在綠色環(huán)保成為關(guān)注的熱點的今天，無線通信系統(tǒng)的綠色節(jié)能技術(shù)成為電信運營商和設(shè)備制造商面對的課題?；驹O(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的重要網(wǎng)元，是運營商投資建設(shè)的關(guān)鍵，也是移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗的主要關(guān)注點。

　　推出了太陽能GSM基站的印度企業(yè)VNL近一段時間以來都是輿論的焦點：巴塞羅那移動通信世界大會（WMC2010）上，GSM協(xié)會將"綠色產(chǎn)品及項目獎"頒給了它；去年12月，美國《時代》周刊將其創(chuàng)始人兼董事長評選為"年度技術(shù)先鋒"……

　　VNL 的成功在于它推出了低成本、低功耗、易裝卸的"微電信"基站?；臼且苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中的耗能大戶，新能源在基站中的使用方便了移動通信到達偏遠地區(qū)。但同時，隨著移動寬帶在城市地區(qū)的率先發(fā)展，基站數(shù)量的大量增加和服務(wù)器的大量使用將持續(xù)提高通信設(shè)備的用能，城市通信設(shè)備如何提高用能效率也是一個必須重視課題。一個是針對少量用戶的偏遠地區(qū)，一個是針對海量用戶的城市網(wǎng)絡(luò)，綠色基站的"兩極化"發(fā)展道路上，時刻用節(jié)能思維而不是速度至上的思維才是重要的。

　　作為無線通信網(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潛力。隨著用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量的增加，消耗了大量能源。簡單地減少基站數(shù)量，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變差。如何在保證用戶業(yè)務(wù)體驗以及基站覆蓋和演進能力的前提下，實現(xiàn)移動網(wǎng)絡(luò)的節(jié)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(gòu)與形態(tài)創(chuàng)新、節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)以及綠色站點應(yīng)用等方面對綠色基站解決方案進行探討，尋求基站節(jié)能降耗的有效途徑。

　　1 無線多制式融合基站系統(tǒng)

　　無線移動網(wǎng)絡(luò)是移動計算（Mobile Computing）的基石。在無線移動網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的物理位置的不斷變化--即節(jié)點的移動性，給整個網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性、資源重用、QoS、路由、接口、擁塞控制、通道分配等諸多方面帶來了挑戰(zhàn)。

　　無線移動網(wǎng)絡(luò)是一個多代共存、多頻共存的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。不僅有以移動通信系統(tǒng)（GSM）為代表的2G網(wǎng)絡(luò)，而且有以通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）為代表的3G網(wǎng)絡(luò)，而長期演進（LTE） 技術(shù)也已經(jīng)開始逐步商用。每一代技術(shù)都有其自身的一整套通信設(shè)備，包括從基站到網(wǎng)等一系列的網(wǎng)元。顯然，對于這種建網(wǎng)方式，隨著多代技術(shù)的不斷采用，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備及配套設(shè)備規(guī)模將不斷增加，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能耗相應(yīng)大幅增長。想實現(xiàn)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(shè)方式。

　　軟件無線電（SDR）軟基站是基于SDR技術(shù)設(shè)計和開發(fā)的基站[1-2].軟基站與傳統(tǒng)基站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，進而實現(xiàn)了智能化的頻譜分配和對多標(biāo)準(zhǔn)的支持。

　　SDR軟基站解決方案使得運營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)，簡化了網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)，極大地減少系統(tǒng)網(wǎng)元與配套設(shè)施，從而能大幅降低站點能耗。

　　以亞太地區(qū)某運營商的2G/3G替換項目為例。該運營商原有網(wǎng)絡(luò)的單個典型站點，使用了3個傳統(tǒng)機柜來組成GSM900+GSM1800+UMTS2100 網(wǎng)絡(luò)，功耗為4 280 W.采用SDR基站進行單站容量替換后，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(jié)省而降低的空調(diào)能耗。由此可見，SDR基站在節(jié)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(shè)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。

　　2.1 分布式基站

　　SDR軟基站系統(tǒng)不僅保留了傳統(tǒng)的機架式室內(nèi)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來，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，通過幾米的跳線和天線直接相連，減少了傳統(tǒng)長達幾十米的饋線投資和損耗，降低了功放輸出功率要求，節(jié)省了設(shè)備能耗。另外，隨著功耗的減小，射頻單元可以采用自然散熱技術(shù)，不需要空調(diào)甚至風(fēng)扇配置，大幅降低了配套功耗，也降低了設(shè)備噪聲。

