張高記，呂建東，陳文學(xué)

（西安郵電學(xué)院 西安 710061)

1 引言

通信業(yè)是工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，作為通信大國,我國每年通信業(yè)消耗的能源非常巨大，據(jù)初步統(tǒng)計，2009年三家電信企業(yè)的能耗總量將近290億度，增幅約26%，折合440.7萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可見，通信業(yè)已發(fā)展為耗能大戶，已作為重點用能單位納入國家節(jié)能減排重點監(jiān)管范圍。從電信運(yùn)營商能耗分布來看，渠道用房能耗約占7%、管理用房能耗約占6%、核心機(jī)房能耗約占24%，而基站機(jī)房能耗占比高達(dá)63%左右[1]。因此，移動通信基站的節(jié)能減排已經(jīng)成為通信業(yè)節(jié)能減排的重中之重。2009年,隨著我國3G牌照的發(fā)放,標(biāo)志著我國通信業(yè)進(jìn)入3G移動通信時代，移動通信基站的布設(shè)數(shù)量迅速增加。據(jù)統(tǒng)計，截止到2010年6月，我國移動用戶數(shù)已經(jīng)突破8億戶，達(dá)到8.05億戶，移動通信基站數(shù)已超過了120萬個，這意味著移動通信基站能源消耗與日俱增。

近年來，隨著環(huán)境氣候的急劇變化，各國的通信業(yè)也越來越重視節(jié)能減排工作，建立了一系列節(jié)能減排管理體系與評估方法，主要有：國際節(jié)能效果測量和驗證規(guī)程（IPMVP）[2]，由美國能源部支持，國際節(jié)能測量和認(rèn)證規(guī)程委員會制定，提出了節(jié)能量測的基本方法、步驟、測量和認(rèn)證方案，適用于通信業(yè)的節(jié)能改造項目評測；能效評估PUE指標(biāo)，最早由美國綠格聯(lián)盟提出，目前已經(jīng)成為國際公認(rèn)的數(shù)據(jù)中心設(shè)施電力效率標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于IDC數(shù)據(jù)中心設(shè)施電力效率評估，也可推廣到通信行業(yè)各類機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的能效評估；通信設(shè)備能效率（telecommunications equipment energy efficiency rating，TEEER）[3], 由 美 國Verizon通信公司最先提出，主要用來衡量、比較新產(chǎn)品和現(xiàn)有產(chǎn)品的能源消耗，目標(biāo)是提高20%的能源效率。我國的電信運(yùn)營商都非常重視通信基站的節(jié)能減排工作，相繼也在努力推出設(shè)備采購的能耗要求和評估，但都是針對節(jié)能技術(shù)和項目的指標(biāo)及評估方法，缺少科學(xué)合理的通信基站節(jié)能減排評估指標(biāo)與評估方法，制約了節(jié)能新技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用。為此，在全面分析研究通信基站能耗要素和能耗模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了通信基站節(jié)能減排能效指標(biāo)體系，提出了通信基站節(jié)能減排能效評估方法，為通信基站節(jié)能減排指標(biāo)體系及評估方法提供了方法依據(jù)。

2 通信基站能耗模型

2.1 通信基站能耗要素分析

一個單一、完整的通信基站，其能耗因素主要從以下5個方面進(jìn)行考慮[4，5]。

（1）基站主設(shè)備

是指通信基站的無線設(shè)備，主要包括天饋系統(tǒng)、BTS以及BSC等。它是基站中耗電量最多的部分，這部分的能耗占通信基站總能耗的49%～51%。

（2）機(jī)房環(huán)境設(shè)備

主要指空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)等溫濕度調(diào)控設(shè)備。這部分的耗電量是基站耗電的另一個重點，這部分的能耗占通信基站總能耗的40%～46%。

（3）電源系統(tǒng)

一般主要指開關(guān)電源、蓄電池以及發(fā)電機(jī)等，這部分的能耗占通信基站總能耗的3%～5%。

（4）其他輔助設(shè)備

主要指數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)房監(jiān)控及照明設(shè)備等，這部分的能耗約占通信基站總能耗的3%。其特點是能耗較小，而且能耗一般是固定值。

（5）機(jī)房建設(shè)能耗

主要指新建基站的機(jī)房建設(shè)能耗，其屬于一次性能耗，在基站建成投入使用階段便無須考慮。

因此，對通信基站進(jìn)行節(jié)能減排評估時，可以對這5個主要的構(gòu)成要素進(jìn)行分析。

2.2 通信基站能耗模型

通過對通信基站能耗主要構(gòu)成要素的分析，除去一次性的機(jī)房建設(shè)能耗之外，通信基站的能耗主要由基站主設(shè)備、環(huán)境設(shè)備、供電系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備這4個方面的因素決定。由此，給出了如圖1所示的通信基站能耗模型[6]。

