移動通信基站能耗分析與綜合節(jié)能解決方案

孟春民，付亦非，梁宏杰

（河南省濮陽市聯(lián)通公司，河南 濮陽 457000）

0 引 言

移動通信目前處于我國通信行業(yè)的首要位置，隨著網(wǎng)絡(luò)需求量的逐漸增加，移動通信基站的建設(shè)規(guī)模也不斷擴大，其中能量損耗問題也越來越明顯。目前，移動通信基站的主要組成部分包括無線設(shè)備、傳輸設(shè)備及空調(diào)設(shè)備等，空調(diào)系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中的主要耗電部分，本文將重點對移動通信基站的能耗量和節(jié)能方案進(jìn)行研究。

1 移動通信基站能耗分析

1.1 基站無線設(shè)備能耗分析

基站無線設(shè)備是移動通信基站中的主要組成部分，具有數(shù)量多、載頻資源利用率低等問題。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因包括設(shè)備功率損耗量過多，業(yè)務(wù)信息載頻負(fù)荷量大等。在移動通信基站中，無線設(shè)備的射頻能耗量在65%左右，功放部分占射頻能耗量的80%，但是效率卻在10%以下。由此可知，該部分在實際運行中，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其能源損耗量[3]。

1.2 基站空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

移動通信基站空調(diào)系統(tǒng)中的能源損耗量主要包括空調(diào)的制冷系統(tǒng)以及空氣流通系統(tǒng)，目前空調(diào)系統(tǒng)的能耗量占整個移動通信基站能耗量的45%左右，制冷系統(tǒng)占比為33%，空氣流通系統(tǒng)占比為13%。移動通信基站在實際運行的過程中，需要將溫度控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)，而空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機頻繁運動，則會加快壓縮機自然老化速度，降低壓縮機使用效率的同時，提高了壓縮機的能源損耗量[1]。

1.3 基站供電系統(tǒng)能耗分析

供電系統(tǒng)能耗量占整個移動通信基站能耗量的5%左右，由于供電系統(tǒng)與基站中的所有用電設(shè)備相互連接，因此其自身的能耗量會直接影響整個基站中用電設(shè)備的能耗量。目前供電系統(tǒng)主要由交流引入、開關(guān)電源以及蓄電池構(gòu)成，其中開關(guān)電源以及蓄電池組的運行時間較長，電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重的污染情況，導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)波形失真現(xiàn)象，進(jìn)而增加了供電系統(tǒng)在實際運行中的能耗量，同時降低電網(wǎng)的運行效率。此外，供電系統(tǒng)中的開關(guān)電源使用閉合配置，蓄電池的充電時間較短。這種情況化導(dǎo)致其處于低負(fù)載率狀態(tài)下運行，能源的轉(zhuǎn)換效率低，能源的浪費情況較為嚴(yán)重[2]。

2 移動通信基站綜合節(jié)能方案

2.1 基站設(shè)備節(jié)能方案

針對移動通信基站中的設(shè)備，在節(jié)能過程中可以從如下三方面入手。第一，對移動通信基站中的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃，盡量減少基站的數(shù)量，選擇的設(shè)備需要具有容量大、設(shè)備能耗量低的特點，降低擴容成本。第二，將功放技術(shù)的應(yīng)用價值充分發(fā)揮出來，提高整個移動通信基站中的功放效率。第三，使用分布式的建設(shè)方法，減少設(shè)備中的饋線損耗情況。

目前，在移動通信基站設(shè)備系統(tǒng)中，應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)主要包括如下兩種。第一，高效功放技術(shù)，其中包括Doherty技術(shù)、包絡(luò)跟蹤技術(shù)以及包絡(luò)消除技術(shù)等。在實際設(shè)備節(jié)能工作中應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)為Doherty技術(shù)，該技術(shù)在實際應(yīng)用的過程中具有負(fù)載牽引力，保證均值放大器和峰值放大器在飽和狀態(tài)下，提升整個移動通信基站的功放效率。而將該技術(shù)與數(shù)字預(yù)失真技術(shù)相互結(jié)合，與傳統(tǒng)功放技術(shù)相比，能夠提升功放效率27%以上，生產(chǎn)難度較低，所占體積較小，可靠性高，使用成本低，因此該技術(shù)具有較高的應(yīng)用價值[4]。

第二，分布式基站技術(shù)。該技術(shù)主要將基站分為兩部分，分別為基帶和射頻。這種方式能夠降低射頻產(chǎn)生的饋線損耗量。此外，該技術(shù)對使用環(huán)境的要求不高，不需要空調(diào)控制溫度，也不需要建設(shè)機房，因此應(yīng)用成本也較低。在基站近端，可以將電源、傳輸系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)安裝在一個機房內(nèi)，保證移動通信基站中集中供電質(zhì)量。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)整個基站的集中供電，降低維護(hù)管理難度，適合大范圍應(yīng)用[5]。

