PAGE\*Arabic95G基站節(jié)能技術(shù)研究目錄摘要 3第1章緒論 51.1移動通信技術(shù)發(fā)展簡介 51.2通信基站發(fā)展簡介 51.3研究意義 6第2章基站構(gòu)成及能耗分析 82.1基站構(gòu)成 82.2基站能耗分析 82.2.1供電系統(tǒng)概述 82.2.2基站能耗構(gòu)成分析 9第3章基站節(jié)能技術(shù)分析 113.1基站主設備節(jié)能技術(shù) 113.1.1硬件節(jié)能技術(shù) 113.1.2軟件節(jié)能技術(shù) 113.2電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù) 143.2.1開關(guān)電源休眠 143.2.2直流遠供系統(tǒng) 153.2.3蓄電池削峰填谷技術(shù) 163.3空調(diào)降溫系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù) 173.3.1智能新風節(jié)能系統(tǒng) 173.3.2機房隔熱技術(shù) 183.3.3蓄電池地埋技術(shù) 18第4章XX學院周邊區(qū)域5G基站節(jié)能技術(shù)研究 194.1校園區(qū)域基站節(jié)能技術(shù)研究 204.2居民住宅區(qū)節(jié)能技術(shù)研究 224.3交通干線周邊節(jié)能技術(shù)研究 24第5章總結(jié) 26參考文獻 27

摘要經(jīng)過兩年的建設，我國5G網(wǎng)絡已經(jīng)初具規(guī)模。截止去年年底已建成超過70萬座5G基站，基本覆蓋市區(qū)以及大部分的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。伴隨著大量5G基站的建設完成，基站的高能耗逐漸成為運營商不得不重視的問題。本文首先介紹移動通信技術(shù)與基站發(fā)展簡史，并對XX學院及周邊區(qū)域進行不同時期基站能耗對比，引出基站節(jié)能的必要性。然后對基站構(gòu)成與能耗進行分析并找到能耗問題所在。之后就目前5G基站配套設備節(jié)能技術(shù)，電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)以及空調(diào)降溫系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進行詳細的分析。最后將XX學院周邊區(qū)域的5G基站按照不同工作特點分為三個區(qū)域，即校園區(qū)域、居民住宅區(qū)域和交通干線區(qū)域。并對每一區(qū)域基站的工作環(huán)境進行分析，尋找其相應的最佳節(jié)能方案。關(guān)鍵詞：5G基站；配套設備；電源系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)第1章緒論19世紀30年代末，電報的發(fā)明使得大洋彼岸的人們有了互通信息的可能。20年后，貝爾發(fā)明了電話，讓人們能夠收到來自千里之外的聲音。在電話發(fā)明的100多年后的1986年，芝加哥誕生了世界上第一套商用移動通信系統(tǒng)，使人類脫離了有線網(wǎng)絡的束縛。至此，人類正式進入移動通信時代。1.1移動通信技術(shù)發(fā)展簡介1986年，第一代移動通信技術(shù)誕生。美國摩托羅拉公司研發(fā)出的大哥大迅速風靡世界，大哥大成為身份的象征。第一代移動通信技術(shù)是基于模擬信號的通信網(wǎng)絡，具有網(wǎng)絡容量小，通話質(zhì)量差，保密性低，容易串號等問題。20世紀90年代，以數(shù)字技術(shù)為核心的第二代移動通信技術(shù)得到了快速發(fā)展。2G時代是多個通信標準爭奪市場的開始，其中美國的CDMA與歐洲的GSM標準從眾多通信標準中脫穎而出，最終由于GSM標準應用最為廣泛，使得GSM成為當時世界通用的移動通信標準。隨著用戶對于移動網(wǎng)絡需求的增加，2008年5月，國際電信聯(lián)盟正式公布第三代移動通信標準，第三代移動通信技術(shù)應運而生。