3G典型無(wú)線設(shè)備耗電實(shí)測(cè)研究

1、前言

根據(jù)歷年的工程、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備廠家提供的設(shè)備耗電量往往與實(shí)際運(yùn)行中實(shí)測(cè)耗電量相差較大，這一差別對(duì)規(guī)劃和維護(hù)工作造成了一定的負(fù)面影響，其主要反映在以下幾個(gè)方面：

a）增加了工程投資。由于耗電量基數(shù)的增加，配置的整流器數(shù)目會(huì)相應(yīng)地增加。同時(shí)為滿足相同放電小時(shí)數(shù)所需配置的蓄電池總?cè)萘恳搽S著增大。反映在交流配電方面，在新建基站時(shí)，計(jì)算出的基站所需的交流功耗也需相應(yīng)增加，這樣基站就需要交付更多的市電增容費(fèi)，并且需要購(gòu)置更大容量的交流設(shè)備（如交流變壓器及交流配電箱等）。以上這些均造成了投資資金的浪費(fèi)。

b）增加了新建基站的選址難度。隨著整流器數(shù)目和蓄電池容量的增加，設(shè)備的總重量增加了，所需基站機(jī)房的樓板負(fù)荷也相應(yīng)加大。現(xiàn)在移動(dòng)基站更多地選在民用住宅，其樓板負(fù)荷較低，這給基站選址造成了更大的困難。

c）由于設(shè)備實(shí)際耗電量遠(yuǎn)低于整流器的配置容量，整流器所承擔(dān)的負(fù)荷長(zhǎng)期處于較低的水平上，整流器的使用壽命和能量的轉(zhuǎn)換效率也會(huì)隨著降低。這不僅造成了能源的浪費(fèi)，也增加了維護(hù)費(fèi)用（設(shè)備維修費(fèi)及電費(fèi)等）和維護(hù)的難度。

由上可知，有必要在3G建設(shè)正式展開之前完成對(duì)3G基站主要廠家設(shè)備實(shí)際耗電的測(cè)試分析工作，為機(jī)房電源建設(shè)提供準(zhǔn)確參考。

2、3G移動(dòng)基站無(wú)線設(shè)備耗電實(shí)測(cè)方案

測(cè)試地點(diǎn)為廣州、東莞等地，測(cè)試對(duì)象為Z公司、H公司、A公司等的3G基站無(wú)線設(shè)備。各廠家設(shè)備測(cè)試站點(diǎn)如表2.1所示：

表2.1測(cè)試站點(diǎn)分布表

注：“3×1”表示該3G基站設(shè)備的配置為“3個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)一個(gè)載頻”，以此類推。

2.1測(cè)試原則

a）對(duì)業(yè)務(wù)信道模擬負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，負(fù)載點(diǎn)設(shè)為0%（空載）、50%、80%、100%（滿載）。

b）測(cè)試過(guò)程選用同一套儀表；

c）保證測(cè)試環(huán)境一致性，要求各候測(cè)基站環(huán)境指標(biāo)為：溫度范圍（22℃～26℃），濕度（50%～70%）。

2.2測(cè)試原理

a）無(wú)線設(shè)備功耗測(cè)試原理

本次測(cè)試項(xiàng)目主要是測(cè)定3G無(wú)線基站設(shè)備的直流功耗情況，故需要在3G基站設(shè)備的電源輸入端測(cè)試其電流I（A）、電壓值U（V），如圖2.1所示。3G無(wú)線基站設(shè)備功耗W=UI（W）。

圖2.1 3G基站設(shè)備功耗測(cè)試原理圖

b）無(wú)線設(shè)備負(fù)載的調(diào)整

在本地（Z、H公司）或者在RNC（A公司）上修改相關(guān)參數(shù)，使業(yè)務(wù)信道負(fù)載分別達(dá)到扣除導(dǎo)頻信道、公共信道消耗后余量的0%、50%、80、100%時(shí)，分別測(cè)試記錄3G基站設(shè)備的功耗。