3 通信基站節(jié)能減排能效評估指標(biāo)體系

3.1 通信基站節(jié)能減排能效評估指標(biāo)體系構(gòu)建

通過上述分析，通信基站能耗主要由基站主設(shè)備、環(huán)境設(shè)備、供電系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備這4個方面的因素決定，其中，機(jī)房環(huán)境設(shè)備、供電系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備構(gòu)成了通信基站的配套設(shè)備。因此，可以將通信基站看作是由基站主設(shè)備和基站配套設(shè)備兩個部分構(gòu)成。這樣，在對通信基站進(jìn)行節(jié)能減排效能評估時，可將基站主設(shè)備能效、配套設(shè)備能效這兩個要素定為一級評價指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)而細(xì)分，并結(jié)合國際上常用的通信業(yè)能效相關(guān)指標(biāo)，得到衡量這兩個要素的二級指標(biāo)，因此，可以構(gòu)建通信基站節(jié)能減排能效評估指標(biāo)體系，見表1。

表1 通信基站節(jié)能減排評估指標(biāo)體系

（1）半載業(yè)務(wù)量

半載業(yè)務(wù)量是指基站配置業(yè)務(wù)量的一半，配置業(yè)務(wù)量指通信基站設(shè)備軟硬件配置所能支持的最大業(yè)務(wù)量，可根據(jù)無線信道配置數(shù)量，按照取定的呼損指標(biāo)，查找erl B表計算，對于混合業(yè)務(wù)可通過等效愛爾蘭法、后愛爾蘭法和坎 貝 爾 法 計 算[7，8]。

圖1 通信基站機(jī)房能耗模型

（2）半載單位業(yè)務(wù)量能耗

半載單位業(yè)務(wù)量能耗是指基站主設(shè)備能耗與半載業(yè)務(wù)量之比，即：

（3）實際單位業(yè)務(wù)量能耗

實際單位業(yè)務(wù)量能耗是指基站主設(shè)備能耗與實際業(yè)務(wù)量之比，即：

（4）通信基站 PUE

通信基站PUE是指基站總能耗與基站主設(shè)備能耗之比，即：

3.2 指標(biāo)權(quán)重確定

一般來講，評估指標(biāo)體系確定后，首先要確定各級指標(biāo)的權(quán)重，目前通用的指標(biāo)權(quán)重獲取方法主要有：專家調(diào)研法、二元比較法、客觀計算的、方法等，這里采用了專家調(diào)研的方法來獲得權(quán)重。根據(jù)專家調(diào)查問卷統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果，可以得到P1、P2、P3指標(biāo)的權(quán)重向量為：

3.3 指標(biāo)基準(zhǔn)值測算

根據(jù)二級指標(biāo)討論情況，其基準(zhǔn)值（即度量標(biāo)尺）主要有單位業(yè)務(wù)量能耗基準(zhǔn)值和通信基站PUE基準(zhǔn)值，具體測算方法如下。

（1）單位業(yè)務(wù)量能耗基準(zhǔn)值的測算方法

· 單位業(yè)務(wù)量能耗基準(zhǔn)值計算

取各廠家通信基站主設(shè)備能耗的最優(yōu)值作為基準(zhǔn)，測算單位業(yè)務(wù)量能耗基準(zhǔn)值，其計算公式如下：

· 各廠家基站主設(shè)備能耗最優(yōu)值的確定

各廠家基站主設(shè)備能耗最優(yōu)值參考業(yè)界對現(xiàn)網(wǎng)各主流設(shè)備的實際測試結(jié)果，選取最優(yōu)能耗值作為評價基準(zhǔn)。以GSM網(wǎng)絡(luò)為例，根據(jù)某運(yùn)營商對各主流GSM設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的能耗測試情況，基站主設(shè)備耗電量見表2。

按照以上結(jié)果，以能耗最低的廠家1單載頻能耗可以計算出GSM典型基站S2/2/2設(shè)備能耗為810 W，按照2%的呼損計算，該站型配置話務(wù)量為24.6 erl（根據(jù)配置業(yè)務(wù)信道數(shù)查erl B表），以此來表征基站配置業(yè)務(wù)量，從而可測算出GSM半載單位業(yè)務(wù)量能耗基準(zhǔn)值為0.06585度/erl。

表2 某運(yùn)營商基站主設(shè)備耗電量統(tǒng)計

（2）通信基站PUE基準(zhǔn)值的確定

大家知道，PUE指標(biāo)的理想值為1，即基站主設(shè)備的能耗與基站總能耗相等，也就是說，基站配套設(shè)備不耗電，但實際通信基站的總能耗中，環(huán)境設(shè)備的能耗可以為0，而電源、傳輸和照明等設(shè)備的能耗不可能為0，總占有一定的比例，經(jīng)測算，在環(huán)境設(shè)備能耗為0的情況下，電源、傳輸照明等配套設(shè)備能耗約占基站總能耗的10%左右。因此，這里取通信基站PUE基準(zhǔn)值為1.1。

4 通信基站節(jié)能減排能效評估方法

4.1 通信基站節(jié)能減排能效評估模型

基于以上評估指標(biāo)體系的分析，可得到通信基站節(jié)能減排能效評估模型如圖2所示。

圖2 通信基站節(jié)能減排評估模型

模型中，半載單位業(yè)務(wù)量能耗用來評估基站主設(shè)備產(chǎn)品自身能效（P1），實際單位業(yè)務(wù)量能耗用來評估基站實際使用能效（P2），P1和P2的綜合評價構(gòu)成基站主設(shè)備能效評估（B1）。另外，通信基站PUE（P3）用來評估基站配套設(shè)備能效 (B2)，B1和B2的綜合評價構(gòu)成通信基站節(jié)能減排效能評估結(jié)果。

