一. 前言
隨著三張3G運(yùn)營(yíng)牌照的發(fā)放，3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在如火如荼的進(jìn)行中，同時(shí)2G網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容優(yōu)化也在根據(jù)市場(chǎng)需求有條不紊的進(jìn)行著，隨著網(wǎng)絡(luò)的快速擴(kuò)張，運(yùn)營(yíng)商對(duì)能耗需求不斷加大。中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的運(yùn)維支出報(bào)告顯示：僅2007年中國(guó)移動(dòng)電費(fèi)支出就達(dá)76億元人民幣，中國(guó)聯(lián)通也高達(dá)45億元，電費(fèi)支出幾乎占據(jù)了兩家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商80%以上的運(yùn)維費(fèi)用。這個(gè)數(shù)字還在隨著中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展而迅猛增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)內(nèi)部提供的耗能分析圖表顯示，目前基站耗能占據(jù)73%，這其中基站主設(shè)備耗電占據(jù)51%，基站空調(diào)耗電占據(jù)46%，其他配套設(shè)備耗電3% 。移動(dòng)基站產(chǎn)品作為耗能大戶(hù)，如何準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行功耗測(cè)試，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商尋求降低能耗的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)有著十分重要的意義。
事實(shí)上，在全球節(jié)能減排的大趨勢(shì)下，通過(guò)對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商生產(chǎn)需求分析，設(shè)備制造商們很早就意識(shí)到基站耗能指標(biāo)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的重要性，在一些知名設(shè)備商內(nèi)部，比如愛(ài)立信，都有非常完備的專(zhuān)門(mén)針對(duì)基站能耗的測(cè)試方法和設(shè)備。
基站的實(shí)時(shí)能耗受到多種因素的影響，基站所處的環(huán)境(溫度，濕度)，基站安裝位置和散熱方式，載頻的配置和業(yè)務(wù)量，基站供電電源等，都會(huì)對(duì)基站的實(shí)時(shí)能耗造成比較大的變化。總體來(lái)說(shuō)，基站耗能測(cè)試方法可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試環(huán)境，模擬實(shí)際運(yùn)行的配置和業(yè)務(wù);第二類(lèi)是規(guī)模組網(wǎng)條件下站點(diǎn)實(shí)地測(cè)試，完全真實(shí)的基站運(yùn)行環(huán)境和業(yè)務(wù)加載。設(shè)備商在產(chǎn)品研發(fā)階段，以及運(yùn)營(yíng)商在建網(wǎng)初期對(duì)入網(wǎng)產(chǎn)品能耗進(jìn)行評(píng)估多用第一種方法，比如目前中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)組織各大TD-SCDMA基站產(chǎn)品廠(chǎng)商在中國(guó)移動(dòng)通信研究院進(jìn)行了兩輪實(shí)驗(yàn)室功耗測(cè)試。第二類(lèi)方法主要被用在成熟的商用網(wǎng)絡(luò)中，比如中國(guó)移動(dòng)GSM設(shè)備能耗以及節(jié)能測(cè)試。可以預(yù)見(jiàn)在3G商用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成熟后，站點(diǎn)實(shí)地功耗測(cè)試方案將會(huì)被運(yùn)營(yíng)商廣泛采用。
二. 3G移動(dòng)基站功耗整體測(cè)試方案及配置
對(duì)于一體化基站和分布式基站基帶處理單元，常用實(shí)際的整機(jī)功率來(lái)衡量其指定工作狀態(tài)下的功耗，也就是在指定工作狀態(tài)下基站的輸入電壓乘以電流；對(duì)于分布式基站射頻單元，實(shí)際應(yīng)用中用整機(jī)效率來(lái)衡量其在指定工作狀態(tài)下的功耗，即機(jī)頂總功率在整機(jī)功耗中所占百分比。無(wú)論是哪種類(lèi)型的基站，能耗測(cè)試本質(zhì)上是測(cè)量設(shè)備在指定工作狀態(tài)下其輸入的供電電壓和電流值。
2.1 功耗測(cè)試原理圖
在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試時(shí)，RNC及CN可以由Simulator代替。輔助設(shè)備主要包括業(yè)務(wù)加載工具(撥打工具，信號(hào)源等)以及射頻通道開(kāi)關(guān)，頻譜儀等