2.2 基站空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案

移動通信基站空調(diào)系統(tǒng)中的耗能量主要由制冷系統(tǒng)以及送風(fēng)系統(tǒng)決定，這也是節(jié)能方案的主要部分。例如，采用地板下送風(fēng)、上回風(fēng)的氣流模式，利用變頻優(yōu)化以及空調(diào)添加劑等技術(shù)，降低移動通信基站空調(diào)系統(tǒng)的能耗量。本文將重點對移動通信基站會中應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)展開研究。第一，變頻改造技術(shù)。該技術(shù)的實際應(yīng)用范圍較廣，通過調(diào)節(jié)變頻器壓縮機的方式，降低開啟頻率，保證溫度正常調(diào)節(jié)的同時，降低電機運行時產(chǎn)生的能耗量。第二，空調(diào)添加劑技術(shù)。該技術(shù)主要通過使用添加劑的方式，讓添加劑與油膜相互反應(yīng)，減少油膜的數(shù)量，甚至能夠完全去除油膜，進(jìn)而提升空調(diào)制冷系統(tǒng)的工作效率和整體運行穩(wěn)定性。第三，新風(fēng)節(jié)能技術(shù)。該技術(shù)的使用原理是將室外的空氣作為冷源，利用空氣質(zhì)量交換和能量交換的方式，將移動通信基站中的熱量轉(zhuǎn)移到外界環(huán)境中，進(jìn)而降低室內(nèi)環(huán)境中的溫度，緩解空調(diào)系統(tǒng)的運行壓力[6]。

其中自然通風(fēng)系統(tǒng)可以利用室外的空氣，并將其運輸?shù)綑C房內(nèi)部。如果室外空氣的溫度較低，則可以直接進(jìn)行空氣運輸，降低室內(nèi)機房的溫度。如果室外的溫度較高，不能與室內(nèi)空氣進(jìn)行有效的熱量交換，則可以將空調(diào)作為輔助，共同控制室內(nèi)溫度。這種方式可以減少空調(diào)系統(tǒng)的運行時間，降低其在實際運行中的能耗量。

熱交換新風(fēng)系統(tǒng)主要使用隔絕換熱的方式，利用室外的空氣作為降溫源頭，帶走室內(nèi)空氣中的熱量。但是在此過程中，室內(nèi)空氣并沒有發(fā)生變化，只是空氣中的熱量被帶走，即外界的空氣并不能進(jìn)入到機房內(nèi)部。室內(nèi)空氣在完成冷卻后，再次循環(huán)到機房內(nèi)。這兩種方式由于其運行方式以及運行原理的不同，適用環(huán)境也不同，自然通風(fēng)系統(tǒng)適合應(yīng)用在內(nèi)外界溫差較大以及空氣質(zhì)量較好的環(huán)境中，而熱交換新風(fēng)系統(tǒng)適合應(yīng)用在溫差較大的環(huán)境中[7]。

2.3 基站供電系統(tǒng)節(jié)能方案

移動通信基站中的供電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)給基站中的所有用電設(shè)備供電，為了降低其存在的能量損耗，可以將電源智能休眠技術(shù)應(yīng)用其中，保證整流模式處于最佳狀態(tài)，減少其存在的帶載損耗以及空載損耗，從根本上實現(xiàn)供電系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保。此外，還可以將太陽能和風(fēng)能等能源應(yīng)用其中，替代原有的能源。這種方式能夠拓展移動通信基站的建設(shè)范圍，使其能夠在我國偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)。

目前，移動通信基站供電系統(tǒng)中應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)為開關(guān)電源休眠技術(shù)，根據(jù)供電系統(tǒng)中電流的負(fù)荷情況，對整流模塊的工作進(jìn)行有效調(diào)整，同時采用軟開關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)工作整流模塊數(shù)量的自動調(diào)整。例如，整個供電系統(tǒng)的負(fù)荷量較小，則該部分模塊能夠處于休眠狀態(tài)，保證其他模塊的運行狀態(tài)，降低系統(tǒng)中出現(xiàn)的空載損耗情況，進(jìn)而實現(xiàn)供電系統(tǒng)的有效節(jié)能[8]。

在移動通信基站節(jié)能方案應(yīng)用的過程中，需要保證方案設(shè)計的安全性，將機房溫度控制在10～35 ℃，空氣質(zhì)量保持在B級以上。節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用需要保證多樣性和可行性，根據(jù)基站建設(shè)的實際情況，選擇相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，進(jìn)而將節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價值充分發(fā)揮出來。此外，經(jīng)濟(jì)性也是節(jié)能措施制定的主要影響因素之一，充分考慮網(wǎng)絡(luò)發(fā)展能力以及經(jīng)濟(jì)情況，確定方案實施的投資回報，避免出現(xiàn)回報收益小于投資的情況。針對使用的技術(shù)展開評價，確定其在實際應(yīng)用中的有效性，保證最終節(jié)能措施在移動通信基站中的應(yīng)用效果[9]。

3 結(jié) 論

通過分析可知，要想保證移動通信基站的運行效率，降低能耗量，就需要先確定移動通信基站中存在的能量損耗，在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的節(jié)能方案，這種方式能夠保證整個移動通信基站運行的高效性和穩(wěn)定性。本文從移動通信基站能耗情況以及節(jié)能方案制定兩方面進(jìn)行研究，全面深入地了解移動通信基站的運行情況，進(jìn)而促進(jìn)我國移動通信基站的良好發(fā)展。