4.2 通信基站節(jié)能減排能效評估方法

設(shè)Ai為某個待評估的通信基站，具體評估方法如下。

第一步，數(shù)據(jù)采集測算。

根據(jù)采集到的樣本數(shù)據(jù)，測算通信基站的半載單位業(yè)務(wù)量能耗、實際單位業(yè)務(wù)量能耗以及通信基站PUE。

第二步，基站主設(shè)備能效評價。

第三步，基站配套設(shè)備能效評價。

第四步，通信基站節(jié)能減排效能綜合評價。

4.3 評估方法實測例證

為驗證基站能效評估方法，選擇某運(yùn)營商在網(wǎng)運(yùn)行典型基站進(jìn)行了測試評估，具體如下。

（1）被測對象

被測基站具體情況見表3。

（2）測試方法

測試時間為2010年9至10月，室外溫度為20～25℃，測試方法采取掛表分路測量方式，實際測量基站總能耗與主設(shè)備能耗，測算基站PUE值，按照基站硬件配置測算配置業(yè)務(wù)量,按照測試期間網(wǎng)管統(tǒng)計業(yè)務(wù)量記取實際業(yè)務(wù)量。

（3）測試數(shù)據(jù)及綜合評分

測試數(shù)據(jù)及綜合評分結(jié)果見表4。

（4）評估結(jié)果分析

從各項得分來看，P1得分中基站2最高，體現(xiàn)出了設(shè)備優(yōu)勢，但P2得分統(tǒng)一較高，說明主設(shè)備產(chǎn)品自身能耗相差不大，在目前技術(shù)情況下節(jié)能空間有限；P2得分普遍較低，失分嚴(yán)重，這是因為業(yè)務(wù)負(fù)載率普遍較低，建議開啟主設(shè)備軟件節(jié)能技術(shù)，提高單位業(yè)務(wù)量能效指標(biāo)；B2得分中基站1和基站4得分較高，基站1得益于機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，同時又有一臺空調(diào)關(guān)閉，PUE較低，基站4得益于“機(jī)房升溫+電池恒溫柜”節(jié)能技術(shù)，PUE較低，建議對基站2、3和5引入自然冷源節(jié)能技術(shù)，以改善PUE值，提高B2得分。

表3 被測基站相關(guān)信息

表4 測試數(shù)據(jù)及綜合評分

綜合來看，基站1得分最高，主要體現(xiàn)在PUE值較低，業(yè)務(wù)負(fù)載率較高；基站 3和5，得分較低，主要體現(xiàn)在PUE值高，業(yè)務(wù)負(fù)載率太低；基站4雖然業(yè)務(wù)負(fù)載率較低，但由于機(jī)房使用了升溫技術(shù)，改善了PUE值，所以總體得分適中。

從以上分析可以看出，各項評估得分以及基站綜合得分，基本與實際相符，體現(xiàn)了產(chǎn)品優(yōu)勢、實際使用以及節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用情況等，可以滿足通信基站節(jié)能評估要求。

5 結(jié)束語

通信業(yè)已作為重點用能單位納入國家節(jié)能減排重點監(jiān)管范圍，而通信基站具有數(shù)量多、能耗占比大、節(jié)能潛力大的特點，必將成為通信業(yè)節(jié)能減排的重點。實測表明：通信基站節(jié)能減排能效評估指標(biāo)體系及評估方法，可以有效量化基站節(jié)能指標(biāo)、查找基站高能耗問題所在、評價節(jié)能減排工作成效，為通信基站節(jié)能減排的科學(xué)評估提供可參考的依據(jù)，對通信基站節(jié)能減排監(jiān)管、能效分級標(biāo)準(zhǔn)的建立以及節(jié)能減排新技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新具有積極的推進(jìn)意義。

1 彭軍.推動“綠色行動計劃”營造健康產(chǎn)業(yè)環(huán)境.通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，2010（4）：26～38

2 國際節(jié)能測量和認(rèn)證規(guī)程委員會.國際節(jié)能效果測量和驗證規(guī)程（IPMVP），2002(3)

3 VZ TPR,9205.Verzion NEBSTM compliance：energy efficiency requirements for telecommunications equipment verzion technical purchasing,2008

4 秦延奎等.電信行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)、方法與案例.北京：人民郵電出版社，2010

5 編委會.綠色行動計劃——系統(tǒng)科學(xué)與中國移動節(jié)能減排實踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

6 吳京文.通信電源與機(jī)房環(huán)境節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系研究.通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，2010（4）：13～19

7 張慧瑜,杜明輝.WCDMA系統(tǒng)混合業(yè)務(wù)下的小區(qū)容量預(yù)測與仿真.微計算機(jī)信息,2006(22):186～187

8 楊暢.TD-SCDMA室分設(shè)計中的容量估算及小區(qū)配置.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2009(9):42～46