通信基站自主创新智能节电系统在湖南移动的应用

通信基站自主创新智能节电系统通信基站自主创新智能节电系统 2009 4 28 11 46 26 电源在线网 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 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 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 关键技术关键技术 1 基站天馈系统的自动切换装置 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 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 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 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应用前景和效益评估 1 直接经济效益 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 30 0W 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 200 W 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 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