基站降耗与通信电源休眠节能技术

一、       引言

随着网络规模的不断扩张，通信网络的核心设备、动力系统以及机房、基站等成倍增加，需要耗费大量的电能。此外，为了确保核心设备的正常运转，需要采用空调等设备控制室内的温度，又造成了较高的能耗。

目前，整个通信行业耗电达到200亿度以上。从可持续发展的角度，节能减排已成为衡量企业未来发展的重要指标。

本文从基站的能耗出发，分析了基站的能耗模型，提出了基站能耗中的级联效应。在此基础上对通信电源设备的节能进行了重点分析，提出了休眠节能模式并给出了实验室和实际站点的测试结果。结果表明，通信电源休眠节能模式可以有效的降低电源系统及基站能耗。

二、               典型基站的能耗模型与级联效应

图1 基站能耗模型

根据基站的设备配置及实际运行状况统计，基站能耗分配如图1示。据统计，机房内主设备耗电量约占整个机房耗电量的43%，空调耗电量约占整个机房耗电量的46%，通信电源耗电量占机房耗电量的8%左右，剩余3%来自于机房配电及照明装置。

根据目前网上设备状况，各种设备的典型效率如下表1所示：

根据机房内设备的工作状况并结合表一中设备的典型参数，可以推出机房的能效逻辑图如图2 。

图2  机房的能效逻辑图

通信电源（AC/DC）本身不是空调的的下级设备，但是考虑到空调要对机房内的所有设备（包括空调自身）进行散热，因此可以把空调“等效为”插入机房所有设备前级。

从图2中机房的能效逻辑图可以看到，基站内设备功耗是有级联效应的，末端设备功耗会逐级放大。基站设备每节省一瓦电能，可导致整个站点节省2.68瓦电能。同样，通信电源设备的能耗降低，也会降低机房配电及空调的能耗，因此，站点节能应从末端设备入手，逐渐的向前端推进。

三、       通信电源设备节能

通信电源是通信局站的关键设备之一。从基站的能耗模型来看，通信电源占基站总能耗的8%左右。考虑能耗的级联效应，基站电源的降耗也会引起前端配电及空调耗电量的减少，因此，通信电源设备节能对机房的整体节能降耗有一定的实际意义。

图3  通信电源系统效率曲线

通信电源系统节能要从提高系统整体效率出发。图3为典型通信电源设备在不同负载率下的效率曲线。从该效率曲线可以看出，通信电源设备效率在从低负载率到高负载率呈增加趋势。考虑目前站点内通信电源的配置，整流模块的配置均包含了电池充电的容量。正常情况下，由于电池充电相对于整个系统工作来讲只有很短的时间。因此，大部分时间内电源系统工作在50%以下负载率较低的区间，在话务量较低的阶段，电源系统的负载率会进一步降低。因此，电源系统大部分时间没有工作在最佳的效率区间。

通过以上分析可以看出，通过电源系统控制使电源系统工作在最佳效率区间可以提高电源系统效率，从而达到节能的目的。

四、       通信电源休眠节能技术

通信电源休眠节能技术是艾默生公司提出的降低通信电源能耗的有效手段。休眠节能技术的主要思路是电源系统根据系统的负载情况和系统当前模块的工作情况，通过合理的逻辑判断和控制，在保证系统冗余安全的条件下，有选择的打开或休眠部分模块，使系统工作在最佳效率点并保证模块间同步老化。

休眠节能模式不同于模块的冷备份模式。休眠节能模式下，模块的主电路完全停止工作，控制电路仍在工作，整个系统处于待机状态。一旦有告警等异常情况，休眠模块可以立即进入工作状态。这与模块的冷备份是完全不同的。

休眠节能技术也不同于传统的遥控关机技术，传统的遥控关机功能只关闭模块的输出部分，模块输入及其它辅助电路仍处于工作状态。因此，模块在遥控关机状态下仍有一定的损耗。在模块休眠模式下，模块的输入输出完全处于关闭状态，整个模块的待机损耗明显降低。

统工作在休眠节能状态下，一旦负载增大到一定程度或系统异常，系统会立即根据需要唤醒部分休眠模块。使整个系统始终处于安全可靠的工作状态之下。

此外，系统可根据设置的工作时间使模块轮流休眠，从而使每个模块的累计工作时间基本一致，从而使所有模块均匀老化，避免个别模块过度老化的现象。

经过实验室测试和实际站点的运行实验，通信电源休眠节能模式可以有效降低通信电源的能耗，对整个机房的能耗降低也有明显的作用。表2为网上运行的某型通信电源系统通过节能改造后，实际配置210A系统，在不同负载率条件下节能前后的效率比较和节能效果测试数据， 从测试结果可看出，采用休眠节能技术后，电源系统效率得到明显提升且在不同负载率下保持较平稳的状态。因此休眠节能技术达到了控制系统在不同负载条件下工作在最佳效率点实现能耗降低的目的。

表2：电源系统休眠节能测试结果

休眠节能技术已经过实际站点的运行验证，通过比较站点的平均日耗电量，表明电源休眠节能对降低机房能耗是非常有效的。

五、       总结

通过本文的分析，可以得到以下结论：

1．    通信局站设备的能耗具有级联效应，末端设备功耗会向上逐级放大。因此，局站当中末端设备能耗降低会带来整个机房能耗更大的降低。

2．    通信电源设备由于配置和工作特性，大部分时间没有工作在设备的最佳效率点。

3．    通信电源的休眠节能功能不同于模块关机和遥控关机。休眠节能技术可以保证电源系统正常工作的条件下使系统工作在最佳效率区间，最大程度的降低设备能耗。

4.   实验室测试和实际站点运行的结果表明，休眠节能技术对降低设备能耗有明显效果。