

太陽能直放站系統(tǒng)是由太陽能作為直放站的通信電源的供電系統(tǒng)。通信電源有12V、24V、48V等，但在太陽能系統(tǒng)中考慮到內(nèi)阻問題，一般采用24V供電系統(tǒng)為宜。太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能電池模組(電池板)、蓄電池、控制器和負(fù)載組成。系統(tǒng)實(shí)物連接圖如圖1：

系統(tǒng)中電池板、蓄電池和負(fù)載分別接到控制器的相應(yīng)接口，由控制器控制負(fù)載的工作和蓄電池的充放電。工作原理為：白天在有光照的情況下，電池板在陽光的照射下發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電能并提供給負(fù)載，同時(shí)將多余的能量儲(chǔ)存到蓄電池中；夜間，不能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，則蓄電池中的電能釋放出來供給負(fù)載工作。

對于太陽能充足的地區(qū)可以由太陽能單獨(dú)供電，不充足的地區(qū)可以采用太陽能與交流混合供電方式，見表1：

有些太陽能系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅考慮了蓄電池的自維持時(shí)間(即最長連續(xù)陰雨天)，而沒有考慮到虧電后的蓄電池最短恢復(fù)時(shí)間(即兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù))。這個(gè)問題在我國南方地區(qū)尤其應(yīng)引起高度重視，這些地區(qū)陰雨天既長又多，而對于方便適用的獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)，由于沒有應(yīng)急的其他電源保護(hù)備用，所以應(yīng)該將此問題納入設(shè)計(jì)中一起考慮。為延長蓄電池電量使用時(shí)間，可以考慮使用定時(shí)器，在特定時(shí)段關(guān)閉直放站。

風(fēng)能與太陽能一樣，也可提供近乎免費(fèi)的能源。不過，現(xiàn)代風(fēng)能產(chǎn)業(yè)傾向于發(fā)展超大型的風(fēng)力渦輪機(jī)，對于無線通信設(shè)備這樣的較低功耗單位，找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)合算的解決方案并不容易。而且安裝巨大的槳葉和風(fēng)力渦輪機(jī)必須建設(shè)額外的鐵塔，需要占用更多的場地空間。

長期以來，為了提高用戶滿意度，運(yùn)營商一直在增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這就造成了公路和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、燃料運(yùn)輸以及安全保障等方面的成本持續(xù)上漲。隨著無線站點(diǎn)的功耗越來越低，采用替代能源，無論是在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都變得越來越有吸引力。

7設(shè)備及危險(xiǎn)廢棄物的回收

對于已經(jīng)退役的設(shè)備可以考慮采用廠家回收的方式，將廢舊材料充分利用起來。同時(shí)危險(xiǎn)廢物因其會(huì)對環(huán)境及人體造成嚴(yán)重影響，因而必須妥善處理。根據(jù)國家和地方的環(huán)保法律法規(guī)規(guī)定：產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物的單位必須按規(guī)定將危險(xiǎn)廢物進(jìn)行集中處理，安排專人負(fù)責(zé)危險(xiǎn)廢物的收集和管理工作；待運(yùn)危險(xiǎn)廢物要設(shè)置專門容器貯存；危險(xiǎn)廢物必須交由具有相應(yīng)資格的單位進(jìn)行收集、運(yùn)輸、處理和處置。如任意扔棄或填埋，會(huì)造成土壤的嚴(yán)重污染，甚至滲入地下水危及人體健康，給人類社會(huì)造成環(huán)境危機(jī)。

8小結(jié)

以上僅對直放站及配套產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到使用過程中的部分可能達(dá)到節(jié)能減排效果的地方進(jìn)行了淺析，今后還需通過大家共同的努力，對直放站及配套產(chǎn)品進(jìn)行更多節(jié)能減排改進(jìn)，通過資源的節(jié)約、能耗的降低和成本的下降，實(shí)現(xiàn)共贏，和諧成長，為創(chuàng)造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)做出貢獻(xiàn)。