　　基帶處理單元可以靈活地插入原有傳統(tǒng)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程度，可減少征地、機房建設(shè)以及空調(diào)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，可以將多個基帶單元集中放置，并通過光纖拉遠方式接入安裝在覆蓋區(qū)的RRU.集中放置的基帶單元形成基帶群，并對不同小區(qū)之間的基帶資源進行集中調(diào)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一步改變了基站建設(shè)的形態(tài)，使基帶處理能力集中、充分共享及實現(xiàn)虛擬化[4].基帶池的處理設(shè)備可以動態(tài)調(diào)度來處理不同RRU的基帶信號，適應(yīng)移動通信系統(tǒng)的潮汐效應(yīng)，使基帶資源得到利用。采用超級基帶群方案，通過集中調(diào)度和控制，能極大地減少基站機房數(shù)量，并地實現(xiàn)機房、電源、傳輸?shù)扰涮踪Y源共享，減少能源消耗。基于超級基帶群的無線接入網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

　　3 綠色基站節(jié)能技術(shù)

　　SDR基站架構(gòu)與基站形態(tài)的革新使得移動網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)更加高效，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量配置更加合理，可能地共享基礎(chǔ)設(shè)施和配套設(shè)備，極大地節(jié)約了資源。在此基礎(chǔ)上，通過采用高效率功放技術(shù)和智能節(jié)電技術(shù)可以進一步降低基站的整機功耗[5-9].

　　3.1 高效率功放技術(shù)

　　利用太陽能作為基站供電的方案早已有之，據(jù)悉，2000年愛立信就建成了個太陽能供電的基站。VNL之所以在近年躥紅，一方面是對節(jié)能減排的需求增加，許多運營商將減少碳排量納入了企業(yè)社會責(zé)任范疇；一方面則是移動通信在發(fā)展中國家迅速增長，發(fā)展中國家往往電力供應(yīng)有限，因此這類產(chǎn)品受到關(guān)注。更重要的是每個微電信基站日均耗電不足100瓦，硬件成本和運營、維修成本都很少。這樣，即便用戶月均收入不足2美元，電信運營商也可盈利，而傳統(tǒng)基站要收回成本，用戶月均收益不得低于6美元。

　　在基站整體功耗中，射頻部分的功耗占據(jù)了部分，而功放又是射頻中功耗的部分，約占射頻部分總體功耗的80%.此外，基站耗電量的降低可以減少設(shè)備發(fā)熱量，相應(yīng)空調(diào)的耗電量也會相應(yīng)減少。因此，提高功放效率是降低基站主設(shè)備功耗的有效手段。

　　高效率功放的設(shè)計主要從功放電路應(yīng)用、器件選型和工藝突破等幾方面來開展。功放芯片從橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）慢慢向氮化鎵、高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HVHBT）等新器件發(fā)展。整個功放的效率從不到10%提升到現(xiàn)在的45%,并朝50%以上努力。目前，DPD+Doherty功放技術(shù)是整個無線通信基站系統(tǒng)的主流應(yīng)用。

　　持續(xù)提升功放效率的需求驅(qū)動功放技術(shù)不斷發(fā)展。新的功放技術(shù)包括包絡(luò)跟蹤（ET）功放技術(shù)、數(shù)字開關(guān)功放技術(shù)等。

　　3.2 智能節(jié)電技術(shù)

　　由于無線用戶的移動特性，基站設(shè)備每天不同時間段的負(fù)荷具有較大差異。基站智能節(jié)電技術(shù)就是通過實時評估基站小區(qū)載波上的話務(wù)量水平，根據(jù)判決結(jié)果將空閑資源（如智能載波調(diào)整、載頻智能下電等）轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；或者根據(jù)負(fù)載情況，智能配置功放電源（如智能功放控制、動態(tài)調(diào)壓等）達到節(jié)能目的。下面重點對動態(tài)調(diào)壓技術(shù)和智能載波調(diào)整技術(shù)進行分析。

　　（1）動態(tài)調(diào)壓技術(shù)

　　動態(tài)調(diào)壓也稱為動態(tài)功率匹配（D-PT）技術(shù)。動態(tài)調(diào)壓技術(shù)主要通過跟蹤負(fù)載的變化，采用分級可變電壓，對功放供電電源進行智能控制，實現(xiàn)"呼吸式"功率管理。動態(tài)調(diào)壓技術(shù)原理如圖2所示。動態(tài)調(diào)壓技術(shù)可以保證在不同的功率負(fù)荷下，功放均以的效率工作，實現(xiàn)不同功率配置下的節(jié)能降耗。智能高效率電源可滿足在不同的負(fù)載下，電源的高效率轉(zhuǎn)換，負(fù)載時電源效率高達92%.在典型功耗下，動態(tài)調(diào)壓技術(shù)可以使整機功耗降低12%.

