Главная
АИ #10 (192)
Статьи журнала АИ #10 (192)
Пути повышения энергоэффективности подсистемы базовых станций сетей сотовой связ...

Пути повышения энергоэффективности подсистемы базовых станций сетей сотовой связи

Рубрика

Технические науки

Ключевые слова

энергосбережение
сотовая связь
базовые станции
энергоэффективность
электроснабжение
затраты
энергосберегающие технологии

Аннотация статьи

В данной работе определена структура затрат в подсистеме сотовой связи, приводятся современные тенденции повышения энергоэффективности подсистемы базовых станций, дан обзор различных подходов к снижению энергопотребления базовой станции.

Текст статьи

Для базовых станций (БС) затраты, связанные с их эксплуатацией, делятся на три группы: затраты на эксплуатацию оборудования, затраты на эксплуатацию антенно-мачтовых сооружений, затраты на эксплуатацию линий связи.

В каждой из групп можно выделить затраты на снабжение электроэнергией, поскольку они составляют от общих около 70%.

Выделяются два основных направления повышения энергоэффективности подсистемы базовых станций:

  1. Снижение энергопотребления базовой станции.
  2. Использование альтернативных источников электроэнергии.

Снижение энергопотребления базовой станции не может быть бесконечным, поэтому применение альтернативных источников энергии становится все более оправданным, однако в целом их применение достаточно ограничено на практике.

Можно отметить следующие пути снижения энергопотребления [1].

Обновление устаревшего оборудования

Электронное оборудование постоянно совершенствуется, современные базовые станции обладают меньшим энергопотреблением за счет лучшей оптимизации работы передатчиков, совершенствования цифровых модулей и т. д. При этом совершенствование происходит как на уровне элементарной базы, в том числе при использовании специально разработанных усилителей с меньшими потерями энергии, при переходе к цифровой обработке сигналов, так и за счет совершенствования схем подавления помех, распределения доступных частот и т. д. [2, с. 4281-4310].

Например, в стандартах четвертого поколения предусмотрена возможность варьировать ширину используемого спектра под конкретный уровень нагрузки и шума. Совершенствуется и вспомогательное оборудование. Так, например, КПД современных блоков питания доходит до 95% по сравнению с 80% для более старых модификаций, интерес представляет также использование энергосберегающих ламп для обозначения вышек базовых станций.

Системы динамического энергосбережения (Dynamic Energy Saving, Power Saving Mode)

Эта технология позволяет отключать или переводить в режим энергосбережения неиспользуемые модули базовых станций. Система динамического энергосбережения может работать на разных уровнях: отключение радиоблоков или отдельных модулей БС, отключение частот, отдельных услуг [3, с. 1-6]. Системы сотовой связи проектируются исходя из максимальной плотности абонентов, на основе которой определяется необходимая емкость базовых станций (число радиоблоков). Поэтому, если в зависимости от времени суток число активных абонентов претерпевает сильные изменения, емкость базовых станций в течение некоторых периодов времени не используется полностью. Системы динамического энергосбережения позволяют отключать неиспользуемые радиоблоки, что снижает суточное энергопотребление на 10–15% в зависимости от условий работы станции [4, с. 145-164].

Дальнейшее развитие подхода динамического энергосбережения – отключение части базовых станций (при наличии избыточного покрытия) [5, с. 56-61]. В этом случае система энергосбережения работает уже на уровне участка сети сотовой связи. Применение данного подхода возможно только на территориях с избыточным покрытием, иначе часть местности выпадет из зоны покрытия сети. Как правило, такая избыточность возникает естественным образом, когда емкость сети в местах скопления абонентов наращивается за счет размещения дополнительных базовых станций. Второй путь к созданию искусственной избыточности состоит в использовании ретрансляторов [5, с. 56-61].

Выносные радиоблоки и распределенные антенные системы

Потребление базовой станции можно снизить за счет использования выносных радиоблоков и распределённых антенных систем (Distributed Antenna Systems, DAS) [4, с. 145-164]. Выносные радиоблоки устанавливаются на вышке непосредственно рядом с антеннами, остальное оборудование размещается у основания вышки. При такой компоновке значительно уменьшается длина линий радиопередач (фидеров), что снижает их стоимость и уменьшает потери при передаче радиосигнала к антенне. Кроме того, снижается нагрузка на систему охлаждения, поскольку радиоблоки вынесены за пределы контейнера базовой станции.

В случае использования распределенной антенной системы вместо традиционных секторальных антенн используются выносные узлы DAS, располагаемые так, чтобы обеспечить нужное покрытие. Распределенная антенная система может строиться на основе фидеров и пассивных разделителей сигнала или на основе активных повторителей сигнала (репитеров). Такие системы часто применяются для обеспечения связи в метрополитене, в крупных торговых центрах.

