绿色基站解决方案与实现技术

摘要:基站功耗是无线通信系统功耗的主体。基站绿色节能解决方案是无线网络绿色节能的首要目标。基于绿色基站解决方案涉及基站架构、基站形态、绿色基站节能技术及绿色站点应用等多个方面，文章提出绿色基站解决方案，探求基站节能降耗的有效途径。

关键字:软件定义无线电；基带处理单元；射频拉远单元；高效率功放；绿色供电

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.

英文关键字:software defined radio; baseband unit; remote radio unit; high efficiency power amplifier; green power

基金项目：国家自然科学基金(60902041、61072076、61002017)

在绿色环保成为全球关注的热点的今天，无线通信系统的绿色节能技术成为电信运营商和设备制造商面对的核心课题。基站设备作为网络的重要网元，是运营商投资建设的关键，也是移动网络节能降耗的主要关注点。

作为无线通信网络的载体，基站一方面需要保持高质量的覆盖能力，另外一方面需要保证足够的升级演进潜力。随着用户数和业务量的增加，移动网络的能耗随基站数量线性增长，消耗了大量能源。简单地减少基站数量，会导致网络质量变差。如何在保证用户业务体验以及基站覆盖和演进能力的前提下，实现移动网络的节能降耗是绿色基站解决方案的关键。

本文将从基站的架构与形态创新、节能关键技术以及绿色站点应用等方面对绿色基站解决方案进行探讨，寻求基站节能降耗的有效途径。

1 无线多制式融合基站系统

无线移动网络是一个多代共存、多频共存的复杂网络。不仅有以全球移动通信系统(GSM)为代表的2G网络，而且有以通用移动通信系统(UMTS)为代表的3G网络，而长期演进(LTE)技术也已经开始逐步商用。每一代技术都有其自身的一整套通信设备，包括从基站到核心网等一系列的网元。每一代新技术的引入都叠加了一套新的设备，这是传统上普遍采用多网共存建网方式造成的。显然，对于这种建网方式，随着多代技术的不断采用，网络系统设备及配套设备规模将不断增加，从而导致网络能耗相应大幅增长。想实现在多网共存并保证业务质量的情况下降低网络能耗，就需要从根本上改变多频段多代技术共存网络的建设方式。

软件无线电(SDR)软基站是基于SDR技术设计和开发的基站[1-2]。软基站与传统基站最大的不同之处在于其射频单元(RU)具备软件可编程和重定义的能力，进而实现了智能化的频谱分配和对多标准的支持。

SDR软基站解决方案使得运营商可以将多种频段下的多种制式网络融合成为一张网络，简化了网络整体结构，极大地减少系统网元与配套设施，从而能大幅降低站点能耗。

以亚太地区某领先运营商的2G/3G替换项目为例。该运营商原有网络的单个典型站点，使用了3个传统机柜来组成GSM900+GSM1800+UMTS2100网络，功耗为4 280 W。采用SDR基站进行单站容量替换(同时增加了UMTS900的覆盖)后，单站典型功耗降低了57%。这里仅仅比较了单站功耗，未计算由于机房空间节省而降低的空调能耗。由此可见，SDR基站在节能降耗上效果明显。

2 分布式基站与超级基带群

SDR软基站模块化设计理念，使得基站形态得以不断革新。基带处理单元+射频拉远单元(BBU+RRU)分布式基站使得网络部署更加灵活。超级基带群解决方案使得网络基带处理资源重用和共享，进一步提升网络资源利用效率。

2.1 分布式基站

SDR软基站系统不仅保留了传统的机架式室内外宏基站形态，更创新地推出了BBU+RRU分布式基站。分布式基站将SDR基站的基带单元和射频单元独立开来，彼此之间用光纤相连[2-3]。

射频单元可以直接安装在楼顶或铁塔上面，通过几米的跳线和天线直接相连，减少了传统长达几十米的馈线投资和损耗，降低了功放输出功率要求，节省了设备能耗。另外，随着功耗的减小，射频单元可以采用自然散热技术，不需要空调甚至风扇配置，大幅降低了配套功耗，也降低了设备噪声。

基带处理单元可以灵活地插入原有传统电源或传输机架中，或者直接安装在墙上与支架上，从而将空间占用减少到最低程度，可减少征地、机房建设以及空调配套等费用。

2.2 超级基带群解决方案

利用分布式基站将基带处理能力和射频单元分离的特征，可以将多个基带单元集中放置，并通过光纤拉远方式接入安装在覆盖区的RRU。集中放置的基带单元形成基带群，可实现基站基带资源共享，并对不同小区之间的基带资源进行集中调度和控制，这就是超级基带群解决方案。

超级基带群解决方案进一步改变了基站建设的形态，使基带处理能力集中、充分共享及实现虚拟化[4]。基带池的处理设备可以动态调度来处理不同RRU的基带信号，适应移动通信系统的潮汐效应，使基带资源得到最优利用。远端无线射频单元的部署可以更加接近终端用户，在不影响网络整体覆盖的前提下降低网络侧和用户侧的发射功率，降低无线接入网络功耗。采用超级基带群方案，通过集中调度和控制，能极大地减少基站机房数量，并最大程度地实现机房、电源、传输等配套资源共享，减少能源消耗。基于超级基带群的无线接入网络如图1所示。