移动通信机房基站绿色节能减排方法探讨

余玉广，邹 洁，牟 强

（中国联合网络通信有限公司玉林分公司 玉林 537000）

1 前言

移动通信经过十多年的飞速发展，中国移动用户已超过7亿。随着3G的逐渐部署，智能手机的大规模出现，新型应用的层出不穷，给运营商带来了巨大压力。为满足用户日益增长的需求，基站数量迅速增加，据统计，目前全国移动基站数超过75万个，仅基站的能耗就超过了100亿千瓦时。基站数量增加，耗电也在不断增加。通过对能耗的分析发现，72%的能耗来自于基站以及配套设施，所有基站中空调耗电占46%。同时，由于业务随着人的流动而流动，业务流量分布极不均衡，使得多数基站处于闲置状态。基站节能成为当前运营商节能减排的重中之重。

近几年，各大运营商针对基站节能减排采取了很多措施、技术，每项技术各有特点和使用范围，在不同地区、不同场合都有一定的节能效果。节能减排除了在产品层面不断挖潜，系统层面的综合能效也是重要环节。并不赞同仅仅通过基于网元或站点的简单数学运算评估功耗优化带来的绿色效应，而是进一步采取高效的网络规划和优化方案降低系统能耗。

从2/3G共站建设、BBU+RRU分布式基站建设、提升基站覆盖效率、新节能技术应用、新设备应用等5个方面，探讨移动通信机房基站节能减排方法。通过网络设计和优化，可以带来容量和发射功率上的改善，精巧的话务负荷分担，可以在不引入新设备的情况下，充分挖掘每个基站的潜力，有效降低宏站平均发射功率和基站数。通过提升网络覆盖效率，基站功率不再消耗在长距离的路径和穿透损耗上，从而带来了更高效的“单位功耗”覆盖和话务吸收能力，同时大幅提高无线覆盖质量，提升网络KPI。与此相对应的，网络质量的改善将带来更低的用户终端发射功率消耗，减少用于抗干扰的功率消耗。网络质量改善带来的良性循环，最终得以发展到全网全民低辐射、低功耗的绿色环保效应。

2 节能减排实现方案

2.1 2/3G共站建设

移动通信网络建设是一项浩大的工程，随着居民健康意识的增强，各运营商面临站点租赁困难、租赁费用提高等问题，如何充分利用GSM网络资源是实现优质、快速、低成本建设WCDMA的关键。2/3G共站建设包括利用现有GSM机房及配套设备、现有GSM室内分布系统等。2/3G共站建设充分利用现有机房和配套设施，对机房空间充足的站点，采用共站方式建设，无需新建机房，只需对现有机房进行适当调整和配套设施的改造扩容，即可满足WCDMA建设需求，大大加快了建设速度，也节省了新建机房、铁塔等设施的钢材、水泥等消耗，减少了碳排放量。玉林联通某期工程的建站平均成本与2/3G共站建设成本对比见表1。

采用2/3G共站建设节省了站点租赁、电源配套传输安装时间，实现快速，相比单站，建设成本可以减少19.5万元，按2010年某联通建设站点160个计算，可以节省成本3 120万元。

同时，采用2/3G共站建设，使用现有机房，不需重新租赁站址，每年可以节省租赁运维成本160×0.6=96万元。

2.2 BBU+RRU分布式基站建设

分布式基站采用开放式架构设计，基站由BBU和RRU组成。BBU实现控制管理、基带处理、IUB接口等功能，RRU则集成功放、收发信机、双工器等射频功能，二者之间通过光纤连接。BBU+RRU组网方式因其较低的工程要求和灵活的安装方式达到较好的覆盖效果，成为运营商新基站建设的首选。分布式基站以灵活的安装方式和容量特性、良好的覆盖特性适用于各种应用场景，如室内覆盖、农村覆盖、主要干道覆盖、CBD/密集城区等。

BBU+RRU分布式基站建设具有零占用机房面积、轻便灵活安装、安装施工时间短等优点，从海外商用网络和国内试验网的建设经验看，传统宏基站从设备进场到安装调测完毕大约需要消耗3人×3天的工时，BBU+RRU安装调测全部完成大约需要2人×2天的工时，与宏基站相比，可以节约55%的施工时间。因此BBU+RRU分布式基站建设可以降低机房建设投资和建材消耗一击对人力、运输器具的需求，提高网络建设速度，实现节能减排、绿色建网。

在市区、县城区域，采用分布式基站建设和传统的宏站建设的成本支出（不考虑主设备价格）对比见表2，运维成本对比见表3。

表1 3G单站建设成本与共站建设成本比较

表2 传统宏基站与分布式基站CAPEX比较

表3 传统宏基站与分布式基站OPEX比较

采用分布式基站可节省约28.68%的CAPEX，包括空调电费、基站电费和站点租金等在内的OPEX则可节省约65%，达到降本增效的目的。

2.3 提高基站设备覆盖效率

网络规划实现节能有2种方法，一是提高基站设备覆盖效率，二是扩大基站设备覆盖半径。两者并用，可节约整体基站能耗25%以上。玉林联通网优中心开展GSM网络乡镇优化项目，主要根据乡镇GSM网络覆盖特性，通过多元化的优化技术手段改善地理环境复杂、植被茂密、资源投资有限的乡镇区域网络覆盖及质量，探索出提高乡镇GSM网络覆盖效率的综合应用方案。