智能信號處理技術(shù)是3G最基本的特征，該技術(shù)使語音通話和數(shù)據(jù)的大量傳輸成為可能。2012年第四代移動通信技術(shù)隨著IMT-Advanced國際標準的發(fā)布而誕生，主要應用正交頻分復用（OFDM）技術(shù)、多輸入多輸出（MIMO)技術(shù)、軟件無線電技術(shù)等，主要包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。隨著人們對智能化的需求，4G時代的信號傳輸速率已經(jīng)不能滿足人們對美好生活的向往。2018年國際5G標準正式出爐，次年我國工信部正式向運營商發(fā)放5G牌照。相比于4G網(wǎng)絡，5G通信網(wǎng)絡支持更大帶寬，更多數(shù)據(jù)傳輸通道以及超低時延。第五代移動通信技術(shù)的發(fā)展標志著“萬物互聯(lián)”時代的到來。1.2通信基站發(fā)展簡介基站作為移動通信技術(shù)的載體，經(jīng)過40年左右的發(fā)展，有了很大的變化。1G時代基站叫做Basestation，簡稱BS?；驹O備體積大，分布不合理，對于用戶的信息保密度也不夠。2G時代的基站又被稱之為基站收發(fā)器（BaseTransceiverStation，BTS），主要包括公共、收發(fā)、合路三大單元。其中，公共單元包含供電、傳輸接口、時鐘分配等模塊；收發(fā)單元（TransmissionReceiverUnit，TRU）是接收器與發(fā)射器的合稱。最早時期的收發(fā)單元是將基帶單元（BuildingBasebandUnit,BBU）和射頻單元（RadioRemoteUnit,RRU）集于一體的，具有無線信號的收發(fā)、放大、調(diào)制/解調(diào)、編碼/解碼以及數(shù)字處理等功能。由于一體化的設計，2G基站三大單元都集中裝在一個大型的機柜里，體積大且十分笨重，給運維人員造成了極大的困難。為了達到速率提高的目的，3G時代的基站（NodeB），采用了BBU和RRU分離的結(jié)構(gòu)，在BBU部分引入自適應調(diào)制和編碼等技術(shù)。同時，為避免擴容時每增加一個RRU就需要增加一個BBU的情況，3G基站將RRU的功能利用軟件定義無線電技術(shù)集成于一個中央基站集線器上，并通過一個統(tǒng)一的接口將處理之后的信號由饋線傳輸至BBU。這樣就可以實現(xiàn)一個BBU控制多個RRU，達到合理利用基站空間的目的。除了繼承3G時代的BBU與RRU分離技術(shù)與一個BBU控制多個RRU外，4G時代的基站還采用了singleRAN技術(shù)，即將多代制式網(wǎng)絡融合為整體。通過該技術(shù)的實施，基站的復雜程度與建設成本進一步降低，同時實現(xiàn)了通信全球化。為了支持超高速率、超低時延與超多鏈接，5G基站架構(gòu)也重新進行了定義，將RRU與天線整合為一體。天線一體化的設計方案避免了因RRU饋線過多導致的功率浪費、靈敏度降低、安裝環(huán)境受限等問題，還節(jié)約了塔上空間[1]。5G基站被重新架構(gòu)為中央（CU）、分布式（DU）和有源天線處理單元（ActiveAntennaUnit,AAU）三部分[2]。這樣的構(gòu)架在滿足超低時延、超多連接的同時，又可以減少不必要的功率浪費。1.3研究意義從第一代移動通信技術(shù)發(fā)展到如今的第五代移動通信技術(shù)，超高速率、超低時延的實現(xiàn)除了帶給人們生活水平上的提高，讓人們的生活更加豐富多彩外，也為人工智能、自動駕駛、AI物流等技術(shù)提供了技術(shù)支持。隨著對數(shù)據(jù)傳輸速率要求的不斷提高，信號傳輸所需要的載波頻率頻率也不斷攀升，相應的電波波長變短，繞射能力降低，導致基站的覆蓋范圍大大縮水。為了實現(xiàn)通信網(wǎng)絡的全面覆蓋，就不得不建設更多的基站。而基站數(shù)量的增加不僅僅意味著設備數(shù)量的增加，同時耗電成本也成為不得不重點關(guān)心的問題。