2.2 測(cè)試工具：
萬(wàn)用表(測(cè)量電壓)，嵌流表(測(cè)量基站電流)，Agilent34970(長(zhǎng)時(shí)間記錄電流值)，功率計(jì)，信號(hào)源與頻譜儀(實(shí)驗(yàn)室測(cè)試用)
2.3 測(cè)試環(huán)境：
保證與實(shí)際基站運(yùn)行環(huán)境的一致性，候測(cè)基站環(huán)境指標(biāo)為：溫度范圍(22℃～26℃)，濕度(50%～70%)。
2.4 測(cè)試配置：
測(cè)試時(shí)應(yīng)根據(jù)基站每塊基帶板能夠支持的載波數(shù)及整個(gè)基站能夠支持的最大載波數(shù)，對(duì)基站進(jìn)行不同的小區(qū)和載頻配置，例如，每塊基帶板最多支持6載波，一個(gè)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(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行0%(空載)，50%，80%，100%(滿(mǎn)載)加載，記錄每種配置下基站的電壓電流值。對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的功耗測(cè)試，也可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)情況指定典型的載扇配置和業(yè)務(wù)量加載。
三. 測(cè)試方法優(yōu)化分析：
根據(jù)前期運(yùn)營(yíng)商組織的幾輪功耗測(cè)試結(jié)果來(lái)看，愛(ài)立信的基站耗能呈現(xiàn)出了良好的梯度，即基站設(shè)備功耗均會(huì)隨著無(wú)線(xiàn)設(shè)備所帶負(fù)載值的增加而呈現(xiàn)出線(xiàn)性上升，功耗的梯度分布特性為運(yùn)營(yíng)商后期選用軟件節(jié)能方案提供了良好的技術(shù)參考。此外在基站高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，射頻單元功放的非線(xiàn)性缺陷會(huì)被放大，因此在測(cè)試基站滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行功耗時(shí)，同時(shí)監(jiān)測(cè)ACLR等射頻指標(biāo)可以有效的考查射頻單元的性能。
對(duì)基站各模塊耗能分布進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)大一部分電能消耗在了基站內(nèi)部散熱系統(tǒng)(風(fēng)扇、空調(diào))上，因此為了獲取準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，被測(cè)基站所處的環(huán)境溫度和濕度，必須能夠代表絕大多數(shù)基站的運(yùn)行環(huán)境，而且基站安裝方式應(yīng)與實(shí)際安裝情況一致。這樣被測(cè)基站的散熱系統(tǒng)工作方式才具有典型的代表意義。實(shí)際上，基站的功耗測(cè)試與環(huán)境測(cè)試相結(jié)合的起來(lái)也是一種值得嘗試的方案。
為了使被測(cè)基站的能耗指標(biāo)對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和設(shè)備商產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，基站應(yīng)該具備豐富軟硬件控制接口從而獲得各個(gè)軟硬件模塊的實(shí)際能耗值。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就要充分考慮產(chǎn)品各個(gè)模塊能耗指標(biāo)及測(cè)試可行性。愛(ài)立信基站產(chǎn)品研發(fā)部門(mén)一向都很重視其產(chǎn)品的能耗指標(biāo)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)明確規(guī)定了各個(gè)模塊的能耗參數(shù)和相應(yīng)的測(cè)試接口。
四. 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，設(shè)備商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，應(yīng)規(guī)范設(shè)備內(nèi)部各模塊的能耗指標(biāo)并以此作為設(shè)計(jì)方案和元器件選型的重要依據(jù)。由于運(yùn)行環(huán)境對(duì)于基站內(nèi)部散熱系統(tǒng)耗能影響較大，因此在功耗測(cè)試階段，各廠(chǎng)商被測(cè)基站所處的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該得到規(guī)范并做到一致性;在滿(mǎn)負(fù)荷功耗測(cè)試期間同時(shí)監(jiān)測(cè)部分射頻性能指標(biāo)，能夠有效的考查射頻單元器件的線(xiàn)性特性。功耗測(cè)試不僅要考查基站設(shè)備整體耗能指標(biāo)，更應(yīng)重視基站在不同業(yè)務(wù)配置下面能耗指標(biāo)的梯度表現(xiàn)，這將成為后期運(yùn)營(yíng)商選取軟件節(jié)能方案的重要參考。