　?。?）智能載波調(diào)整技術(shù)

　　基站在工作過程中的負(fù)荷是動態(tài)變化的，特別在一天當(dāng)中，忙時和閑時的業(yè)務(wù)量相差非常大。在空閑時，各載波的業(yè)務(wù)量會很小，某些載波的功率大部分用于控制信道而非業(yè)務(wù)信道，功率利用率很低。

　　智能載波調(diào)整技術(shù)能夠根據(jù)基站業(yè)務(wù)量的變化動態(tài)調(diào)整基站輸出的載波數(shù)，適時關(guān)閉非工作載波，減小非工作載波的控制信道的功率開銷。

　　4 綠色基站的應(yīng)用

　　在移動站點整體的功耗構(gòu)成中，除了系統(tǒng)設(shè)備占據(jù)較大功耗比例外，空調(diào)等溫控系統(tǒng)自身的運轉(zhuǎn)也消耗了較大比例的電力資源。如何有效節(jié)約基站溫控系統(tǒng)的能耗，成為綠色基站應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的部分；另外，隨著太陽能、風(fēng)能等綠色能源技術(shù)自身發(fā)展的突破，在通信領(lǐng)域采用這些清潔能源為基站供電，也得到廣泛應(yīng)用，以適應(yīng)整個社會節(jié)能減排的發(fā)展要求。

　　4.1 機房智能溫控系統(tǒng)

　　無線設(shè)備的風(fēng)扇及機房的空調(diào)在為系統(tǒng)設(shè)備提供適宜的工作環(huán)境的同時，也在消耗大量的能量和資源。降低設(shè)備風(fēng)扇和機房空調(diào)的能耗，也是節(jié)能降耗的有效途徑。

　　機房溫度自動控制系統(tǒng)（ACS）通過室內(nèi)和室外溫度傳感器測量室內(nèi)和室外環(huán)境溫度，根據(jù)室內(nèi)外溫度差異，利用自然風(fēng)進行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)。只有在室內(nèi)外溫差較小且室內(nèi)溫度高到一定程度時，控制系統(tǒng)才打開空調(diào)進行降溫。智能溫控系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

　　自動控制系統(tǒng)可單獨使用，也可以和空調(diào)結(jié)合使用，充分利用自然條件實現(xiàn)機房節(jié)電和全天候的基站環(huán)境調(diào)節(jié)。智能溫控系統(tǒng)可大大減少機房空調(diào)的運行時間，全年80%左右的時間可采用風(fēng)扇強制通風(fēng)替代空調(diào)。與傳統(tǒng)機房相比，節(jié)能可達70%.

　　4.2 綠色能源供電方案

　　基站本身功耗的大幅降低，使得采用太陽能、風(fēng)能等清潔能源方案替代傳統(tǒng)供電方式成為可能。隨著技術(shù)的發(fā)展，太陽能電源及風(fēng)、光互補基站供電方案已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用。

　　太陽能和風(fēng)能電源完全采用自然能源，符合節(jié)能減排的大趨勢，具有清潔、低耗、不會枯竭、運營成本低、性投入長期受益等優(yōu)點，但有受制于氣候條件的缺點。為了使太陽能和風(fēng)能電源正常工作，每天的日照平均值至少達到4 kWh/m2,風(fēng)速能夠達到使渦輪正常工作的條件（即3.5 m/s）。

　　目前，比較可靠的清潔能源方案是風(fēng)、光互補混合供電。根據(jù)站點環(huán)境，可靈活組合風(fēng)能和太陽能設(shè)備，風(fēng)能與太陽能的利用比例可以從2:8到5:5不等，但采用風(fēng)能供電的比例不能超過50%.

　　5 結(jié)束語

　　綠色基站解決方案涉及基站架構(gòu)、基站形態(tài)、綠色基站節(jié)能技術(shù)及綠色站點應(yīng)用等多個方面?；赟DR的系統(tǒng)架構(gòu)和分布式產(chǎn)品形態(tài)改變了傳統(tǒng)的多頻段多技術(shù)制式網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能耗，并促進了新型能源的應(yīng)用。功放技術(shù)進步及智能節(jié)電技術(shù)的運用進一步提升了資源利用率，減少了排放。無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗，需要多種節(jié)能手段和技術(shù)的綜合應(yīng)用，但基站自身的技術(shù)進步與創(chuàng)新是綠色基站解決方案的根本。

　　而 "綠色溝通"聯(lián)盟提出的千倍提升能效的目標(biāo)則更將對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行革命性的變革。上海貝爾劉永春博士向記者解釋說，將現(xiàn)在所有節(jié)能技術(shù)加在一起，的結(jié)局也不過是碳排放量不再增加，因為網(wǎng)絡(luò)連接在急劇增加，而已有技術(shù)本身的架構(gòu)已經(jīng)決定了其排放量。所以需要改變長期以來通信網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的思維，從帶寬效率為中心轉(zhuǎn)向以能效為中心。據(jù)悉，這并不是沒有可能，根據(jù)貝爾實驗室對光纖、無線、電子、處理能力、路由和架構(gòu)等ICT網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的基本屬性的分析，以及對其物理極限值的測算，當(dāng)前的ICT網(wǎng)絡(luò)具有將效率提升1萬倍的潛力。據(jù)悉，"綠色溝通"聯(lián)盟將在5年內(nèi)提供一個參考性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并展示實現(xiàn)這一改進的關(guān)鍵組件。