2.3測(cè)試步驟

a）在RNC上修改相關(guān)參數(shù)，使業(yè)務(wù)信道負(fù)載分別達(dá)到扣除導(dǎo)頻信道、公共信道消耗后余量的0%、50%、80、100%；

b）確認(rèn)對(duì)應(yīng)的負(fù)載值無(wú)誤；

c）不同的負(fù)載值條件下進(jìn)行測(cè)量，分別做好記錄。

3、3G移動(dòng)基站無(wú)線設(shè)備耗電實(shí)測(cè)結(jié)果及分析

3.1測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如表3.1所示：

表3.1 3G耗電測(cè)試結(jié)果表

3.2結(jié)果分析

通過(guò)本次對(duì)不同廠家3G基站設(shè)備的功耗測(cè)試結(jié)果的分析，可以得到以下幾個(gè)方面初步結(jié)論：

a）H公司設(shè)備功耗較小，Z公司次之，A公司設(shè)備稍高。但與同容量的2G設(shè)備功耗比較，均已有較大的降低；

b）與原設(shè)備廠家所提供的3G基站設(shè)備耗電數(shù)據(jù)相比較，實(shí)測(cè)功耗均有較大程度的降低，其中A公司、Z公司設(shè)備功耗降低均在45%左右；

c）Z公司、H公司基站設(shè)備的功耗，載頻為3*1與3*2時(shí)設(shè)備功耗無(wú)明顯的差別，功耗只是稍稍增加，增加的幅度大致在200W以內(nèi)：其中H公司兩種情況的功耗相差在3%以內(nèi)，Z公司設(shè)備的差別在10%以內(nèi)；

d）A公司基站設(shè)備的功耗，載頻為3*1與3*2時(shí)，設(shè)備功耗有較大的差別，分別為1450W和2260W，差別在40%左右

e）不同廠家基站設(shè)備的功耗，其消耗的大多數(shù)功耗為空載負(fù)荷：所占比例在64%～83%的范圍之內(nèi)；

f）不同廠家基站設(shè)備功耗均會(huì)隨著無(wú)線設(shè)備所帶負(fù)載值的增加而上升，但是上升的幅度不大：滿負(fù)荷所消耗的功率僅占機(jī)架總功率的17%～36%。

3.3測(cè)試結(jié)論

在3G基站電源工程設(shè)計(jì)中，建議各廠家無(wú)線設(shè)備的功耗值推薦如表3.2。

表3.2 3G工程設(shè)計(jì)基站設(shè)備功耗取值建議

注：上表中推薦的功耗取值，已在實(shí)測(cè)功耗平均值的基礎(chǔ)上乘以1.2的安全系數(shù)。

考慮到3G無(wú)線基站設(shè)備功耗，隨著負(fù)載值增加而升高的幅度不大，因此建議：在進(jìn)行3G基站無(wú)線設(shè)備的電源配置時(shí)，可以考慮按無(wú)線機(jī)架的載頻數(shù)滿負(fù)荷值進(jìn)行初始配置，在后續(xù)擴(kuò)容過(guò)程中按實(shí)際負(fù)荷核實(shí)。

4、基站電源設(shè)備的配置

通過(guò)表3.2中的無(wú)線設(shè)備單位耗電量和移動(dòng)基站的安裝規(guī)模，我們可以計(jì)算出整個(gè)基站的耗電量。根據(jù)中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD5040-1997《通信電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》，參照原郵電部設(shè)計(jì)院頒布的“通信電源電信工程設(shè)計(jì)手冊(cè)”。具體的設(shè)備計(jì)算方法如下：

4.1蓄電池的配置

移動(dòng)基站的蓄電池按三小時(shí)放電率配置，蓄電池的總?cè)萘繎?yīng)按以下公式計(jì)算：

式中：

Q——蓄電池容量（Ah）；

K——安全系數(shù)，取1.25；

I——負(fù)荷電流（A）；

T——放電小時(shí)數(shù)（h），取3；

η——放電容量系數(shù)，取0.75；

t——實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值。所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15℃考慮，無(wú)采暖設(shè)備時(shí)，按5℃考慮；