隨著三張3G運(yùn)營(yíng)牌照的發(fā)放，3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在如火如荼的進(jìn)行中，同時(shí)2G網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容優(yōu)化也在根據(jù)市場(chǎng)需求有條不紊的進(jìn)行著，隨著網(wǎng)絡(luò)的快速擴(kuò)張，運(yùn)營(yíng)商對(duì)能耗需求不斷加大。中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的運(yùn)維支出報(bào)告顯示：僅2007年中國(guó)移動(dòng)電費(fèi)支出就達(dá)76億元人民幣，中國(guó)聯(lián)通也高達(dá)45億元，電費(fèi)支出幾乎占據(jù)了兩家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商80%以上的運(yùn)維費(fèi)用。這個(gè)數(shù)字還在隨著中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展而迅猛增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)內(nèi)部提供的耗能分析圖表顯示，目前基站耗能占據(jù)73%，這其中基站主設(shè)備耗電占據(jù)51%，基站空調(diào)耗電占據(jù)46%，其他配套設(shè)備耗電3% 。移動(dòng)基站產(chǎn)品作為耗能大戶(hù)，如何準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行功耗測(cè)試，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商尋求降低能耗的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)有著十分重要的意義。
事實(shí)上，在全球節(jié)能減排的大趨勢(shì)下，通過(guò)對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商生產(chǎn)需求分析，設(shè)備制造商們很早就意識(shí)到基站耗能指標(biāo)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的重要性，在一些知名設(shè)備商內(nèi)部，比如愛(ài)立信，都有非常完備的專(zhuān)門(mén)針對(duì)基站能耗的測(cè)試方法和設(shè)備。
基站的實(shí)時(shí)能耗受到多種因素的影響，基站所處的環(huán)境(溫度，濕度)，基站安裝位置和散熱方式，載頻的配置和業(yè)務(wù)量，基站供電電源等，都會(huì)對(duì)基站的實(shí)時(shí)能耗造成比較大的變化。總體來(lái)說(shuō)，基站耗能測(cè)試方法可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試環(huán)境，模擬實(shí)際運(yùn)行的配置和業(yè)務(wù);第二類(lèi)是規(guī)模組網(wǎng)條件下站點(diǎn)實(shí)地測(cè)試，完全真實(shí)的基站運(yùn)行環(huán)境和業(yè)務(wù)加載。設(shè)備商在產(chǎn)品研發(fā)階段，以及運(yùn)營(yíng)商在建網(wǎng)初期對(duì)入網(wǎng)產(chǎn)品能耗進(jìn)行評(píng)估多用第一種方法，比如目前中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)組織各大TD-SCDMA基站產(chǎn)品廠(chǎng)商在中國(guó)移動(dòng)通信研究院進(jìn)行了兩輪實(shí)驗(yàn)室功耗測(cè)試。第二類(lèi)方法主要被用在成熟的商用網(wǎng)絡(luò)中，比如中國(guó)移動(dòng)GSM設(shè)備能耗以及節(jié)能測(cè)試。可以預(yù)見(jiàn)在3G商用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成熟后，站點(diǎn)實(shí)地功耗測(cè)試方案將會(huì)被運(yùn)營(yíng)商廣泛采用。
二. 3G移動(dòng)基站功耗整體測(cè)試方案及配置
對(duì)于一體化基站和分布式基站基帶處理單元，常用實(shí)際的整機(jī)功率來(lái)衡量其指定工作狀態(tài)下的功耗，也就是在指定工作狀態(tài)下基站的輸入電壓乘以電流；對(duì)于分布式基站射頻單元，實(shí)際應(yīng)用中用整機(jī)效率來(lái)衡量其在指定工作狀態(tài)下的功耗，即機(jī)頂總功率在整機(jī)功耗中所占百分比。無(wú)論是哪種類(lèi)型的基站，能耗測(cè)試本質(zhì)上是測(cè)量設(shè)備在指定工作狀態(tài)下其輸入的供電電壓和電流值。
2.1 功耗測(cè)試原理圖
在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試時(shí)，RNC及CN可以由Simulator代替。輔助設(shè)備主要包括業(yè)務(wù)加載工具(撥打工具，信號(hào)源等)以及射頻通道開(kāi)關(guān)，頻譜儀等
