通信基站自主創新智能節電系統

    通過采用一種基于多層覆蓋控制和使用小區信號共用切換裝置的移動通信基站節電系統，達到很好的節能效果。與其他基站節能方法比較，具有不受通信制式，基站設備廠家不同等方面因素影響。

    目前廣泛采用的基站節電技術主要分為兩類，分別是針對空調和環境的節電技術，以及由各大通信設備廠商主推的載頻級別功放的節電。這兩類技術雖然都能夠取得一定的節能效果，但是都無法解決基站設備BCCH載頻始終滿功率發射的功率浪費問題，也沒辦法充分利用通信網絡話務量在一天24小時內周期性波動的特性。

    通過對基站主設備的功耗進行了調查研究，經分析研究發現目前基站主設備的能耗結構如圖1所示。

圖1 設備能耗分布

    每個小區的BCCH功耗在忙閑時都固定在400W左右。

    隨著移動用戶數迅猛增長，主要的運營商都采取建設雙層網或多層網的方式來解決話務忙時的網絡擁塞問題，其中任意一層網絡都能夠保證覆蓋和網絡閑時的容量，因此網絡閑時存在很大的資源浪費。

    通信網絡的話務量在一天24小時內具有明顯的波峰和波谷，通常在晚上23點以后、早上7點以前，整個網絡話務量極低，只要開啟很少的信道就能夠滿足用戶的需求。

系統結構和方案剖析

    項目包括兩部分，分別是硬件方案的設計和軟件的設計開發。

圖2 設備結構圖

1、系統結構

    基站節能系統由兩部分組成：

    1)、基站節能系統服務器：控制基站功率的開啟和關閉，控制基站節能設備的切換，基站節能設備的切換目前只能通過短信方式發送控制命令實現，預留以太網通信方式；

    2)、基站節能設備：節能設備置于移動基站機房內，實時接收基站節能系統發送的切換命令，并通過短信報告自己的工作狀態。

2、軟件功能

    軟件部分由三個主要的模塊構成，分別是：應用數據庫、通信服務模塊和應用服務模塊。通信服務模塊支持CMPP，GSMmodem短信，E1通信方式，實現對基站節能設備的控制；應用服務模塊主要完成客戶端操作請求、定時切換功能、定時恢復功能模塊。

圖3 軟件功能圖

3、硬件原理

    S11，S12，S13為一個基站的三個小區射頻輸出，在其中一個區的機架頂饋線端口安裝三功分器，以及單點雙觸開關(圖中，開關1和2)，在忙時通過開關1和開關2直接輸出功率至天線，這時系統的天饋與普通的小區一樣，每個小區的天線對應每個小區的饋線輸出；在網絡閑時，將開關導通至三功分器并分配到3個扇區，同時開關2、3、4自動導通到三功分器的輸出、旁路正常的輸出，再通過軟件將基站的其他兩個扇區的功率降低或關閉，到忙時再將旁路開關和信號選擇開關切回，恢復原天線配置及小區功率。系統對于旁路開關的控制有兩種方式，包括定時切換和遠程控制切換。

圖4 硬件原理圖

    定時切換是指基站節能設備根據預先設置好的該站忙閑時，啟動旁路開關和信號選擇開關。遠程控制切換是指由服務器軟件先對小區功率進行關閉或開啟，再通過短信等手段遠程控制系統中的開關。

關鍵技術

1、基站天饋系統的自動切換裝置

    為了實現單個小區對原來整個基站的覆蓋，我們發明一種用于基站天饋線端的信號切換裝置，這種切換裝置與具體的通信制式無關，能夠適用于GSM網絡、CDMA網絡以及即將建設的3G網絡。為了滿足多種場景的應用，我們設計了全向和定向兩種切換方式，適合不同的場景需求。

2、利用多層網絡重疊覆蓋特性進行節電的方法

    該系統利用通信網絡話務量的潮汐特點，以及目前移動通信網絡在高話務區采用多層網絡覆蓋的特點，開發軟件實現在網絡閑時關閉多層覆蓋基站中的容量層(如1800M)，達到高效節能的目的。對于沒有安裝切換裝置的基站，也可以使用該軟件的專利算法進行節電。

3、高可靠性的系統切換流程

    為了使切換控制精確執行，該系統具有節電設備和控制服務器時間同步的算法；為使基站節電裝置在出現意外的時候不影響基站的正常服務，在節電裝置中加入了功率傳感器，并設計了多重判斷方法，提供設備告警的短信通知，在不能恢復的極端情況下，系統會通過短信通知管理員對故障進行處理，符合電信級使用。

4、軟件自動確定符合啟用條件的基站

    軟件系統根據歷史話務模型自動計算出單個小區能夠承載整個基站全部話務的時段，并在這些時段控制遠端的基站節能設備進行啟動和關閉。

5、確保基站現有覆蓋不受到影響

    硬件裝置串聯在功分器之后，利用電子開關旁路對插損進行控制，最大插損僅0.15db，確保基站覆蓋和通信質量。

應用前景和效益評估

1、直接經濟效益

    每個小區的BCCH功耗在忙閑時都固定在400W左右，閑時TCH功耗在300W左右，本成果應用后能使TCH占用相對集中，降低大部分tch功耗(平均200W左右)。對900、1800共站址的基站，閑時只需保留1個900M小區，能夠節約5個BCCH和TCH的功耗，按每天啟用8小時計算，一天能節約5×(0.4+0.2)×8=24度電，每年能節約24×365=8760度電；對只有900的基站，每天能夠節約2×(0.4+0.2)×8=9.6度電，每年能夠節約9.6×365=3504度電。

    根據市區各種基站的配置比例，計算得出每個基站每天平均節電18度、每年平均節電6570度，目前基站平均電價為每度1.1元，按目前應用規模300個基站計算，每年可節約電費2168100元。

某市區基站配置比例及節能效益預算

2、其它效益

    本系統能夠顯著的降低基站能耗，符合國家節能減排的大政方針，對中國移動通信集團推行的綠色行動計劃貢獻明顯，按湖南移動公司計劃應用規模3000個基站計算，每年能夠節約用電2000萬度，相當于每年能節約標準煤8千噸，降低二氧化碳排放量2.1萬噸。

    本系統啟用后，能夠有效延長停電期間基站蓄電池的供電時間，大幅度降低基站退服率，提高客戶滿意度；同時本系統能夠自動對每根饋線的功率進行測量，可節約大量的人工維護成本。（本方案為湖南移動長沙分公司移動通信基站節電系統）■