提升乡镇GSM网络覆盖效率的主要内容为通过GSM网络优化技术解决乡镇区域的网络弱覆盖或无覆盖问题，进一步提升网络服务支撑水平，为广大乡镇手机用户提供高品质的无线网络覆盖和质量保障，让用户在山间田野或植被环绕的房屋建筑中都能享有高质量的通信业务。项目开展中主要以乡镇区域DT测试、CQT测试、话务统计、MR统计、用户投诉、市场一线业务发展需求等数据信息作为评估该乡镇区域网络的重要依据，通过实地无线环境勘察，针对不同的无线环境，立足低成本资源投入的工作思路，探索最佳的优化技术方案，转变了广西联通多年来乡镇GSM网络覆盖优化模式单一的局面。针对不同的无线环境场景实施最有效的优化技术方案，提高优化工作效率，主要应用的技术手段如下。

· 参数优化：功控类、接入类、切换类。

· 天馈调整：挂高、方位角、下倾角。

· 功率改造：高增益天线、高功率载频、合路器低损耗。

· 资本性优化：基塔放大器、直放站、新增四扇区、小区

分裂、90 W高功率广覆盖、发射分集四分集接收。通过以上技术手段实现了提升乡镇GSM网络基站覆盖效率的目标，经过评估，使用传统的增加宏基站BTS的方法，解决DT/CQT/MR中发现的38个网络问题点需12个宏基站，而网络优化通过天馈调整、资本性优化手段（直放站、高增益天线、站点搬迁、天线升高、基塔放、基站+直放站）可以达到同样的覆盖效果，但成本支出大大减少。优化手段与传统新增宏站建设效果的成本对比见表4。

表4 优化手段与宏基站建设解决乡镇覆盖问题CAPEX对比

通过实施GSM乡镇优化提升基站覆盖效率，解决乡镇网络问题，相比传统的宏站BTS建设，成本支出节省300.67万元，运维成本每年支出节省21万元。

提升乡镇GSM网络覆盖效率主要基于乡镇基站投资有限、用户分布稀疏，但市场业务发展及用户感知急需网络广覆盖、高质量的服务支撑。项目开展过程中使用低成本优化方案，尽量摒弃靠新增宏站解决乡镇网络覆盖及质量问题的传统思维模式，充分响应“降本增效，节能减排，提高资源利用率”的号召。

2.4 新节能技术

2.4.1 时隙智能关断技术

载频动态节电 （DPS）技术，又称为时隙动态关断技术，PA关断，其通过系统在检测TRX下行方向上持续若干个时隙没有话务占用，则将功放模块的BIAS关闭，从而达到节省能耗的目的。理论上来说，在同样话务的前提下，载频数配置越多，基于时隙的PA关断技术节电效果越好，但站点功耗与业务量、功率等级、设备状况等因素均有关，所以实际情况（多维度变量）决定了节电效果存在差异。由于基于快速的系统反应时间，在有突发话务时对网络性能不会产生任何负面的影响，DPS可以实现在低话务的情况下将基站功耗降到最低，特别适合目前话务量各时段差异较大的情况。

某联通选取了不同站型进行效果对比，测试方法如图1所示。

S222和S333站型DPS功能激活前后，基站24 h分时功耗测试结果如图2、图3所示。

从图2、图3可以看出，DPS功能激活后，站点功耗明显下降，S222站型平均功耗下降78 W，S333站型平均功耗下降142 W，站型配置越高，闲时关闭载频的数量越多，功耗下降越明显。

根据玉林联通试点站点指标统计情况，在开启节电功能前后，各站点话务量、网络接通率、切换成功率、掉话率、拥塞率等各项KPI指标均未发现异常，说明测试期间开启节电功能未对网络质量造成影响，适合进行推广使用。

图1 基站能耗测试方法

图2 S222站型功耗与话务量分时DPS开启前后对比

图3 S333站型功耗与话务量分时DPS开启前后对比

2.4.2 AMR技术应用

自适应多速率编解码算法（AMR）是多种语音编解码算法的集合，使用AMR技术可以使手机终端在不同的网络环境下，选择不同语音编码速率，在信号载干比（C/I）很好的地方，可以使用很低的编码速率，如4.75 kbit/s，减少冗余字节的传送，由此带来的增益最多可达4 dB，相当于为基站节省50%的发射功率，在提高网络质量的同时，可以达到节能减排的效果。

2.4.3 移动网络IP化

移动IP化在核心网实现了IP综合承载，这显著地减少网络层次、降低网络处理复杂度、提升网络性能、减低网络成本，能比原来的网络实现更大的节能成效。目前，通信运营商积极推进移动网络向全IP化演进，以核心网MSC为例，相对于TDM设备，其节电比例达到50%～80%，节地比例为60%～80%，同时延长了设备生命周期，实现平滑演进。

