通信基站自主創(chuàng)新智能節(jié)電系統(tǒng)

    通過(guò)采用一種基于多層覆蓋控制和使用小區(qū)信號(hào)共用切換裝置的移動(dòng)通信基站節(jié)電系統(tǒng)，達(dá)到很好的節(jié)能效果。與其他基站節(jié)能方法比較，具有不受通信制式，基站設(shè)備廠家不同等方面因素影響。

    目前廣泛采用的基站節(jié)電技術(shù)主要分為兩類，分別是針對(duì)空調(diào)和環(huán)境的節(jié)電技術(shù)，以及由各大通信設(shè)備廠商主推的載頻級(jí)別功放的節(jié)電。這兩類技術(shù)雖然都能夠取得一定的節(jié)能效果，但是都無(wú)法解決基站設(shè)備BCCH載頻始終滿功率發(fā)射的功率浪費(fèi)問(wèn)題，也沒(méi)辦法充分利用通信網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量在一天24小時(shí)內(nèi)周期性波動(dòng)的特性。

    通過(guò)對(duì)基站主設(shè)備的功耗進(jìn)行了調(diào)查研究，經(jīng)分析研究發(fā)現(xiàn)目前基站主設(shè)備的能耗結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)備能耗分布

    每個(gè)小區(qū)的BCCH功耗在忙閑時(shí)都固定在400W左右。

    隨著移動(dòng)用戶數(shù)迅猛增長(zhǎng)，主要的運(yùn)營(yíng)商都采取建設(shè)雙層網(wǎng)或多層網(wǎng)的方式來(lái)解決話務(wù)忙時(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題，其中任意一層網(wǎng)絡(luò)都能夠保證覆蓋和網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)的容量，因此網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)存在很大的資源浪費(fèi)。

    通信網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)量在一天24小時(shí)內(nèi)具有明顯的波峰和波谷，通常在晚上23點(diǎn)以后、早上7點(diǎn)以前，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量極低，只要開啟很少的信道就能夠滿足用戶的需求。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方案剖析

    項(xiàng)目包括兩部分，分別是硬件方案的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    基站節(jié)能系統(tǒng)由兩部分組成：

    1)、基站節(jié)能系統(tǒng)服務(wù)器：控制基站功率的開啟和關(guān)閉，控制基站節(jié)能設(shè)備的切換，基站節(jié)能設(shè)備的切換目前只能通過(guò)短信方式發(fā)送控制命令實(shí)現(xiàn)，預(yù)留以太網(wǎng)通信方式；

    2)、基站節(jié)能設(shè)備：節(jié)能設(shè)備置于移動(dòng)基站機(jī)房?jī)?nèi)，實(shí)時(shí)接收基站節(jié)能系統(tǒng)發(fā)送的切換命令，并通過(guò)短信報(bào)告自己的工作狀態(tài)。

2、軟件功能

    軟件部分由三個(gè)主要的模塊構(gòu)成，分別是：應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、通信服務(wù)模塊和應(yīng)用服務(wù)模塊。通信服務(wù)模塊支持CMPP，GSMmodem短信，E1通信方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)基站節(jié)能設(shè)備的控制；應(yīng)用服務(wù)模塊主要完成客戶端操作請(qǐng)求、定時(shí)切換功能、定時(shí)恢復(fù)功能模塊。

圖3 軟件功能圖

3、硬件原理

    S11，S12，S13為一個(gè)基站的三個(gè)小區(qū)射頻輸出，在其中一個(gè)區(qū)的機(jī)架頂饋線端口安裝三功分器，以及單點(diǎn)雙觸開關(guān)(圖中，開關(guān)1和2)，在忙時(shí)通過(guò)開關(guān)1和開關(guān)2直接輸出功率至天線，這時(shí)系統(tǒng)的天饋與普通的小區(qū)一樣，每個(gè)小區(qū)的天線對(duì)應(yīng)每個(gè)小區(qū)的饋線輸出；在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)，將開關(guān)導(dǎo)通至三功分器并分配到3個(gè)扇區(qū)，同時(shí)開關(guān)2、3、4自動(dòng)導(dǎo)通到三功分器的輸出、旁路正常的輸出，再通過(guò)軟件將基站的其他兩個(gè)扇區(qū)的功率降低或關(guān)閉，到忙時(shí)再將旁路開關(guān)和信號(hào)選擇開關(guān)切回，恢復(fù)原天線配置及小區(qū)功率。系統(tǒng)對(duì)于旁路開關(guān)的控制有兩種方式，包括定時(shí)切換和遠(yuǎn)程控制切換。

圖4 硬件原理圖

    定時(shí)切換是指基站節(jié)能設(shè)備根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的該站忙閑時(shí)，啟動(dòng)旁路開關(guān)和信號(hào)選擇開關(guān)。遠(yuǎn)程控制切換是指由服務(wù)器軟件先對(duì)小區(qū)功率進(jìn)行關(guān)閉或開啟，再通過(guò)短信等手段遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的開關(guān)。

