3G典型無線設備耗電實測研究

1、前言

根據歷年的工程、維護經驗，設備廠家提供的設備耗電量往往與實際運行中實測耗電量相差較大，這一差別對規劃和維護工作造成了一定的負面影響，其主要反映在以下幾個方面：

a）增加了工程投資。由于耗電量基數的增加，配置的整流器數目會相應地增加。同時為滿足相同放電小時數所需配置的蓄電池總容量也隨著增大。反映在交流配電方面，在新建基站時，計算出的基站所需的交流功耗也需相應增加，這樣基站就需要交付更多的市電增容費，并且需要購置更大容量的交流設備（如交流變壓器及交流配電箱等）。以上這些均造成了投資資金的浪費。

b）增加了新建基站的選址難度。隨著整流器數目和蓄電池容量的增加，設備的總重量增加了，所需基站機房的樓板負荷也相應加大。現在移動基站更多地選在民用住宅，其樓板負荷較低，這給基站選址造成了更大的困難。

c）由于設備實際耗電量遠低于整流器的配置容量，整流器所承擔的負荷長期處于較低的水平上，整流器的使用壽命和能量的轉換效率也會隨著降低。這不僅造成了能源的浪費，也增加了維護費用（設備維修費及電費等）和維護的難度。

由上可知，有必要在3G建設正式展開之前完成對3G基站主要廠家設備實際耗電的測試分析工作，為機房電源建設提供準確參考。

2、3G移動基站無線設備耗電實測方案

測試地點為廣州、東莞等地，測試對象為Z公司、H公司、A公司等的3G基站無線設備。各廠家設備測試站點如表2.1所示：

表2.1測試站點分布表

注：“3×1”表示該3G基站設備的配置為“3個扇區，每扇區一個載頻”，以此類推。

2.1測試原則

a）對業務信道模擬負載進行測試，負載點設為0%（空載）、50%、80%、100%（滿載）。

b）測試過程選用同一套儀表；

c）保證測試環境一致性，要求各候測基站環境指標為：溫度范圍（22℃～26℃），濕度（50%～70%）。

2.2測試原理

a）無線設備功耗測試原理

本次測試項目主要是測定3G無線基站設備的直流功耗情況，故需要在3G基站設備的電源輸入端測試其電流I（A）、電壓值U（V），如圖2.1所示。3G無線基站設備功耗W=UI（W）。

圖2.1 3G基站設備功耗測試原理圖

b）無線設備負載的調整

在本地（Z、H公司）或者在RNC（A公司）上修改相關參數，使業務信道負載分別達到扣除導頻信道、公共信道消耗后余量的0%、50%、80、100%時，分別測試記錄3G基站設備的功耗。

2.3測試步驟

a）在RNC上修改相關參數，使業務信道負載分別達到扣除導頻信道、公共信道消耗后余量的0%、50%、80、100%；

b）確認對應的負載值無誤；

c）不同的負載值條件下進行測量，分別做好記錄。

3、3G移動基站無線設備耗電實測結果及分析

3.1測試結果

測試結果如表3.1所示：

表3.1 3G耗電測試結果表

3.2結果分析

通過本次對不同廠家3G基站設備的功耗測試結果的分析，可以得到以下幾個方面初步結論：

a）H公司設備功耗較小，Z公司次之，A公司設備稍高。但與同容量的2G設備功耗比較，均已有較大的降低；

b）與原設備廠家所提供的3G基站設備耗電數據相比較，實測功耗均有較大程度的降低，其中A公司、Z公司設備功耗降低均在45%左右；

c）Z公司、H公司基站設備的功耗，載頻為3*1與3*2時設備功耗無明顯的差別，功耗只是稍稍增加，增加的幅度大致在200W以內：其中H公司兩種情況的功耗相差在3%以內，Z公司設備的差別在10%以內；

d）A公司基站設備的功耗，載頻為3*1與3*2時，設備功耗有較大的差別，分別為1450W和2260W，差別在40%左右

e）不同廠家基站設備的功耗，其消耗的大多數功耗為空載負荷：所占比例在64%～83%的范圍之內；

f）不同廠家基站設備功耗均會隨著無線設備所帶負載值的增加而上升，但是上升的幅度不大：滿負荷所消耗的功率僅占機架總功率的17%～36%。

3.3測試結論

在3G基站電源工程設計中，建議各廠家無線設備的功耗值推薦如表3.2。

表3.2 3G工程設計基站設備功耗取值建議

注：上表中推薦的功耗取值，已在實測功耗平均值的基礎上乘以1.2的安全系數。

考慮到3G無線基站設備功耗，隨著負載值增加而升高的幅度不大，因此建議：在進行3G基站無線設備的電源配置時，可以考慮按無線機架的載頻數滿負荷值進行初始配置，在后續擴容過程中按實際負荷核實。