本文以XX市新中大道、平原路、科隆大道、新東大道環(huán)路內(nèi)約14.5平方公里范圍為研究對象，參照各代基站的覆蓋范圍計算可知：3G時代單站覆蓋半徑約2公里，僅需要5座基站就能實現(xiàn)信號覆蓋，按照單站640W的能耗計算，總能耗約為3200W；4G時代單站覆蓋半徑約1公里，需要10~12座基站能夠?qū)崿F(xiàn)信號覆蓋，按照單站1kW的能耗計算，該區(qū)域內(nèi)基站總能耗為10~12kW；而到了5G時代，基站覆蓋范圍進一步減小，單站覆蓋半徑約150米，需要200座以上的基站才能覆蓋整個區(qū)域，5G單站能耗約為3.7kW，則該區(qū)域內(nèi)基站總能耗約為740kW。基站數(shù)量的增加，導致基站能耗也不斷升高?；镜母吣芎膶乐刈璧K5G建設的推進，因此5G基站的節(jié)能技術(shù)研究是促進5G技術(shù)發(fā)展的重要因素。

第2章基站構(gòu)成及能耗分析2.1基站構(gòu)成基站一般由機房、鐵塔、天線三部分組成?；驹O備包括基礎設備以及主要設備。基礎設備包括空調(diào)、監(jiān)控、照明設備及蓄電池組等，主要設備則包括AAU/RRU，BBU以及核心網(wǎng)。如圖1所示，4G基站與5G基站在架構(gòu)方面有一定的區(qū)別。圖14G基站與5G基站主要設備的區(qū)別5G基站中，將原來4G基站的天線與RRU部分進行一體化設計，稱為AAU。但是也并不是所有的5G基站都用AAU，在一些基站中也還是使用天線+RRU的配置。在BBU部分，5G基站中將BBU的實時部分與非實時部分分離開來，重新定義為CU和 DU[3]。CU負責處理非實時協(xié)議與服務，而 DU則負責處理物理層協(xié)議與實時服務。根據(jù)5G技術(shù)架構(gòu)的標準，5G基站架構(gòu)中的三大部分可以采取獨立部署或者合設的方式[4]。目前一般有CU與DU共同部署；AAU、CU和DU分別獨立部署；AAU、CU和DU合設部署；AAU和DU就近部署四種常見的部署方式，不同的部署方式運用的場景也不盡相同。2.2基站能耗分析2.2.1供電系統(tǒng)概述一般情況下，基站供電系統(tǒng)包括交流與直流兩部分。其中交流部分包括交流配電箱、發(fā)電機、線路保護器等；而開關(guān)電源、電池組等則屬于直流部分?；竟╇娤到y(tǒng)示意圖如圖2所示。圖2基站供電系統(tǒng)示意圖2.2.2基站能耗構(gòu)成分析在我國，三大運營商都有自己獨立的無線通信網(wǎng)絡。在基站內(nèi)，多代通信設備并存，機房空間資源緊張。除去通信設備的能耗，機房內(nèi)的空調(diào)以及照明設備的能耗也占據(jù)了基站能耗的一大部分。因此基站的能耗可從整體上分為計算、傳輸以及其他三大部分[5]。計算能耗為BBU運行所消耗的電量，主要由數(shù)字部分處理、核心網(wǎng)與其他基站間通信等部分組成；傳輸能耗則主要包括功率放大器與AAU運行所產(chǎn)生的熱能耗等；機房內(nèi)的空調(diào)照明設施則都屬于其他能耗部分。圖3為5G基站基本能耗構(gòu)成圖。圖35G基站能耗構(gòu)成圖AAU的能耗主要包括功率放大器、數(shù)字基帶與收發(fā)單元等器件的能耗，這幾個關(guān)鍵部分的能耗占據(jù)了AAU總能耗的70%以上，是AAU能耗的主要來源。另外就是時鐘模塊、光模塊、濾波器等部分的熱能耗。與4G相比，基站的架構(gòu)發(fā)生了改變。AAU內(nèi)部引入了大規(guī)模天線陣列，使得其支持更大帶寬、更多通道以及部分基帶處理功能，結(jié)構(gòu)更加復雜，這也是AAU能耗大幅提升的原因[6]。BBU的能耗主要來自主控板與基帶板的數(shù)字處理部分，以及電源與風扇模塊的熱量損耗。相較于4GBBU，由于5GBBU使用了更高集成度的芯片與板卡，能耗也有了一定的增加。5G基站目前主要包含三種分類：宏站、微站以及皮站。不同類別下的設備能耗也有著比較大的差距。皮站由一個小盒子負責發(fā)射點的信號發(fā)射，不存在基站共享傳輸以及空調(diào)能耗的情況，因此與另外兩種基站有著本質(zhì)的區(qū)別。表1為宏微站的能耗對比[7]。表1宏微站能耗對比分類AAU能耗（W）BBU能耗（W）傳輸能耗（W）空調(diào)能耗（W）宏站~3000~700~600~2000微站~1500~500~600~2000當前環(huán)境下，通信基站的機房均采用全封閉式結(jié)構(gòu)，在保障了設備安全的前提下，又能避免設備受到風吹雨淋的影響。