Совершенствование вспомогательных систем

Вспомогательное оборудование базовой станции включает систему охлаждения и систему питания. Типовая система охлаждения базовой станции построена на основе бытовой сплит-системы. Наиболее чувствительным к температуре оборудованием, размещенным внутри контейнера, являются аккумуляторы источника бесперебойного питания. Поэтому от системы охлаждения требуется поддержание температуры порядка +18–23°C. В то же время остальное оборудование базовой станции может работать в более широком диапазоне температур. Путей снижения энергопотребления несколько:

  • можно повысить максимально допустимую температуру внутри контейнера, но в ущерб сроку службы батарей;
  • использовать естественное охлаждение. Этот подход особенно эффективен в случае «достаточно холодного» климата;
  • использовать индивидуальную систему охлаждения для аккумуляторных батарей;
  • переход от аккумуляторных батарей к топливным элементам [6, с. 77].

Топливный элемент представляет собой устройство, напрямую преобразующие химическую энергию в электрическую.

Однако, в настоящее время обычно устанавливают комплексную систему, состоящую из вентилятора охлаждения внешним воздухом и сплит-системы, причем кондиционер включается только, если естественного охлаждения оказывается недостаточно.

Размер энергопотребления конкретной базовой станции сильно зависит от состава оборудования. В базовой станции располагается основное оборудование станции, его нормальная работа обеспечивается вспомогательным оборудованием: системой питания, включающей также блок бесперебойного питания с аккумуляторами, и система климат-контроля. В зависимости от числа радиомодулей максимальное энергопотребление базовой станции стандарта GSM составляет от 2–3 кВт (1 радимодуль) до 5–6 кВт (6 радиомодулей) [7, с. 85].

При этом в случае сокращения энергопотребления основного оборудования уменьшается тепловыделение, что вызывает уменьшение энергозатрат на охлаждение, в результате снижаются требования к системе питания и емкости аккумуляторов. Таким образом, снижение энергопотребления основного оборудования на 1 Вт ведет к снижению потребления на уровне всей системы на более значительную величину.

Заключение

В настоящее время, кроме приведенных методов повышения энергоэффективности, разрабатываются и технологии использования ретрансляторов. Кроме того, целесообразно совершенствование вспомогательных систем, включающих в себя систему охлаждения и систему питания. Можно повысить максимально допустимую температуру внутри помещения, но в ущерб сроку службы батарей, а также использовать естественное охлаждение. Этот подход особенно эффективен в случае “достаточно холодного” климата. Дальнейшим развитием подобных систем охлаждения является использование индивидуальной системы охлаждения для аккумуляторных батарей [7, с. 85].

Список литературы

  1. Уруваев Д. Энергосберегающие технологии на практике. – 2012. – URL: http://habrahabr.ru/company/beeline/blog/154423.
  2. Lorincz J., Garma T., Petrovic G. Measurements and modelling of base station power consumption under real traffic loads // Sensors. – 2012. – no. 12. – P. 4281-4310.
  3. Dimming cellular networks / D. Tripper, A. Rezgui, P. Krishnamurthy, P. Pacharintankul // Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM), Pittsburgh, PA, USA, 6–10 December 2010. – 2010. – P. 1-6.
  4. Lubritto C. Telecommunication power system: energy saving, renewable sources and environmental monitoring // Trends in Telecommunications Technologies. – InTech, 2010. – P. 145-164.
  5. Toward dynamic energy-efficient operation of cellular network infrastructure / Eunsung Oh, Bhaskar Krishnamachari, Xin Liu, Zhisheng Niu // IEEE Communications Magazine. – 2011. – Vol. 49, no. 6. – P. 56-61.
  6. Вишневский Е.П., Салин М. Фрикулинг и топливные элементы для телекома // ИКС. – 2009. – № 5. – С. 77. – URL: http://www.iksmedia.ru/issue/2009/5/2670200.html.
  7. Вишневский Е.П., Салин М. Естественное охлаждение на базовых станциях // ИКС. – 2011. – № 04. – С. 85. – URL: http://www.iksmedia.ru/issue/2011/4/3720471.html.

Поделиться

425

Нуградинов А. О. Пути повышения энергоэффективности подсистемы базовых станций сетей сотовой связи // Актуальные исследования. 2024. №10 (192). Ч.I.С. 14-16. URL: https://apni.ru/article/8708-puti-povisheniya-energoeffektivnosti-podsiste

Похожие статьи

Актуальные исследования

#30 (212)

Прием материалов

20 июля - 26 июля

осталось 5 дней

Размещение PDF-версии журнала

31 июля

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

13 августа