4、基站電源設備的配置

通過表3.2中的無線設備單位耗電量和移動基站的安裝規模，我們可以計算出整個基站的耗電量。根據中華人民共和國通信行業標準YD5040-1997《通信電源設備安裝設計規范》，參照原郵電部設計院頒布的“通信電源電信工程設計手冊”。具體的設備計算方法如下：

4.1蓄電池的配置

移動基站的蓄電池按三小時放電率配置，蓄電池的總容量應按以下公式計算：

式中：

Q——蓄電池容量（Ah）；

K——安全系數，取1.25；

I——負荷電流（A）；

T——放電小時數（h），取3；

η——放電容量系數，取0.75；

t——實際電池所在地最低環境溫度數值。所在地有采暖設備時，按15℃考慮，無采暖設備時，按5℃考慮；

α——電池溫度系數（1/℃），取0.008。

蓄電池的總容量按本期的直流耗電量計算，并應考慮近期擴容的要求。

4.2整流器的配置

移動基站絕大多數采用高頻開關型整流器，應按n+1冗余方式確定整流器的配置，其中n為主用數量，n≤10時，1只備用；n＞10時，每10只備用1只。主用整流器的總容量應按負荷電流和電池的均充電流（10小時率充電電流）之和確定。

主用整流器的總容量=負荷電流容量+蓄電池的均充電流容量

負荷電流的計算：按表3.2取值

蓄電池的均充電流為0.1C10（C10為蓄電池的容量）。

5、經濟效益預測

將本文得到的耗電量結果應用于實際設備配置、訂購，將會產生非常顯著的效益，下面以一個典型基站為例進行說明：

假如：新建1個Z公司3G獨立無線基站，基站規模為單載頻。

我們首先根據試驗得到的耗電量數據計算出需配置設備如下：

設備耗電量：35.5A/48V

蓄電池：212Ah（實際需配置300Ah）

需配置整流器容量：4x30A

再根據Z公司提供的耗電量數據計算出需配置設備如下：

設備耗電量：64.5A

蓄電池：390Ah（實際需配置400Ah）

需配置整流器容量：5x30A

按照當前市場一般價格：整流模塊（30A/-48V）為5000元/臺，蓄電池組（-48V）為50元/Ah，可計算出，按照本文耗電量結果可節省設備直接投資約10000元人民幣/站。假定某省3G網絡建設3G站點10000個，其中有1000個為3G獨立新建站址，僅新建站部分即可節約配套電源投資約1000萬元人民幣，效益相當可觀。

6、結束語

本文針對各典型廠家推出的3G移動基站無線設備耗電量進行了實測，通過對試驗數據進行分析，得到設備實際耗電量，為3G基站機房電源設備配置提供了更準確的參考，可以節約大量的設備投資。

由于3G網絡尚未展開大規模建設，3G無線設備目前僅在少量試驗站點安裝，故本次測試采集的數據有限，從統計學的角度來看，以上結果只是接近普遍值。為了得到更加準確的3G移動基站無線設備耗電參數，需進一步做以下工作：

a）在大規模3G建設前對最終選型的設備做耗電實測，測的數據作為電源建設方案的依據；

b）3G網絡投運后，根據情況可考慮對在網設備做實際運行條件下的耗電實測，測的數據可作為前期實測數據的補充和修正（由于可能會影響到網絡運行，故不適合做大規模實測）；

c）利用運營商維護部門的紀錄數據，經統計分析，得到實際耗電相對理論耗電的各種分布情況加以驗證，從而得出最終的準確耗電參數。

作者：李鑫成 嚴華