然而全封閉式結(jié)構(gòu)機房的散熱能力不足，基站主要設備運行時都會大量放熱，根據(jù)基站環(huán)境標準GB50174-2017規(guī)定：基站機房內(nèi)溫度需要保持在18–22℃[8]，由基站運維數(shù)據(jù)顯示：空調(diào)能耗占基站總能耗的33%~41%。除了AAU、BBU與空調(diào)的能耗外，基站的通信電源系統(tǒng)也是基站能耗組成部分。按照不同供電方式，基站電源系統(tǒng)的耗電主要包括開關(guān)電源與不間斷電源兩類設備。通信電源主要負責進行交直流轉(zhuǎn)換以及對多電波干擾、高頻污染等進行濾除，從而為擠占通信設備提供穩(wěn)定的工作電壓。理想狀態(tài)下，通信電源的能耗幾乎為零，但是在實際環(huán)境下工作時，電源設備會產(chǎn)生一定的濾波能量，在交直流轉(zhuǎn)換過程中也會有一定的能量損耗。據(jù)相關(guān)資料介紹，基站的電源系統(tǒng)約占整體機房耗電的5%~10%。

第3章基站節(jié)能技術(shù)分析3.1基站主設備節(jié)能技術(shù)3.1.1硬件節(jié)能技術(shù)5G基站設備級節(jié)能技術(shù)包括軟硬件節(jié)能兩大方面，其中，硬件節(jié)能是降低基站能耗的基礎?；镜年P(guān)鍵設備集成度與性能將隨著5G芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而不斷提高，硬件節(jié)能技術(shù)還有著進一步的發(fā)展空間。目前主流設備商通過三種方式來實現(xiàn)硬件節(jié)能，包括采用新型硬件架構(gòu)，引進更先進的半導體工藝以及使用新材料、新技術(shù)。3.1.2軟件節(jié)能技術(shù)符號關(guān)斷AAU能耗按照特點分類可分為兩部分，包括功放能耗與驅(qū)動能耗。在低負載狀態(tài)下，BBU周期性的檢測每個物理資源塊（Physicalresourceblock，PRB）上的待發(fā)送業(yè)務，然后統(tǒng)計時隙總數(shù)，計算發(fā)送業(yè)務所需要的最少時域符號數(shù)量，最后將需要發(fā)送的業(yè)務調(diào)至選擇的時域符號上，將未使用的時域符號進行關(guān)閉，該技術(shù)被稱為符號關(guān)斷技術(shù)[9]。符號關(guān)斷流程圖如圖4所示。圖4符號關(guān)斷方法流程圖為了提高符號關(guān)斷節(jié)能效果，可以對調(diào)度算法進一步優(yōu)化，將用戶數(shù)據(jù)集中在特定的符號內(nèi)進行傳輸，從而使空閑符號的比例增加。這一功能的實現(xiàn)需要BBU側(cè)的數(shù)據(jù)鏈路層的集中調(diào)度以及AAU側(cè)功放的相互協(xié)調(diào)，這樣才能達到更高效的節(jié)能。通道關(guān)斷通道關(guān)斷技術(shù)對于驅(qū)動能耗的影響比較大，通道數(shù)越少則能耗越低。當AAU處于低負荷或無負荷狀態(tài)時，在系統(tǒng)預設的時間段內(nèi)，可以通過分步降階的方式來進行通道關(guān)閉，從而達到節(jié)能的目的。以目前5G基站常用的64通道的AAU來說，隨著用戶接入量的減少，AAU負荷逐步降低，先由64T64R降至48T48R，再降階至32T32R，最后降階至16T16R。關(guān)閉無業(yè)務通道以實現(xiàn)節(jié)能目的[10]。通道關(guān)斷流程圖如圖5所示。圖5通道關(guān)斷方法流程圖載波關(guān)斷載波關(guān)斷一般應用于同一區(qū)域內(nèi)覆蓋層與容量層同時存在的場景。它是指當容量層載波上的用戶數(shù)較少時，將用戶遷移到負荷允許的目標覆蓋層載波上，然后關(guān)掉本載波，以節(jié)約能耗[11]。通常，5G載波為容量層，4G載波為覆蓋層。在低業(yè)務時間段關(guān)閉5G載波，將剩余用戶轉(zhuǎn)移到4G載波上；當4G載波的業(yè)務量增加至規(guī)定的門限閥值時，通過智能系統(tǒng)在毫米級時間內(nèi)喚醒5G載波，實現(xiàn)網(wǎng)絡的快速切換，使5G基站恢復到正常工作狀態(tài)。