节能减排技术下的移动通信论文

1移动通信机房能耗状况及存在的问题

1．1移动通信机房能耗状况分析

从整体看，移动通信公司的能耗包括:电耗、油耗和耗材，而电耗为其主要能耗，约占总能耗的80%以上，因此，移动通信公司的节能主要是指节约电能。移动通信公司的电能消耗大体包括:日常行政办公用电和通信网络运营用电两部分。日常行政办公用电占总用电的比重很小，这部分的节能工作主要靠加强日常行政管理实现，而通信网络运营用电的节能减排技术将是重点研究对象［1，2］。通信网络运营用电主要集中在通信机房内，通信机房中的电能消耗主要分为两部分:通信设备用电和机房环境用电。通信设备用电是指通信机房的主设备和配套电源等设备的用电，通常机房主设备包括:交换设备、数据设备、无线设备和传输设备等;配套设备主要指通信电源设备和蓄电池;机房环境用电主要包括:机房空调、机房照明和机房监控等用电。从大量实际工程数据粗略统计结果可知，在通信机房的总用电中，通信主设备用电约占45%，配套电源设备用电占8%，机房空调用电约占40%，而机房照明、机房监控等其他用电约占7%，具体能耗分布如图1所示［3］。从图1中可看出，机房设备用电和空调用电占总用电的90%以上，因此，笔者将重点研究通信机房设备和空调的节能减排技术应用。

1．2移动通信机房能耗状况存在的问题

目前，移动通信机房还存在相当数量技术陈旧、能耗高的通信设备，并且由于网络结构的不合理，导致网络结构复杂，网络层级较多，网元节点过多，增加了网络设备的能耗;同时还存在相当数量的通信电源设备缺少智能化控制功能，部分电源设备技术落后，供电效率很低，增加了供电系统的能耗。另外，很多通信机房的制冷方式还是基于先冷环境，再冷设备的方式，通信机房内的机架排列及送风制冷方式不合理，导致机房空调制冷效率低，增加了空调系统的能耗;同时，很多无线基站机房的空调系统也没有智能监控系统，为使基站机房中通信设备能正常工作，保持机房标准的环境温度，需要将空调长期处于开机工作状态，产生了大量的不必要的能源浪费。因此，在通信机房中采用先进的节能技术，是移动通信公司节能减排的必然选择。

2节能减排技术在移动通信机房中的应用

移动通信公司的通信机房大体分为两类:通信枢纽机房和无线基站机房。通信枢纽机房面积较大，机房内设备较多，产生的能耗也很大;单个无线基站机房面积较小，一般不超过20m2，机房设备不多，相比枢纽机房的能耗也较小，但移动无线基站数量庞大。截止目前，中国移动无线基站总数量已达40万个，因此无线基站总耗电量巨大，据粗略统计其耗电量约占通信网总耗电的70%以上。以下将分别讨论节能减排技术在这两类机房中的应用。

2．1节能减排技术在移动通信枢纽机房的应用

移动通信枢纽是移动网络的核心和汇聚中心，其通信设备较多，能耗较大。移动通信枢纽机房的主要能耗包括:通信主设备、配套电源设备和空调设备的能耗。因此，移动通信枢纽机房的节能减排主要是机房通信设备和空调的节能减排。

2．1．1移动通信枢纽机房主设备的节能减排技术应用

移动通信枢纽机房内的主设备是根据网络建设的需要依不同项目分期分批建设安装的，目前在网设备新旧交错，能耗指标也参差不齐。因此，移动公司枢纽机房主设备节能减排的技术应用主要从以下几方面考虑。1)对于早期安装的通信设备，在条件允许情况下，通过更换或采用技术改造等方式，淘汰高能耗、低效率的设备，合理调整用电负荷，以达到节能效果。2)对于新增设备，要选择高集成度、低能耗、采用节能技术的通信设备，将设备能耗指标纳入到设备选型的指标范畴。3)在通信网络设计中，应合理组织、优化网络结构，推进通信网络的IP化进程。通过IP化可简化网络结构，减少网元数量，节省设备资源，减少设备能耗，以达到节能减排的目的。4)提高机房内通信设备利用率，尽可能利用现有通信设备资源满足网络运行需求，以避免大量设备低负载运行，浪费电能。

