3G基站產品功耗測試方法探討

一.前言

隨著三張3G運營牌照的發放，3G網絡建設正在如火如荼的進行中，同時2G網絡的擴容優化也在根據市場需求有條不紊的進行著，隨著網絡的快速擴張，運營商對能耗需求不斷加大。中國移動和中國聯通的運維支出報告顯示：僅2007年中國移動電費支出就達76億元人民幣，中國聯通也高達45億元，電費支出幾乎占據了兩家移動運營商80%以上的運維費用。這個數字還在隨著中國移動和中國聯通3G網絡的快速發展而迅猛增長。根據中國移動內部提供的耗能分析圖表顯示，目前基站耗能占據73%，這其中基站主設備耗電占據51%，基站空調耗電占據46%，其他配套設備耗電3% 。移動基站產品作為耗能大戶，如何準確地對其進行功耗測試，對于運營商和設備商尋求降低能耗的方法實現節能減排目標有著十分重要的意義。

事實上，在全球節能減排的大趨勢下，通過對移動運營商生產需求分析，設備制造商們很早就意識到基站耗能指標對于運營商的重要性，在一些知名設備商內部，比如愛立信，都有非常完備的專門針對基站能耗的測試方法和設備。

基站的實時能耗受到多種因素的影響，基站所處的環境(溫度，濕度)，基站安裝位置和散熱方式，載頻的配置和業務量，基站供電電源等，都會對基站的實時能耗造成比較大的變化。總體來說，基站耗能測試方法可以分為兩大類，一類是實驗室測試，在實驗室搭建測試環境，模擬實際運行的配置和業務;第二類是規模組網條件下站點實地測試，完全真實的基站運行環境和業務加載。設備商在產品研發階段，以及運營商在建網初期對入網產品能耗進行評估多用第一種方法，比如目前中國移動已經組織各大TD-SCDMA基站產品廠商在中國移動通信研究院進行了兩輪實驗室功耗測試。第二類方法主要被用在成熟的商用網絡中，比如中國移動GSM設備能耗以及節能測試。可以預見在3G商用網絡運營成熟后，站點實地功耗測試方案將會被運營商廣泛采用。

二、3G移動基站功耗整體測試方案及配置

對于一體化基站和分布式基站基帶處理單元，常用實際的整機功率來衡量其指定工作狀態下的功耗，也就是在指定工作狀態下基站的輸入電壓乘以電流;對于分布式基站射頻單元，實際應用中用整機效率來衡量其在指定工作狀態下的功耗，即機頂總功率在整機功耗中所占百分比。無論是哪種類型的基站，能耗測試本質上是測量設備在指定工作狀態下其輸入的供電電壓和電流值。

2.1功耗測試原理圖

在實驗室進行測試時，RNC及CN可以由Simulator代替。輔助設備主要包括業務加載工具(撥打工具，信號源等)以及射頻通道開關，頻譜儀等

2.2測試工具：

萬用表(測量電壓)，嵌流表(測量基站電流)，Agilent34970(長時間記錄電流值)，功率計，信號源與頻譜儀(實驗室測試用)

2.3測試環境：

保證與實際基站運行環境的一致性，候測基站環境指標為：溫度范圍(22℃～26℃)，濕度(50%～70%)。

2.4測試配置：

測試時應根據基站每塊基帶板能夠支持的載波數及整個基站能夠支持的最大載波數，對基站進行不同的小區和載頻配置，例如，每塊基帶板最多支持6載波，一個基站最多可支持三塊基帶板也就是18載波，那么基站載頻一般配置為1x6,2x6和3x6，并在各種不同的載扇配置下面，對業務信道進行0%(空載)，50%，80%，100%(滿載)加載，記錄每種配置下基站的電壓電流值。對現網設備的功耗測試，也可以根據運營商實際的網絡運營情況指定典型的載扇配置和業務量加載。

三.測試方法優化分析：

根據前期運營商組織的幾輪功耗測試結果來看，愛立信的基站耗能呈現出了良好的梯度，即基站設備功耗均會隨著無線設備所帶負載值的增加而呈現出線性上升，功耗的梯度分布特性為運營商后期選用軟件節能方案提供了良好的技術參考。此外在基站高負荷運行時，射頻單元功放的非線性缺陷會被放大，因此在測試基站滿負荷運行功耗時，同時監測ACLR等射頻指標可以有效的考查射頻單元的性能。

對基站各模塊耗能分布進行分析發現，相當大一部分電能消耗在了基站內部散熱系統(風扇、空調)上，因此為了獲取準確的測試結果，被測基站所處的環境溫度和濕度，必須能夠代表絕大多數基站的運行環境，而且基站安裝方式應與實際安裝情況一致。這樣被測基站的散熱系統工作方式才具有典型的代表意義。實際上，基站的功耗測試與環境測試相結合的起來也是一種值得嘗試的方案。

為了使被測基站的能耗指標對運營商網絡運維和設備商產品設計具有指導意義，基站應該具備豐富軟硬件控制接口從而獲得各個軟硬件模塊的實際能耗值。這就要求在系統設計階段就要充分考慮產品各個模塊能耗指標及測試可行性。愛立信基站產品研發部門一向都很重視其產品的能耗指標，在系統設計階段就已經明確規定了各個模塊的能耗參數和相應的測試接口。

四.結束語

綜上所述，設備商在產品設計開發階段，應規范設備內部各模塊的能耗指標并以此作為設計方案和元器件選型的重要依據。由于運行環境對于基站內部散熱系統耗能影響較大，因此在功耗測試階段，各廠商被測基站所處的運行環境應該得到規范并做到一致性;在滿負荷功耗測試期間同時監測部分射頻性能指標，能夠有效的考查射頻單元器件的線性特性。功耗測試不僅要考查基站設備整體耗能指標，更應重視基站在不同業務配置下面能耗指標的梯度表現，這將成為后期運營商選取軟件節能方案的重要參考。

隨著新一代移動通信網絡建設和運營，3G移動基站產品能耗測試必將是一項長期的、有著重要實際意義的工作，它將貫穿于網絡設備選型、日常維護、技術改造等各環節。我們應綜合產品自身性能特點，工作環境、現網業務運營特性等因素，制定科學有效的測試方案。