載波關(guān)斷流程圖與示意圖如圖6圖7所示。圖6載波關(guān)斷流程圖 圖7載波關(guān)斷示意圖深度休眠深度休眠技術(shù)主要應用于室內(nèi)分布式皮站(PicoRadioRemoteUnit，pRRU)，像商場、地鐵、大型體育館等典型的潮汐場景都可以通過基站設備深度休眠來實現(xiàn)節(jié)能[12-14]。此技術(shù)需要設置深度休眠的啟停時間，同時需要設置檢測周期用來檢測覆蓋范圍內(nèi)是否仍有接入用戶。在節(jié)能時間段內(nèi)，智能系統(tǒng)檢測信號覆蓋范圍內(nèi)是否有業(yè)務存在以及終端駐留，如果未檢測到用戶，BBU就會給pRRU下電，大部分功能進入休眠狀態(tài)不再提供服務；如果有業(yè)務停留，則到下一個周期再次執(zhí)行檢測。到達休眠時間結(jié)束點，BBU就會觸發(fā)pRRU重新上電，使之恢復正常工作狀態(tài)。深度休眠技術(shù)流程圖如圖8所示。圖8深度休眠技術(shù)流程圖四種軟件節(jié)能技術(shù)應用的場景不同，所達到的節(jié)能效果也不盡相同。符號關(guān)斷應用范圍最廣，對基站BBU的數(shù)據(jù)鏈路層調(diào)度以及AAU的功放有影響，對覆蓋區(qū)域以及用戶容量的影響最??；通道關(guān)斷一般應用于低負荷多通道的場景，對基站BBU的物理層算法、AAU收發(fā)信機有一定影響，基站覆蓋面積有所下降；載波關(guān)斷主要用于同一區(qū)域內(nèi)多載波覆蓋的場景，對AAU的功放以及用戶容量產(chǎn)生一定影響；深度休眠可應用于無用戶區(qū)域，會對覆蓋區(qū)域內(nèi)的信號強度產(chǎn)生影響[15]。4種節(jié)能效果對比如9所示。圖94種技術(shù)節(jié)能效果對比圖3.2電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)3.2.1開關(guān)電源休眠在基站建設中，開關(guān)電源在配置整流模塊的容量時，除了需要考慮設備的負載電流外，還需要考慮基站內(nèi)蓄電池組的充電電流，并采用N+1模塊冗余配置[16]。在基站的實際運行過程中，由于基站業(yè)務存在明顯的潮汐效應，很少能夠到達負載電流的設定值，并且市電供電相對穩(wěn)定，很少出現(xiàn)斷電現(xiàn)象或者斷電時長很短，這樣就導致了機房內(nèi)的蓄電池組大部分時間都處于休眠狀態(tài)，相應的蓄電池充電次數(shù)也相對很少。由數(shù)據(jù)統(tǒng)計知開關(guān)電源整流模塊大多數(shù)時間都處于≤50%負載區(qū)間，當基站業(yè)務量低的時候，這個數(shù)值還會更低。開關(guān)電源休眠的思路是根據(jù)設備負載電流的變化來對整流模塊數(shù)量的開啟進行動態(tài)控制，選擇性地使一些整流模塊同步休眠，使得開關(guān)電源處于最佳工作效率已實現(xiàn)節(jié)能目的[17]。以某一運營商的5G基站為例，開關(guān)電源上配置6個總?cè)萘繛?00A的整流模塊，蓄電池為500Ah/組，電池輸入電壓為53.5V。實行開關(guān)電源休眠技術(shù)可以將兩個整流模塊關(guān)閉。表2為實行開關(guān)電源休眠技術(shù)與否的耗電情況對比。表2實行開關(guān)電源休眠技術(shù)與否的耗電情況對比實行開關(guān)電源休眠技術(shù)不實行開關(guān)電源休眠技術(shù)負載率50%30%整流效率92%85%耗電量(kW)/天151.1139.8由上表可得，在實行開關(guān)電源休眠技術(shù)的情況下，單站每天可節(jié)約的電量約為11.3kW。因此，應用開關(guān)電源休眠技術(shù)可以有效的降低基站電源系統(tǒng)的能耗。3.2.2直流遠供系統(tǒng)隨著5G大規(guī)模發(fā)展，大量宏站建設的同時，更多的小微型基站將用于增加網(wǎng)絡覆蓋密度，宏微站結(jié)合的超密集型組網(wǎng)正在逐步完善。如果將每個基站按照傳統(tǒng)方式引入市電，不僅需要投入大量工程，而且無法達到節(jié)能目的。