2．1．2移动通信枢纽机房配套电源的节能减排技术应用

移动通信枢纽机房的配套电源设备主要包括:高低压配电、备用电源、UPS(UninterruptiblePowerSystem)和直流电源等。对于配套电源设备的节能，主要应关注以下两方面。1)合理的设备选型和容量配置以及设计安全、可靠、高效率的电源系统是通信电源设备节能的关键。首先，在通信电源设计中，应尽量减少供电环节，避免增加不必要的供电环节，减少由于供电环节过多造成的能耗;其次，合理设计导线路由，使供电系统尽可能靠近负荷中心，减少供电距离，缩短电缆长度，降低电能损耗;另外，合理设计供电方式，根据用电负荷的大小和机房实际情况，通过科学计算，灵活选用集中或分散方式供电，以达到节能降耗的目的。2)除要关注通信电源设备在设计和设备选型阶段的节能外，还应关注通信电源在运营过程中的节能，提倡合理的节能运行方式。在实际运营中，应根据通信机房内实际工作负荷情况，在保证安全的前提下，合理调整电源的工作模块。一般情况下，通信枢纽机房电源设计容量都是按满足一定时期主设备负载并考虑一定的冗余。因此，在机房使用初期，机房内设备较少，用电负荷远未达到设计容量，这个阶段可采用人工方式关断多余的电源模块，以提高电源模块工作效率;另外，要根据机房内设备重要等级，确定不同等级的保护方式，以减少电源的冗余度，达到节能降耗的目的［4］。

2．1．3移动通信枢纽机房空调的节能减排技术应用

通信机房的主要能耗是通信设备和空调，通信设备是机房运行的主体，其能耗指标由设备型号决定。在正常情况下，尤其是枢纽机房的设备，其节能潜力有限，而空调能耗占机房能耗的40%左右，其节能潜力巨大。因此，移动枢纽机房空调设备的节能应是重点关注的。通信枢纽机房空调设备的节能主要包括:机房空调设备本身的节能和机房空调环境的节能。

1)机房空调设备的节能。空调设备节能主要是采用节能技术的空调，如变频节能空调，它既可降低开关损耗，又可提高低频运转时的能效，该技术已经很成熟，并得到广泛应用。另外，通过对机房专用空调进行自适应控制技术，以达到节能效果。其实现方式是通过自动计算机房不同的工作条件、空调冷量分布环境等综合数据，动态跟踪计算空调外部环境的温湿度，精确控制空调送风量，使空调始终处于最合理的工作状态，优化冷量的利用效果，提高空调使用效果，达到节能减排的目的［5］。

2)机房空调环境的节能。机房空调环境节能主要是指通过合理布置机房内的空调机组、风路及设备机柜排列，形成机房内有组织的气流流向和流量，实现精确、高效的送风方式，以节省空调机组的用电量。在设计机房内气流组织时，首先遇到的是送风方式的问题，通常机房空调送风方式分为两种:上送风和下送风，上送风方式是上送风侧回风，一般采用射流+弥漫方式送风，这种方式气流组织比较混乱，冷却效果不好，即使采取一些补救措施，存在问题仍然较多;下送风方式是下面送风侧面集中回风的送风方式，从气流热压原理以及大量实际工作和运营经验证明，下送风方式更为合理。其次是机柜排列问题，在早期，为保持机房内的设备美观、整洁和维护方便，机房内每列机柜都是朝一个方向排列的。而通信机柜内的散热部分主要在机柜背面，空调送入的冷风从机柜正面进入，在机柜内经过冷热交换，带走热量，热风从机柜的背面吐出，因此，机柜朝一个方向排列方式容易造成前排机柜吐出的热风被后排机柜从正面吸入，这样后排机柜进风温度会明显高于前排，使机房内温度分布不均衡。要保证设备处于良好的工作温度，就会使机房总体制冷增加，增加了多余能耗。为此，从节能及合理的气流组织角度考虑，相邻两排机柜采用“面对面”和“背靠背”的方式排列更为合理，具体机柜排列与气流组织如图2所示。由于通信设备都是采用正面进冷风、背面出热风的交换方式，因此，这种机柜排列方式可以很自然地形成冷热风道隔离，避免了不必要的冷热交换，可大幅提高空调系统的制冷效率，减少空调耗电。因此，对于新机房建议采用下送风方式和机柜“面对面”和“背靠背”的排列方式，以便合理组织气流。由于早期节能观念不强，因此机房建设时大多采用上送风方式，机柜也是按一个朝向排列，对于这种情况的机房，应视具体实际情况，进行适当改造。如有条件可加装风管、风帽及冷热空气隔离挡板，以使冷热空气相互隔离，做到对通信设备的精确送风，并能在一定程度上起到节能的效果［6-10］。

