綠色基站解決方案與實現(xiàn)技術(shù)

摘要:基站功耗是無線通信系統(tǒng)功耗的主體。基站綠色節(jié)能解決方案是無線網(wǎng)絡(luò)綠色節(jié)能的首要目標(biāo)?；?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/綠色基站">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，文章提出綠色基站解決方案，探求基站節(jié)能降耗的有效途徑。

關(guān)鍵字:軟件定義無線電；基帶處理單元；射頻拉遠(yuǎn)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)備制造商面對的核心課題?；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。

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(jìn)潛力。隨著用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量的增加，移動網(wǎng)絡(luò)的能耗隨基站數(shù)量線性增長，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(jìn)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(jìn)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)是一個多代共存、多頻共存的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。不僅有以全球移動通信系統(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(jìn)(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(shè)備，這是傳統(tǒng)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)某領(lǐng)先運營商的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(jìn)行單站容量替換(同時增加了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(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。基帶處理單元+射頻拉遠(yuǎn)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(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(dá)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最低程度，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(yuǎn)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，可實現(xiàn)基站基帶資源共享，并對不同小區(qū)之間的基帶資源進(jìn)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(jìn)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)，使基帶資源得到最優(yōu)利用。遠(yuǎn)端無線射頻單元的部署可以更加接近終端用戶，在不影響網(wǎng)絡(luò)整體覆蓋的前提下降低網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶側(cè)的發(fā)射功率，降低無線接入網(wǎng)絡(luò)功耗。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，并最大程度地實現(xiàn)機房、電源、傳輸?shù)扰涮踪Y源共享，減少能源消耗?；诔壔鶐旱臒o線接入網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。