α——電池溫度系數(shù)（1/℃），取0.008。

蓄電池的總?cè)萘堪幢酒诘闹绷骱碾娏坑?jì)算，并應(yīng)考慮近期擴(kuò)容的要求。

4.2整流器的配置

移動(dòng)基站絕大多數(shù)采用高頻開關(guān)型整流器，應(yīng)按n+1冗余方式確定整流器的配置，其中n為主用數(shù)量，n≤10時(shí)，1只備用；n＞10時(shí)，每10只備用1只。主用整流器的總?cè)萘繎?yīng)按負(fù)荷電流和電池的均充電流（10小時(shí)率充電電流）之和確定。

主用整流器的總?cè)萘?負(fù)荷電流容量+蓄電池的均充電流容量

負(fù)荷電流的計(jì)算：按表3.2取值

蓄電池的均充電流為0.1C10（C10為蓄電池的容量）。

5、經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

將本文得到的耗電量結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備配置、訂購(gòu)，將會(huì)產(chǎn)生非常顯著的效益，下面以一個(gè)典型基站為例進(jìn)行說(shuō)明：

假如：新建1個(gè)Z公司3G獨(dú)立無(wú)線基站，基站規(guī)模為單載頻。

我們首先根據(jù)試驗(yàn)得到的耗電量數(shù)據(jù)計(jì)算出需配置設(shè)備如下：

設(shè)備耗電量：35.5A/48V

蓄電池：212Ah（實(shí)際需配置300Ah）

需配置整流器容量：4x30A

再根據(jù)Z公司提供的耗電量數(shù)據(jù)計(jì)算出需配置設(shè)備如下：

設(shè)備耗電量：64.5A

蓄電池：390Ah（實(shí)際需配置400Ah）

需配置整流器容量：5x30A

按照當(dāng)前市場(chǎng)一般價(jià)格：整流模塊（30A/-48V）為5000元/臺(tái)，蓄電池組（-48V）為50元/Ah，可計(jì)算出，按照本文耗電量結(jié)果可節(jié)省設(shè)備直接投資約10000元人民幣/站。假定某省3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)3G站點(diǎn)10000個(gè)，其中有1000個(gè)為3G獨(dú)立新建站址，僅新建站部分即可節(jié)約配套電源投資約1000萬(wàn)元人民幣，效益相當(dāng)可觀。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)各典型廠家推出的3G移動(dòng)基站無(wú)線設(shè)備耗電量進(jìn)行了實(shí)測(cè)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到設(shè)備實(shí)際耗電量，為3G基站機(jī)房電源設(shè)備配置提供了更準(zhǔn)確的參考，可以節(jié)約大量的設(shè)備投資。

由于3G網(wǎng)絡(luò)尚未展開大規(guī)模建設(shè)，3G無(wú)線設(shè)備目前僅在少量試驗(yàn)站點(diǎn)安裝，故本次測(cè)試采集的數(shù)據(jù)有限，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看，以上結(jié)果只是接近普遍值。為了得到更加準(zhǔn)確的3G移動(dòng)基站無(wú)線設(shè)備耗電參數(shù)，需進(jìn)一步做以下工作：

a）在大規(guī)模3G建設(shè)前對(duì)最終選型的設(shè)備做耗電實(shí)測(cè)，測(cè)的數(shù)據(jù)作為電源建設(shè)方案的依據(jù)；

b）3G網(wǎng)絡(luò)投運(yùn)后，根據(jù)情況可考慮對(duì)在網(wǎng)設(shè)備做實(shí)際運(yùn)行條件下的耗電實(shí)測(cè)，測(cè)的數(shù)據(jù)可作為前期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和修正（由于可能會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，故不適合做大規(guī)模實(shí)測(cè)）；

c）利用運(yùn)營(yíng)商維護(hù)部門的紀(jì)錄數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得到實(shí)際耗電相對(duì)理論耗電的各種分布情況加以驗(yàn)證，從而得出最終的準(zhǔn)確耗電參數(shù)。

作者：李鑫成 嚴(yán)華