因此可以采用直流遠供技術(shù)，選取供電容量條件優(yōu)異的母站作為中心供電節(jié)點，以星型或者鏈型結(jié)構(gòu)為附近子站進行電能供應，實現(xiàn)電能共享。直流遠供從母站的開關(guān)電源獲取DC48V后，轉(zhuǎn)換為HVDC240~380V，然后再通過傳輸電纜送至遠端子站設備，遠端子站設備再將接收到的高壓直流電轉(zhuǎn)換為AC220V或者DC48V。遠端模塊分為HVDC380V轉(zhuǎn)AC220V和HVDC380V轉(zhuǎn)DC48V兩種，需要根據(jù)子站設備的規(guī)格型號選擇不同的遠端模塊。[18]直流遠供示意圖與原理圖如圖10、11所示。圖105G基站直流遠供示意圖圖11直流遠供原理圖直流遠供系統(tǒng)適用范圍廣泛，可應用于大學城、大型住宅區(qū)、沿街燈桿等基站集聚場景，另外也可用于市電引入困難或引入費用較高的站點。3.2.3蓄電池削峰填谷技術(shù)5G基站對于市電引入容量需求大，增加了階梯電價在峰值時段的電費成本。目前階段，市電總?cè)萘啃枨蟀ㄍㄐ旁O備、空調(diào)以及蓄電池充電三部分[17]。在建設基站的工程中，各類通信設備用電需求在設計時一般是按照設備額定功率來考慮。一般情況下，基站設備的實際消耗電量只有設計預留容量的40%~50%。由鐵塔公司一年的運維統(tǒng)計數(shù)量來看，約有五分之一的基站全年沒有發(fā)生過停電現(xiàn)象，因此大部分的蓄電池組長期處于休眠狀態(tài)。削峰填谷技術(shù)就是在用電高峰期，采用蓄電池組儲能對市電進行補償，同步為基站設備進行供電；在用電低谷時期，則由市電對蓄電池組進行充電儲能，從而實現(xiàn)錯峰供電。削峰填谷技術(shù)的應用可以降低峰值時段的市電需求，從而減少市電電費成本，達到降低能耗的目的。3.3空調(diào)降溫系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)為了保證基站設備能有一個良好的運行環(huán)境，每個機房內(nèi)都配置了1～3個空調(diào)來進行降溫處理。根據(jù)以往基站數(shù)據(jù)顯示，在冬冷夏熱地區(qū)的機房內(nèi)，將空調(diào)設置為26℃時，空調(diào)能耗占基站總能耗的40%左右，因此空調(diào)是運營商最大的能耗控制點[19]。目前常用的空調(diào)節(jié)能技術(shù)有直接節(jié)能和間接節(jié)能兩大類。直接節(jié)能是通過使用更低能耗的新型空調(diào)以達到提升空調(diào)效率的目的來實現(xiàn)節(jié)能；間接節(jié)能則一般通過采用創(chuàng)新型制冷措施，改進機房建筑等手段來分擔機房空調(diào)的工作負荷，從而降低空調(diào)能耗。機房建筑本身并不會直接造成能源的消耗，但是可以通過改進建筑的設計來實現(xiàn)能耗的降低。機房空調(diào)的主要作用是將機房內(nèi)設備運行所產(chǎn)生的熱量通過熱交換機排到室外。進行機房建筑改進可以使空調(diào)的負荷相對減輕，目前機房建筑改進主要有保濕隔熱以及平改坡等措施。3.3.1智能新風節(jié)能系統(tǒng)智能新風節(jié)能系統(tǒng)是間接節(jié)能的一種方案[17]。在一些晝夜溫差較大地區(qū)的機房，可以將室外自然冷風作為降溫源，在機房內(nèi)安裝上下進出風裝置，并隨之配套設計相應的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可由溫、濕度傳感器實現(xiàn)。當室外溫度明顯低于室內(nèi)溫度時，開啟下方進風口，吸入室外冷空氣，同時需要機房內(nèi)有一定的正壓風壓，以此來啟動上方出風口排風設備，實現(xiàn)空氣冷進熱出，以達到降低機房內(nèi)溫度，緩解空調(diào)運行壓力的目的。該系統(tǒng)的應用環(huán)境較為廣泛，但是為了達到良好的降溫節(jié)能效果，一般應用于室內(nèi)外晝夜溫差相對較大的場景。新風節(jié)能示意圖如圖12所示。圖12新風節(jié)能系統(tǒng)示意圖3.3.2機房隔熱技術(shù)當機房受到太陽光直射時，會導致機房墻體溫度升高，從而使得機房整體溫度升高，間接增加空調(diào)能耗。