綠色基站解決方案與實(shí)現技術(shù)

摘要:基站功耗是無(wú)線(xiàn)通信系統功耗的主體?；揪G色節能解決方案是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )綠色節能的首要目標?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/綠色基站">綠色基站解決方案涉及基站架構、基站形態(tài)、綠色基站節能技術(shù)及綠色站點(diǎn)應用等多個(gè)方面，文章提出綠色基站解決方案，探求基站節能降耗的有效途徑。

關(guān)鍵字:軟件定義無(wú)線(xiàn)電；基帶處理單元；射頻拉遠單元；高效率功放；綠色供電

英文摘要:This paper examines green network technologies using cooperative coverage. Base station power consumption is the biggest power issue concerning wireless networks. Saving power in base stations is therefore the primary focus in green wireless network development. This paper considers green base station architecture and form, power saving technology, and green site applications, and explores effective ways of limiting power use in base stations.

英文關(guān)鍵字:software defined radio; baseband unit; remote radio unit; high efficiency power amplifier; green power

基金項目：國家自然科學(xué)基金(60902041、61072076、61002017)

在綠色環(huán)保成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)的今天，無(wú)線(xiàn)通信系統的綠色節能技術(shù)成為電信運營(yíng)商和設備制造商面對的核心課題?；驹O備作為網(wǎng)絡(luò )的重要網(wǎng)元，是運營(yíng)商投資建設的關(guān)鍵，也是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )節能降耗的主要關(guān)注點(diǎn)。

作為無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的載體，基站一方面需要保持高質(zhì)量的覆蓋能力，另外一方面需要保證足夠的升級演進(jìn)潛力。隨著(zhù)用戶(hù)數和業(yè)務(wù)量的增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的能耗隨基站數量線(xiàn)性增長(cháng)，消耗了大量能源。簡(jiǎn)單地減少基站數量，會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量變差。如何在保證用戶(hù)業(yè)務(wù)體驗以及基站覆蓋和演進(jìn)能力的前提下，實(shí)現移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的節能降耗是綠色基站解決方案的關(guān)鍵。

本文將從基站的架構與形態(tài)創(chuàng )新、節能關(guān)鍵技術(shù)以及綠色站點(diǎn)應用等方面對綠色基站解決方案進(jìn)行探討，尋求基站節能降耗的有效途徑。

1 無(wú)線(xiàn)多制式融合基站系統

無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)多代共存、多頻共存的復雜網(wǎng)絡(luò )。不僅有以全球移動(dòng)通信系統(GSM)為代表的2G網(wǎng)絡(luò )，而且有以通用移動(dòng)通信系統(UMTS)為代表的3G網(wǎng)絡(luò )，而長(cháng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)也已經(jīng)開(kāi)始逐步商用。每一代技術(shù)都有其自身的一整套通信設備，包括從基站到核心網(wǎng)等一系列的網(wǎng)元。每一代新技術(shù)的引入都疊加了一套新的設備，這是傳統上普遍采用多網(wǎng)共存建網(wǎng)方式造成的。顯然，對于這種建網(wǎng)方式，隨著(zhù)多代技術(shù)的不斷采用，網(wǎng)絡(luò )系統設備及配套設備規模將不斷增加，從而導致網(wǎng)絡(luò )能耗相應大幅增長(cháng)。想實(shí)現在多網(wǎng)共存并保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的情況下降低網(wǎng)絡(luò )能耗，就需要從根本上改變多頻段多代技術(shù)共存網(wǎng)絡(luò )的建設方式。

軟件無(wú)線(xiàn)電(SDR)軟基站是基于SDR技術(shù)設計和開(kāi)發(fā)的基站[1-2]。軟基站與傳統基站最大的不同之處在于其射頻單元(RU)具備軟件可編程和重定義的能力，進(jìn)而實(shí)現了智能化的頻譜分配和對多標準的支持。

SDR軟基站解決方案使得運營(yíng)商可以將多種頻段下的多種制式網(wǎng)絡(luò )融合成為一張網(wǎng)絡(luò )，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )整體結構，極大地減少系統網(wǎng)元與配套設施，從而能大幅降低站點(diǎn)能耗。

以亞太地區某領(lǐng)先運營(yíng)商的2G/3G替換項目為例。該運營(yíng)商原有網(wǎng)絡(luò )的單個(gè)典型站點(diǎn)，使用了3個(gè)傳統機柜來(lái)組成GSM900+GSM1800+UMTS2100網(wǎng)絡(luò )，功耗為4 280 W。采用SDR基站進(jìn)行單站容量替換(同時(shí)增加了UMTS900的覆蓋)后，單站典型功耗降低了57%。這里僅僅比較了單站功耗，未計算由于機房空間節省而降低的空調能耗。由此可見(jiàn)，SDR基站在節能降耗上效果明顯。

2 分布式基站與超級基帶群

SDR軟基站模塊化設計理念，使得基站形態(tài)得以不斷革新?；鶐幚韱卧?射頻拉遠單元(BBU+RRU)分布式基站使得網(wǎng)絡(luò )部署更加靈活。超級基帶群解決方案使得網(wǎng)絡(luò )基帶處理資源重用和共享，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò )資源利用效率。

2.1 分布式基站

SDR軟基站系統不僅保留了傳統的機架式室內外宏基站形態(tài)，更創(chuàng )新地推出了BBU+RRU分布式基站。分布式基站將SDR基站的基帶單元和射頻單元獨立開(kāi)來(lái)，彼此之間用光纖相連[2-3]。

射頻單元可以直接安裝在樓頂或鐵塔上面，通過(guò)幾米的跳線(xiàn)和天線(xiàn)直接相連，減少了傳統長(cháng)達幾十米的饋線(xiàn)投資和損耗，降低了功放輸出功率要求，節省了設備能耗。另外，隨著(zhù)功耗的減小，射頻單元可以采用自然散熱技術(shù)，不需要空調甚至風(fēng)扇配置，大幅降低了配套功耗，也降低了設備噪聲。

基帶處理單元可以靈活地插入原有傳統電源或傳輸機架中，或者直接安裝在墻上與支架上，從而將空間占用減少到最低程度，可減少征地、機房建設以及空調配套等費用。

2.2 超級基帶群解決方案

利用分布式基站將基帶處理能力和射頻單元分離的特征，可以將多個(gè)基帶單元集中放置，并通過(guò)光纖拉遠方式接入安裝在覆蓋區的RRU。集中放置的基帶單元形成基帶群，可實(shí)現基站基帶資源共享，并對不同小區之間的基帶資源進(jìn)行集中調度和控制，這就是超級基帶群解決方案。

超級基帶群解決方案進(jìn)一步改變了基站建設的形態(tài)，使基帶處理能力集中、充分共享及實(shí)現虛擬化[4]?；鶐С氐奶幚碓O備可以動(dòng)態(tài)調度來(lái)處理不同RRU的基帶信號，適應移動(dòng)通信系統的潮汐效應，使基帶資源得到最優(yōu)利用。遠端無(wú)線(xiàn)射頻單元的部署可以更加接近終端用戶(hù)，在不影響網(wǎng)絡(luò )整體覆蓋的前提下降低網(wǎng)絡(luò )側和用戶(hù)側的發(fā)射功率，降低無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )功耗。采用超級基帶群方案，通過(guò)集中調度和控制，能極大地減少基站機房數量，并最大程度地實(shí)現機房、電源、傳輸等配套資源共享，減少能源消耗?；诔壔鶐旱臒o(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )如圖1所示。