2．2节能减排技术在移动无线基站机房的应用

通信基站一般由无线主设备、配套电源设备、传输设备、数据设备和空调设备等组成。由实际工程和运营调查的大量数据可知，通信基站中无线主设备耗电量约占基站机房总能耗的42%～46%，空调耗电量约占基站机房总能耗的45%～48%，配套电源占总能耗的7%～9%，照明、监控等其余部分约占总能耗的2%～3%。因此，通信基站的节能应重点关注无线主设备和空调及电源的节能技术［11］。

2．2．1通信无线基站机房主设备的节能减排技术应用

通信基站无线主设备的主要节能技术有3种:分布式基站组网技术、载频智能关断技术和多密度载频技术。分布式基站组网模式最初源自于第三代移动通信中的“BBU(BuildingBasebandUnit)+RRU(RemoteRadioUnit)”的组网模式，它将传统的无线基站分为BBU基带和RRU射频模块两部分，利用光纤替代传统的射频馈线，将射频模块RRU部分拉远，这种模式减少了射频馈线导致的损耗。同时，因RRU一般都不需要新建机房，因此，采用分布式基站组网技术，可达到节能减排的目的。一般情况下，无线基站的载频配置都是按满足实际测试的忙时话务量考虑的，而实际上无线基站的业务量在时域上是不均衡的。在业务量小时，载频利用率会降低，载频智能关断技术正是针对话务量的这一特点设计的。当话务量小时，适当关闭部分载频、时隙甚至是信道与板卡，以提高载频利用率，节约电能。多密度载频是在一块单板上集成多个载频收发信机，共用基带、射频、功放和电源单元，相对于单载频和双载频，其能耗更低［12］。

2．2．2移动无线基站机房配套电源的节能减排技术应用

移动基站电源节能技术主要包括开关电源整流模块休眠技术和蓄电池恒温箱技术。通常移动基站电源容量是按无线主设备负载和蓄电池平均充电电流进行配置的，受蓄电池充电电流的制约，通信电源整流模块设置的冗余很大。正常情况下负载率不高，而清晨和晚间时段业务量小时，负载率会更低，使电源模块的使用效率降低。因此，根据基站通信电源的这一特点，通过监控模块实时控制冗余电源模块进行休眠，自动对冗余电源模块进行软关断或开启，减少电源模块的空载损耗，降低不必要的电源模块能耗，节约电能，提高电源运行效率。移动基站蓄电池对环境温度要求较高，当温度降低时，蓄电池容量会减少。例如，通过实际测试数据表明，当蓄电池温度从25℃降到0℃时，蓄电池的容量就会下降到额定容量的80%左右。当温度过低，还会对蓄电池的使用寿命产生严重影响，而温度过高也会使蓄电池的使用寿命受到影响。因此，采用专用蓄电池恒温箱，降低蓄电池的温度，而不是把整个机房的温度都降低，同样也可以达到节能的效果。

2．2．3移动无线基站机房空调的节能减排技术应用

移动基站机房面积都不大，大多不超过20m2，机房内设备不多，产生热源主要是无线主设备，其业务量在时域上也不均衡。因此，散发的热量在时域上也不均衡，并且机房外部温度环境随着季节和时间的不同，变化也很大。传统的制冷方式为保持机房内的温度，空调机要长时间工作，产生大量的多余冷量，造成大量不必要的能耗，因此，基站空调节能潜力很大。当前基站空调节能采用的新技术为基站一体化空调节能系统，其模型如图3所示。该系统由中央空调控制器、进风机、出风机、温湿度传感器等4部分组成。进风机、出风机组成通风系统，中央空调控制器和温湿度传感器组成控制系统，用于测试室内外温湿度，并判断控制通风系统和空调机的工作状态。采用基站一体化空调节能系统，可充分利用基站机房室内外温湿度环境。当室外温度低于室内，通过引入室外大量冷空气，对室内自然降温，同时，排出机房内热空气。依靠大量的空气流通，实现机房内散热，以低功率的通风系统替代高功率的空调机，达到节省电能的目的。同时，系统也减少了空调的工作时间，延长了空调的使用寿命。实践证明，此种节能方式在实际工程中效果相当明显［13-17］。

3结语

我国地大物博，区域广阔，各地方自然环境差异很大。因此，具体节能技术的选择和应用必须结合当地的实际情况，要因地制宜，不能生搬硬套。另外，在采用一种节能技术和措施前，应先进行试点实验，一方面看节能效果，另一方面也要看可能会产生的负面影响，要做综合评估，在取得成熟经验后，才能逐步推广使用。关于节能减排技术的应用，是基于笔者对实际工程设计工作的总结和分析，以及大量实际工程经验，可对移动运营商的节能减排工作提供帮助。

作者：孙祾工作单位：吉林大学长春电信工程设计院股分有限公司