2.2 測(cè)試工具：
萬(wàn)用表(測(cè)量電壓)，嵌流表(測(cè)量基站電流)，Agilent34970(長(zhǎng)時(shí)間記錄電流值)，功率計(jì)，信號(hào)源與頻譜儀(實(shí)驗(yàn)室測(cè)試用)
2.3 測(cè)試環(huán)境：
保證與實(shí)際基站運(yùn)行環(huán)境的一致性，候測(cè)基站環(huán)境指標(biāo)為：溫度范圍(22℃～26℃)，濕度(50%～70%)。
2.4 測(cè)試配置：
測(cè)試時(shí)應(yīng)根據(jù)基站每塊基帶板能夠支持的載波數(shù)及整個(gè)基站能夠支持的最大載波數(shù)，對(duì)基站進(jìn)行不同的小區(qū)和載頻配置，例如，每塊基帶板最多支持6載波，一個(gè)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(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行0%(空載)，50%，80%，100%(滿(mǎn)載)加載，記錄每種配置下基站的電壓電流值。對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的功耗測(cè)試，也可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)情況指定典型的載扇配置和業(yè)務(wù)量加載。
三. 測(cè)試方法優(yōu)化分析：
根據(jù)前期運(yùn)營(yíng)商組織的幾輪功耗測(cè)試結(jié)果來(lái)看，愛(ài)立信的基站耗能呈現(xiàn)出了良好的梯度，即基站設(shè)備功耗均會(huì)隨著無(wú)線(xiàn)設(shè)備所帶負(fù)載值的增加而呈現(xiàn)出線(xiàn)性上升，功耗的梯度分布特性為運(yùn)營(yíng)商后期選用軟件節(jié)能方案提供了良好的技術(shù)參考。此外在基站高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，射頻單元功放的非線(xiàn)性缺陷會(huì)被放大，因此在測(cè)試基站滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行功耗時(shí)，同時(shí)監(jiān)測(cè)ACLR等射頻指標(biāo)可以有效的考查射頻單元的性能。
對(duì)基站各模塊耗能分布進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)大一部分電能消耗在了基站內(nèi)部散熱系統(tǒng)(風(fēng)扇、空調(diào))上，因此為了獲取準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，被測(cè)基站所處的環(huán)境溫度和濕度，必須能夠代表絕大多數(shù)基站的運(yùn)行環(huán)境，而且基站安裝方式應(yīng)與實(shí)際安裝情況一致。這樣被測(cè)基站的散熱系統(tǒng)工作方式才具有典型的代表意義。實(shí)際上，基站的功耗測(cè)試與環(huán)境測(cè)試相結(jié)合的起來(lái)也是一種值得嘗試的方案。
為了使被測(cè)基站的能耗指標(biāo)對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和設(shè)備商產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，基站應(yīng)該具備豐富軟硬件控制接口從而獲得各個(gè)軟硬件模塊的實(shí)際能耗值。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就要充分考慮產(chǎn)品各個(gè)模塊能耗指標(biāo)及測(cè)試可行性。愛(ài)立信基站產(chǎn)品研發(fā)部門(mén)一向都很重視其產(chǎn)品的能耗指標(biāo)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)明確規(guī)定了各個(gè)模塊的能耗參數(shù)和相應(yīng)的測(cè)試接口。
四. 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，設(shè)備商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，應(yīng)規(guī)范設(shè)備內(nèi)部各模塊的能耗指標(biāo)并以此作為設(shè)計(jì)方案和元器件選型的重要依據(jù)。由于運(yùn)行環(huán)境對(duì)于基站內(nèi)部散熱系統(tǒng)耗能影響較大，因此在功耗測(cè)試階段，各廠(chǎng)商被測(cè)基站所處的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該得到規(guī)范并做到一致性;在滿(mǎn)負(fù)荷功耗測(cè)試期間同時(shí)監(jiān)測(cè)部分射頻性能指標(biāo)，能夠有效的考查射頻單元器件的線(xiàn)性特性。功耗測(cè)試不僅要考查基站設(shè)備整體耗能指標(biāo)，更應(yīng)重視基站在不同業(yè)務(wù)配置下面能耗指標(biāo)的梯度表現(xiàn)，這將成為后期運(yùn)營(yíng)商選取軟件節(jié)能方案的重要參考。
