通信基站自主创新智能节电系统

    通过采用一种基于多层覆盖控制和使用小区信号共用切换装置的移动通信基站节电系统，达到很好的节能效果。与其他基站节能方法比较，具有不受通信制式，基站设备厂家不同等方面因素影响。

    目前广泛采用的基站节电技术主要分为两类，分别是针对空调和环境的节电技术，以及由各大通信设备厂商主推的载频级别功放的节电。这两类技术虽然都能够取得一定的节能效果，但是都无法解决基站设备BCCH载频始终满功率发射的功率浪费问题，也没办法充分利用通信网络话务量在一天24小时内周期性波动的特性。

    通过对基站主设备的功耗进行了调查研究，经分析研究发现目前基站主设备的能耗结构如图1所示。

图1 设备能耗分布

    每个小区的BCCH功耗在忙闲时都固定在400W左右。

    随着移动用户数迅猛增长，主要的运营商都采取建设双层网或多层网的方式来解决话务忙时的网络拥塞问题，其中任意一层网络都能够保证覆盖和网络闲时的容量，因此网络闲时存在很大的资源浪费。

    通信网络的话务量在一天24小时内具有明显的波峰和波谷，通常在晚上23点以后、早上7点以前，整个网络话务量极低，只要开启很少的信道就能够满足用户的需求。

系统结构和方案剖析

    项目包括两部分，分别是硬件方案的设计和软件的设计开发。

图2 设备结构图

1、系统结构

    基站节能系统由两部分组成：

    1)、基站节能系统服务器：控制基站功率的开启和关闭，控制基站节能设备的切换，基站节能设备的切换目前只能通过短信方式发送控制命令实现，预留以太网通信方式；

    2)、基站节能设备：节能设备置于移动基站机房内，实时接收基站节能系统发送的切换命令，并通过短信报告自己的工作状态。

2、软件功能

    软件部分由三个主要的模块构成，分别是：应用数据库、通信服务模块和应用服务模块。通信服务模块支持CMPP，GSMmodem短信，E1通信方式，实现对基站节能设备的控制；应用服务模块主要完成客户端操作请求、定时切换功能、定时恢复功能模块。

图3 软件功能图

3、硬件原理

    S11，S12，S13为一个基站的三个小区射频输出，在其中一个区的机架顶馈线端口安装三功分器，以及单点双触开关(图中，开关1和2)，在忙时通过开关1和开关2直接输出功率至天线，这时系统的天馈与普通的小区一样，每个小区的天线对应每个小区的馈线输出；在网络闲时，将开关导通至三功分器并分配到3个扇区，同时开关2、3、4自动导通到三功分器的输出、旁路正常的输出，再通过软件将基站的其他两个扇区的功率降低或关闭，到忙时再将旁路开关和信号选择开关切回，恢复原天线配置及小区功率。系统对于旁路开关的控制有两种方式，包括定时切换和远程控制切换。

图4 硬件原理图

    定时切换是指基站节能设备根据预先设置好的该站忙闲时，启动旁路开关和信号选择开关。远程控制切换是指由服务器软件先对小区功率进行关闭或开启，再通过短信等手段远程控制系统中的开关。

关键技术

1、基站天馈系统的自动切换装置

    为了实现单个小区对原来整个基站的覆盖，我们发明一种用于基站天馈线端的信号切换装置，这种切换装置与具体的通信制式无关，能够适用于GSM网络、CDMA网络以及即将建设的3G网络。为了满足多种场景的应用，我们设计了全向和定向两种切换方式，适合不同的场景需求。

2、利用多层网络重叠覆盖特性进行节电的方法

    该系统利用通信网络话务量的潮汐特点，以及目前移动通信网络在高话务区采用多层网络覆盖的特点，开发软件实现在网络闲时关闭多层覆盖基站中的容量层(如1800M)，达到高效节能的目的。对于没有安装切换装置的基站，也可以使用该软件的专利算法进行节电。

3、高可靠性的系统切换流程

    为了使切换控制精确执行，该系统具有节电设备和控制服务器时间同步的算法；为使基站节电装置在出现意外的时候不影响基站的正常服务，在节电装置中加入了功率传感器，并设计了多重判断方法，提供设备告警的短信通知，在不能恢复的极端情况下，系统会通过短信通知管理员对故障进行处理，符合电信级使用。

4、软件自动确定符合启用条件的基站

    软件系统根据历史话务模型自动计算出单个小区能够承载整个基站全部话务的时段，并在这些时段控制远端的基站节能设备进行启动和关闭。

5、确保基站现有覆盖不受到影响

    硬件装置串联在功分器之后，利用电子开关旁路对插损进行控制，最大插损仅0.15db，确保基站覆盖和通信质量。

应用前景和效益评估

1、直接经济效益

    每个小区的BCCH功耗在忙闲时都固定在400W左右，闲时TCH功耗在300W左右，本成果应用后能使TCH占用相对集中，降低大部分tch功耗(平均200W左右)。对900、1800共站址的基站，闲时只需保留1个900M小区，能够节约5个BCCH和TCH的功耗，按每天启用8小时计算，一天能节约5×(0.4+0.2)×8=24度电，每年能节约24×365=8760度电；对只有900的基站，每天能够节约2×(0.4+0.2)×8=9.6度电，每年能够节约9.6×365=3504度电。

    根据市区各种基站的配置比例，计算得出每个基站每天平均节电18度、每年平均节电6570度，目前基站平均电价为每度1.1元，按目前应用规模300个基站计算，每年可节约电费2168100元。

某市区基站配置比例及节能效益预算

2、其它效益

    本系统能够显著的降低基站能耗，符合国家节能减排的大政方针，对中国移动通信集团推行的绿色行动计划贡献明显，按湖南移动公司计划应用规模3000个基站计算，每年能够节约用电2000万度，相当于每年能节约标准煤8千吨，降低二氧化碳排放量2.1万吨。

    本系统启用后，能够有效延长停电期间基站蓄电池的供电时间，大幅度降低基站退服率，提高客户满意度；同时本系统能够自动对每根馈线的功率进行测量，可节约大量的人工维护成本。（本方案为湖南移动长沙分公司移动通信基站节电系统）■