在移动网络中,站点的数量远远大于其它设备机房的数量。随着覆盖范围和容量的增大,站点的数量也在增加,其能耗也占移动网络的大半以上,甚至高达80%。可见,移动网络的节能,首先是站点的节能。一般来说,站点的节能可以从网络拓扑和网元这两个层次来分析。
首先看网络拓扑这一层次的节能,即:通过减少站点,提升单位话务量能效实现节能。业界减少站点的方法有两个。
第一个方法是通过网络规划来提高覆盖效率,降低无效的系统开销,以最少的站点服务最大的用户/话务量。第二个方法就是提高基站设备本身的覆盖能力,通过PBT,Transmitting Diversity,AMR,High Receive Sensitivity等关键技术,将设备本身的覆盖半径提高,从而提升覆盖的能力。第二种方法在广覆盖的场景之下,往往能够发挥关键作用。在实践中,通常需要两种方法共同使用,在适宜的网络规划和较强覆盖能力的设备配合下,能实现广覆盖场景下25%以上的能耗节约,带来TCO的可观下降。
相比网络拓扑节能,网元级别的节能适应更多的场景,受客观条件限制更少。移动站点的网元设备通常很少,大部份情况下只有基站、传输和电源设备,其中基站的功耗远大于其它设备,是降耗的关键点。
此外,在节能范畴,还需考虑配套的冷却系统能耗,我们对部分客户现网分析的结果是:在一个带有空调的典型站点中,空调能耗一般占总能耗的30%,所以冷却系统也是降耗的重点。
在站点节能中值得一提的还有新能源的应用。在偏远的场景下,引入新能源系统从减排角度和成本角度分析都是可行的。
基站设备节能
如果把基站设备分成基带和射频、馈线三部分,其中耗能最大的就是射频部分(耗能占比超过80%)。在射频部分中,又以功放耗能为最大,约占射频部分的50%。所以,提高功放效率是提升基站设备能效的关键点之一。
多载波技术是提高功放效率的最直接的办法之一,当前新的多载波基站产品(如:GSM QTRUBTS)基于该技术可提高效率而降低功耗。在6个载波的情况下,QTRU最高可实现30%的功放降耗。其它的提高功放效率的方式包括有功放智能匹配、智能调压、新型高效功放等等。
基站产品能效提升的另一个方面是减少浪费。移动网络话务量在闲时和忙时极不平均,如何解决网络闲时功耗下降是第二个节能关键点,即:如何利用智能关断技术实现优化功率分配。在典型的GSM双频网中,最直接有效的关断技术是“站点级”关断,在低话务量的情况之下,将高频的网络站点断电,在话务量回升到开启门限后,设备重新上电,基站的整体断电使得设备的功耗实现显著下降。基站的关断技术还包括有载频关断和时隙关断,差别在于颗粒度的大小,时隙关断相对比载频关断更能实现低流量的精细化管理。
基站设备节能的第三个关键点是减少馈线浪费。馈线部分的自身功耗并不大,但是它对基站覆盖能力的影响却比较大。原因在于它大大降低了塔顶功率,使得基站效率大幅下降。典型站点场景中,馈线导致约50%的功率损失。
分布式架构基站和小基站的设计可以解决馈线问题。在实际网络部署中我们发现,分布式基站替换传统宏站,可以在机顶功率不变的情况下实现40%以上的功耗节约。除此以外,分布式构架也能带来租赁机房和配套冷却系统的节约,直接、间接地降低了站点的功耗。高效的基站产品和分布式构架可以带来TCO的明显下降,一般网络情况下,这两种场景均可实现大约10%的网络TCO下降。
基站配套节能
从能耗角度来看,冷却系统是配套设备中占比最大的部分,如何减少站点冷却系统的能耗是配套节能的关键点。
对于室内型的宏站,可以考虑引入智能直通风系统,以风机抽入新鲜冷空气、排出热空气的方式降低对空调的需求,从而大幅度的降低空调的功耗。对于室外温度过高情况,使用直通风无法解决问题时,智能通风系统启动空调,以保障设备的稳定运行。
对于室外型的宏站,同样可以通过直通风室外型机柜的形式实现降低冷却功耗的效果。在使用直通风的过程中,通常会遇到两个比较典型的问题,一个是电池对温度的要求较高,无法适应直通风的情况下的温度,另外一个是空气混浊的问题。我们在实践中发现,电池问题可以通过引入低功耗的电池空调柜来保障它的工作温度。而在空气混浊的地区,考虑用“热交换系统”来替代直通风,避免灰尘对防尘网和设备本身带来的危害。热交换器的原理与直通风相似,相比之下它的好处在于,室外的空气不会进入设备所处空间,而且不会因为防尘网受污染带来人工清洗的成本。
新能源系统
新能源的引入是减少碳排放的最直接方法,如:太阳能、风能和生物能源等。选择无排放能源、低排放能源是企业减少碳排放的最有效途径。风、光能源的应用场景要根据当地气候因素而决定,通常应用在于偏远的,风、光资源充足的小型站点。新能源也可能在市电不稳定的城区作为补充能源使用。
对于这些偏远的小型站点来讲,通常面临的问题是引电困难,或者电网公司引电价格过高,而小型站点本身的能耗不高,所以,运营商通常采用油机系统来解决能源问题。但是,目前油机系统的能量转换率一般都比较低,而且油机购买成本高、寿命短,燃油的消耗又比市电高出几倍。在这种情况之下,新能源的引入有其经济可行性。根据我们在非洲地区的实地验证数据,风、光新能源的使用对比原有的双油机系统,可在3-4年时间内达到平衡点,而后续无需消耗任何电或者柴油,减少碳排放的同时实现了TCO的下降。