2.5 新设备应用

2.5.1 替换机房G2 BSC

（1）MXBSC 与 G2 BSC 对比

玉林联通GSM使用贝尔设备，现有9套G2 BSC，G2 BSC主要存在以下问题。

·容量受限：单个G2 BSC理论连接载频容量为448 W，EDGE开启后等效载频数量减半，无法满足玉林联通EDGE业务开通需求。

· 满配置体积较大。目前玉林名山机房空间不够，后续如需新增BSC，需新建机房，成本以及时间不济。

· 耗电量较大：配套电源配置要求高，运营成本较大，新增BSC需新购置电源列头柜，费用较高。

·功能板卡类型较多：备件选择以及存放较难控制，导致返修的备品备件增加。

使用MX（高容量）BSC可以解决上述问题，MXBSC较G2 BSC具有以下优点。

· 采用面向未来的技术，模块集成度高，采用通用模块，使得扩容和运行维护更容易，并减少备品备件库存需求。

·核心模块热备份功能确保设备运行稳定可靠。

· 操作维护平台、界面、机制都与现有设备相同，无需额外投资。

·配置灵活，可扩展性更好，可以实现两个单独的BSC共机架，2个BSC只占用一个BSC的面积。

MXBSC物理性能与G2 BSC性能对比见表5。

玉林联通根据现网情况，提出MXBSC替换G2 BSC方案。

（2）MXBSC 替换 G2 BSC 方案

玉林联通现有9套CongFig6配置的G2 BSC，BSC容量为最大支持载频数448个，ABIS链路数72个。根据玉林联通的网络规模，使用MXBSC替换G2 BSC的优化方案。

玉林联通GSM网络拓扑如图4所示。

现网9个G2 BSC资源利用情况见表6。

玉林现有G2 BSC无法满足开通EDGE业务需要，在现网基础上开通EDGE还需增加一套BSC。根据同区域尽量使用同一个LAC，每个BSC只有LAC的BSC划分原则，提出优化方案：Yu_Lin1和 Yu_Lin9；Yu_Lin3和 Yu_Lin5；Yu_Lin2和 Yu_Lin4；Yu_Lin7和 Yu_Lin8；Yu_Lin6分别为同一个区域，使用5个MXBSC替换解决，替换后各BSC资源利用率见表7。

表5 MXBSC物理性能与G2 BSC性能对比

图4 玉林联通GSM网络拓扑

表6 现网9个G2 BSC资源利用情况

表7 替换后各BSC资源利用率

通过将G2 BSC替换为MXBSC，BSC资源占用率由84.10%降低到50.76%，容量提升33.34%；满足后续新建工程和数据业务EDGE全网开通的需要。机房占用面积由0.52×2.8×9=13.1 m2减少到 0.6×0.6×3=1.08 m2，机房占用面接只有原来的1/12，解决了玉林联通名山机房空间不足的问题；BSC每小时能耗由原来的4.5×9=40.5 kW·h降低为 2.1×5=10.5 kW·h，每年可以节省能耗（40.5-10.5）×24×365=26.28万千瓦时，运维成本减少15.77万元，达到了降本增效的良好效果。

2.5.2 双密度载频应用

双密度载频是指1个TwinTRX对应于2个单TRX模块，TwinTRX模块采用了最新芯片集成技术，使得集成度大大提高，降低了模块设备尺寸和功耗。TwinTRX可以分属于不同扇区，它支持大容量模式，采用TwinTRX，可以使原有基站容量大大提升，满足网络扩容需要，如紧凑型CBO基站可以实现1/1/1变成2/2/2的配置，MBI5原来支持12TRX，采用Twin TRX模块后，单机柜最大可以支持24TRX。使用双密度载频模块，可以增大基站容量，占地面积减少50%，功耗降低15%～30%，重量减少50%；同时TwinTRX双载频板支持与单载频混插，提高机柜利用率。

从提升基站覆盖效率看，把双密度载频作为单载频使用时，通过发射分集和4路接收分集功能，扩大基站的覆盖范围，使载频输出功率达到90 W，实现更大的覆盖半径，满足特殊区域的覆盖需求，提高基站覆盖半径，减少基站BTS的投放数量，实现节能减排。

3 结束语

移动运营商的节能减排是一个系统工程，涉及到无线、交换、传输、数据等各个专业，也涉及到计划、市场、财务、运维等各个职能部门。要达到节能减排的目的，需要在保证网络安全性的前提下，各个专业、各个部门全力合作，充分挖掘主设备和配套设备的节能技术方案，并从组织、管理和考核上加以保证。持续节能减排，推动绿色移动网络深入发展，实现2/3G网络价值最大化，是运营商持续性发展的重点工作。作为网络优化人员，需通过不断创新的技术和设备应用，实现节能减排的目标，让民众在蓝天下享受移动通信带来的美好生活，是作为一个具有社会责任感的企业的目标。

1 徐金炉,严海波,孙琳.移动通信基站节能减排解决方案.邮电设计技术,2008(4)

2 Alcatel 9130BSC/MFS Evolutiong介绍/B9