關(guān)鍵技術(shù)

1、基站天饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換裝置

    為了實(shí)現(xiàn)單個(gè)小區(qū)對(duì)原來(lái)整個(gè)基站的覆蓋，我們發(fā)明一種用于基站天饋線端的信號(hào)切換裝置，這種切換裝置與具體的通信制式無(wú)關(guān)，能夠適用于GSM網(wǎng)絡(luò)、CDMA網(wǎng)絡(luò)以及即將建設(shè)的3G網(wǎng)絡(luò)。為了滿足多種場(chǎng)景的應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了全向和定向兩種切換方式，適合不同的場(chǎng)景需求。

2、利用多層網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋特性進(jìn)行節(jié)電的方法

    該系統(tǒng)利用通信網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量的潮汐特點(diǎn)，以及目前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在高話務(wù)區(qū)采用多層網(wǎng)絡(luò)覆蓋的特點(diǎn)，開發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)關(guān)閉多層覆蓋基站中的容量層(如1800M)，達(dá)到高效節(jié)能的目的。對(duì)于沒(méi)有安裝切換裝置的基站，也可以使用該軟件的專利算法進(jìn)行節(jié)電。

3、高可靠性的系統(tǒng)切換流程

    為了使切換控制精確執(zhí)行，該系統(tǒng)具有節(jié)電設(shè)備和控制服務(wù)器時(shí)間同步的算法；為使基站節(jié)電裝置在出現(xiàn)意外的時(shí)候不影響基站的正常服務(wù)，在節(jié)電裝置中加入了功率傳感器，并設(shè)計(jì)了多重判斷方法，提供設(shè)備告警的短信通知，在不能恢復(fù)的極端情況下，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)短信通知管理員對(duì)故障進(jìn)行處理，符合電信級(jí)使用。

4、軟件自動(dòng)確定符合啟用條件的基站

    軟件系統(tǒng)根據(jù)歷史話務(wù)模型自動(dòng)計(jì)算出單個(gè)小區(qū)能夠承載整個(gè)基站全部話務(wù)的時(shí)段，并在這些時(shí)段控制遠(yuǎn)端的基站節(jié)能設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)和關(guān)閉。

5、確保基站現(xiàn)有覆蓋不受到影響

    硬件裝置串聯(lián)在功分器之后，利用電子開關(guān)旁路對(duì)插損進(jìn)行控制，最大插損僅0.15db，確保基站覆蓋和通信質(zhì)量。

應(yīng)用前景和效益評(píng)估

1、直接經(jīng)濟(jì)效益

    每個(gè)小區(qū)的BCCH功耗在忙閑時(shí)都固定在400W左右，閑時(shí)TCH功耗在300W左右，本成果應(yīng)用后能使TCH占用相對(duì)集中，降低大部分tch功耗(平均200W左右)。對(duì)900、1800共站址的基站，閑時(shí)只需保留1個(gè)900M小區(qū)，能夠節(jié)約5個(gè)BCCH和TCH的功耗，按每天啟用8小時(shí)計(jì)算，一天能節(jié)約5×(0.4+0.2)×8=24度電，每年能節(jié)約24×365=8760度電；對(duì)只有900的基站，每天能夠節(jié)約2×(0.4+0.2)×8=9.6度電，每年能夠節(jié)約9.6×365=3504度電。

    根據(jù)市區(qū)各種基站的配置比例，計(jì)算得出每個(gè)基站每天平均節(jié)電18度、每年平均節(jié)電6570度，目前基站平均電價(jià)為每度1.1元，按目前應(yīng)用規(guī)模300個(gè)基站計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)2168100元。

某市區(qū)基站配置比例及節(jié)能效益預(yù)算

2、其它效益

    本系統(tǒng)能夠顯著的降低基站能耗，符合國(guó)家節(jié)能減排的大政方針，對(duì)中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)推行的綠色行動(dòng)計(jì)劃貢獻(xiàn)明顯，按湖南移動(dòng)公司計(jì)劃應(yīng)用規(guī)模3000個(gè)基站計(jì)算，每年能夠節(jié)約用電2000萬(wàn)度，相當(dāng)于每年能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤8千噸，降低二氧化碳排放量2.1萬(wàn)噸。

    本系統(tǒng)啟用后，能夠有效延長(zhǎng)停電期間基站蓄電池的供電時(shí)間，大幅度降低基站退服率，提高客戶滿意度；同時(shí)本系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)每根饋線的功率進(jìn)行測(cè)量，可節(jié)約大量的人工維護(hù)成本。（本方案為湖南移動(dòng)長(zhǎng)沙分公司移動(dòng)通信基站節(jié)電系統(tǒng)）■