隔熱措施一般有：使用隔熱涂料鋪設屋頂，使用隔熱材料的門窗等。此外，還可以在機房外部鋪設隔熱網(wǎng)，或是種植一些爬墻類植物，以達到避免陽光直射機房外墻的目的[17]。機房隔熱技術(shù)一般適用于太陽照射時間長，氣溫常年較高的地區(qū)。3.3.3蓄電池地埋技術(shù)為了避免停電時市電供應斷開導致基站停止工作的情況，機房內(nèi)都配備有相應的蓄電池組作為應急電源。在市電正常情況下，蓄電池組的充放電效率和使用壽命會受到機房內(nèi)溫度的影響。因此，在不對機房空調(diào)配置進行優(yōu)化的條件下，可以采用蓄電池地埋技術(shù)來保證蓄電池組的正常使用。蓄電池地埋可以減少蓄電池內(nèi)部加熱系統(tǒng)對電能的消耗，每基站每年約可節(jié)省電能1080度[20]。

第4章XX學院周邊區(qū)域5G基站節(jié)能技術(shù)研究5G基站的建設工程受到地理位置的影響，而基站的運行方式也會受到不同區(qū)域業(yè)務量的影響。不同的運行方式所適用的節(jié)能措施也不盡相同。本章將XX學院周邊地區(qū)包括新中大道、平原路、科隆大道、新東大道在內(nèi)的地區(qū)劃分為大學校園區(qū)域，居民住宅區(qū)域和交通干線區(qū)域。三大區(qū)域的5G基站都有各自的業(yè)務特點。大學校園區(qū)域人員密集，有明顯的潮汐現(xiàn)象。白天教學樓基站業(yè)務繁忙，晚上業(yè)務較少。另外，寒暑假時期基站空閑也是校園區(qū)域基站的特點。居民住宅區(qū)域與校園區(qū)域相比，人員密集程度小，潮汐現(xiàn)象不明顯，且不存在寒暑假時間段內(nèi)基站空閑的情況。交通干線區(qū)域的特點是，沒有固定的業(yè)務量，不存在潮汐現(xiàn)象。XX學院及周邊區(qū)域地圖與該區(qū)域內(nèi)基站分布位置如圖13、14所示。圖13XX學院及周邊區(qū)域地圖圖14XX學院及周邊區(qū)域5G基站分布圖4.1校園區(qū)域基站節(jié)能技術(shù)研究校園是一個典型的潮汐場景，包括河南工學院、XX學院、XX醫(yī)學院、河南科技學院在內(nèi)的四大高校一共約有50個運行基站，涵蓋教學樓、宿舍區(qū)、生活區(qū)等。四大高校5G基站分布示意圖如圖15、16、17、18所示。圖15河南工學院5G基站分布圖圖16XX學院5G基站分布圖圖17XX醫(yī)學院5G基站分布圖圖18河南科技學院5G基站分布圖按照作息表，教學樓區(qū)域一般在早上6點至晚上7點之間人流量大，數(shù)據(jù)接入量多，基站需要滿功率運行；晚上7點之后，基站業(yè)務量相對白天有所下降，因此可以設置晚上7點至第二天早上6點之間為通道關(guān)斷時間。到晚上7點，通道關(guān)斷開關(guān)開啟，AA開始分步降階；到晚上10點左右，基站AAU進入低功率運行，進一步降低能耗。直到第二天早上6點，節(jié)能時間結(jié)束，AAU繼續(xù)恢復到滿功率運行。除了平常的周一到周末，每逢法定節(jié)假日，大量學生離校，基站業(yè)務量大幅減少。因此，在數(shù)據(jù)傳輸需求量極小的情況下，可關(guān)閉校園內(nèi)各個區(qū)域的微站，僅開啟5G宏站，由宏站負責整個校園區(qū)域全部的業(yè)務量。除此之外，每年的寒暑假期，是校園基站業(yè)務量最低的時間段，甚至出現(xiàn)大面積長時間無用戶接入的現(xiàn)象，所以在寒暑假期內(nèi)，可關(guān)閉5G載波，僅保留4G載波，既可以滿足留校人員的數(shù)據(jù)傳輸量的需求，又可以最大程度上的節(jié)約能耗。由于校園區(qū)域較為特殊，如果將每個基站都引入市電，配備相應的供電機房，顯然是不現(xiàn)實的。除了空間需求上無法達到以外，安裝大量的供電設備也會導致建設成本的大幅增加，甚至有可能會造成校園安全隱患。因此，校園基站一般采用直流遠供技術(shù)進行基站供電。4.2居民住宅區(qū)節(jié)能技術(shù)研究相比于大學城及周邊幾個學校來說，居民住宅區(qū)由于人員密集程度小，像喬謝、公村等區(qū)域，人員密集程度遠小于幾大高校，因此不需要安裝大量的微站，只需要少量的幾個宏站就可以滿足人們的日常所需。