綠色基站解決方案與實現技術

摘要:基站功耗是無線通信系統功耗的主體。基站綠色節能解決方案是無線網絡綠色節能的首要目標。基于綠色基站解決方案涉及基站架構、基站形態、綠色基站節能技術及綠色站點應用等多個方面，文章提出綠色基站解決方案，探求基站節能降耗的有效途徑。

關鍵字:軟件定義無線電；基帶處理單元；射頻拉遠單元；高效率功放；綠色供電

英文摘要:This paper examines green network technologies using cooperative coverage. Base station power consumption is the biggest power issue concerning wireless networks. Saving power in base stations is therefore the primary focus in green wireless network development. This paper considers green base station architecture and form, power saving technology, and green site applications, and explores effective ways of limiting power use in base stations.

英文關鍵字:software defined radio; baseband unit; remote radio unit; high efficiency power amplifier; green power

基金項目：國家自然科學基金(60902041、61072076、61002017)

在綠色環保成為全球關注的熱點的今天，無線通信系統的綠色節能技術成為電信運營商和設備制造商面對的核心課題。基站設備作為網絡的重要網元，是運營商投資建設的關鍵，也是移動網絡節能降耗的主要關注點。

作為無線通信網絡的載體，基站一方面需要保持高質量的覆蓋能力，另外一方面需要保證足夠的升級演進潛力。隨著用戶數和業務量的增加，移動網絡的能耗隨基站數量線性增長，消耗了大量能源。簡單地減少基站數量，會導致網絡質量變差。如何在保證用戶業務體驗以及基站覆蓋和演進能力的前提下，實現移動網絡的節能降耗是綠色基站解決方案的關鍵。

本文將從基站的架構與形態創新、節能關鍵技術以及綠色站點應用等方面對綠色基站解決方案進行探討，尋求基站節能降耗的有效途徑。

1 無線多制式融合基站系統

無線移動網絡是一個多代共存、多頻共存的復雜網絡。不僅有以全球移動通信系統(GSM)為代表的2G網絡，而且有以通用移動通信系統(UMTS)為代表的3G網絡，而長期演進(LTE)技術也已經開始逐步商用。每一代技術都有其自身的一整套通信設備，包括從基站到核心網等一系列的網元。每一代新技術的引入都疊加了一套新的設備，這是傳統上普遍采用多網共存建網方式造成的。顯然，對于這種建網方式，隨著多代技術的不斷采用，網絡系統設備及配套設備規模將不斷增加，從而導致網絡能耗相應大幅增長。想實現在多網共存并保證業務質量的情況下降低網絡能耗，就需要從根本上改變多頻段多代技術共存網絡的建設方式。

軟件無線電(SDR)軟基站是基于SDR技術設計和開發的基站[1-2]。軟基站與傳統基站最大的不同之處在于其射頻單元(RU)具備軟件可編程和重定義的能力，進而實現了智能化的頻譜分配和對多標準的支持。

SDR軟基站解決方案使得運營商可以將多種頻段下的多種制式網絡融合成為一張網絡，簡化了網絡整體結構，極大地減少系統網元與配套設施，從而能大幅降低站點能耗。

以亞太地區某領先運營商的2G/3G替換項目為例。該運營商原有網絡的單個典型站點，使用了3個傳統機柜來組成GSM900+GSM1800+UMTS2100網絡，功耗為4 280 W。采用SDR基站進行單站容量替換(同時增加了UMTS900的覆蓋)后，單站典型功耗降低了57%。這里僅僅比較了單站功耗，未計算由于機房空間節省而降低的空調能耗。由此可見，SDR基站在節能降耗上效果明顯。

2 分布式基站與超級基帶群

SDR軟基站模塊化設計理念，使得基站形態得以不斷革新。基帶處理單元+射頻拉遠單元(BBU+RRU)分布式基站使得網絡部署更加靈活。超級基帶群解決方案使得網絡基帶處理資源重用和共享，進一步提升網絡資源利用效率。

2.1 分布式基站

SDR軟基站系統不僅保留了傳統的機架式室內外宏基站形態，更創新地推出了BBU+RRU分布式基站。分布式基站將SDR基站的基帶單元和射頻單元獨立開來，彼此之間用光纖相連[2-3]。

射頻單元可以直接安裝在樓頂或鐵塔上面，通過幾米的跳線和天線直接相連，減少了傳統長達幾十米的饋線投資和損耗，降低了功放輸出功率要求，節省了設備能耗。另外，隨著功耗的減小，射頻單元可以采用自然散熱技術，不需要空調甚至風扇配置，大幅降低了配套功耗，也降低了設備噪聲。

基帶處理單元可以靈活地插入原有傳統電源或傳輸機架中，或者直接安裝在墻上與支架上，從而將空間占用減少到最低程度，可減少征地、機房建設以及空調配套等費用。

2.2 超級基帶群解決方案

利用分布式基站將基帶處理能力和射頻單元分離的特征，可以將多個基帶單元集中放置，并通過光纖拉遠方式接入安裝在覆蓋區的RRU。集中放置的基帶單元形成基帶群，可實現基站基帶資源共享，并對不同小區之間的基帶資源進行集中調度和控制，這就是超級基帶群解決方案。

超級基帶群解決方案進一步改變了基站建設的形態，使基帶處理能力集中、充分共享及實現虛擬化[4]。基帶池的處理設備可以動態調度來處理不同RRU的基帶信號，適應移動通信系統的潮汐效應，使基帶資源得到最優利用。遠端無線射頻單元的部署可以更加接近終端用戶，在不影響網絡整體覆蓋的前提下降低網絡側和用戶側的發射功率，降低無線接入網絡功耗。采用超級基帶群方案，通過集中調度和控制，能極大地減少基站機房數量，并最大程度地實現機房、電源、傳輸等配套資源共享，減少能源消耗。基于超級基帶群的無線接入網絡如圖1所示。