研究范圍內(nèi)圖19金穗大道與平原路間居民住宅區(qū)圖20喬謝及常青藤居民住宅區(qū)居民住宅區(qū)白天人數(shù)較少，基站業(yè)務量也相對較低；到晚上，人們下班回家，用戶接入量增加，基站負荷也會小幅度提高。同時，與大學相比，該區(qū)域不存在寒暑假期無業(yè)務接入的情況，僅具有日常潮汐現(xiàn)象，因此居民住宅區(qū)可應用通道關(guān)斷與載波關(guān)斷并行的方式進經(jīng)基站節(jié)能。白天設置為通道關(guān)斷節(jié)能時間段，到晚上，用戶接入量增加，達到通道關(guān)斷閥值，關(guān)閉通道關(guān)斷開關(guān)。在居民逐步休息后，開啟載波關(guān)斷檢測，當業(yè)務量明顯減少時，關(guān)閉5G載波，僅保留4G載波，在第二天用戶接入增加時，載波關(guān)斷結(jié)束，進入通道關(guān)斷時間。因為設備較多，居民住宅區(qū)宏站需要直接引入市電，因此可采用削峰填谷技術(shù)，在用電高峰期，基站內(nèi)蓄電池對設備供電并將多余電能用于市電補償；在用電低谷時期，由市電為基站蓄電池充電儲能。4.3交通干線周邊節(jié)能技術(shù)研究與校園區(qū)域及居民住宅區(qū)都不同的是，高速路附近沒有固定的業(yè)務量，僅僅是有車輛通過或是因為其他原因在高速路或其附近逗留時，才有業(yè)務產(chǎn)生。因此，高速旁邊的5G基站并不能像人流量大的區(qū)域一樣，長時間處于工作狀態(tài)，一旦長時間內(nèi)沒有用戶經(jīng)過，就會造成不必要的資源浪費。京港澳高速及馬村立交橋區(qū)域5G基站分布圖如圖21所示。圖21京港澳高速及馬村立交橋區(qū)域5G基站分布圖為了能夠既滿足過路用戶的網(wǎng)絡使用，又能達到節(jié)能目的，高速公路一般都直接引用周邊村鎮(zhèn)的5G基站信號，這也是為什么當行駛到一些荒無人煙的地區(qū)時，手機接收不到5G信號或是信號特別差的原因。另外，也有一些交通干道雖然并不鄰近村莊但是由于日常車流量大，在大路兩旁也有基站的存在。這種情況下，基站一般采用通道關(guān)斷技術(shù)來進行軟件節(jié)能。通道開放數(shù)量與通過該基站所在交通干道的車流量成正相關(guān)，車流量越大，用戶需求越多，通道開放越多。合理設置不同的開關(guān)閥值，才能達到更有效的節(jié)能目的。對于這種單獨為交通干道服務的基站，如果市電引入不理想，可在其附近選擇合理的新能源發(fā)電技術(shù)來為基站供電。無論是人流量有著潮汐分布的校園區(qū)域，還是人流量相對固定的居民住宅區(qū)，又或是業(yè)務量不固定的高速路旁，不同位置的基站應根據(jù)其所處的環(huán)境、結(jié)構(gòu)布局、市電引入難易程度來綜合考慮其所需要采取的節(jié)能技術(shù)，因地制宜才能起到最大程度的節(jié)能。

第5章總結(jié)移動通信技術(shù)的不斷進步，帶給人們物質(zhì)生活水平提高的同時也給社會帶來了大量的能源消耗。在能源問題日益嚴峻的當下，如何使用更有效的技術(shù)來對基站進行節(jié)能迫在眉睫。本文對5G基站基礎設備及電源系統(tǒng)能耗進行了分析，并對其相應的節(jié)能技術(shù)進行了研究，通過主設備軟硬件節(jié)能、空調(diào)節(jié)能、以及電源系統(tǒng)中的開關(guān)電源休眠、直流遠供技術(shù)、蓄電池削峰填谷等技術(shù)來達到基站節(jié)能的目的。最后對我校及附近區(qū)域的5G基站進行了具體的節(jié)能技術(shù)研究。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展，未來5G的普及，6G的推行以及更先進的網(wǎng)絡技術(shù)會帶給人們更好的生活體驗。在未來的通信基站中也必定會有更加合理、節(jié)能的技術(shù)出現(xiàn)，我們需要不斷研究，不斷進步，不斷總結(jié)才能將新的技術(shù)與理念融入到節(jié)能基站的建設中。

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