3G基站产品功耗测试方法

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一.前言

随着三张3G运营牌照的发放,3G网络建设正在如火如荼的进行中,同时2G网络的扩容优化也在根据市场需求有条不紊的进行着,随着网络的快速扩张,运营商对能耗需求不断加大。中国移动和中国联通的运维支出报告显示:仅2007年中国移动电费支出就达76亿元人民币,中国联通也高达45亿元,电费支出几乎占据了两家移动运营商80%以上的运维费用。这个数字还在随着中国移动和中国联通3G网络的快速发展而迅猛增长。根据中国移动内部提供的耗能分析图表显示,目前基站耗能占据73%,这其中基站主设备耗电占据51%,基站空调耗电占据46%,其他配套设备耗电3% 。移动基站产品作为耗能大户,如何准确地对其进行功耗测试,对于运营商和设备商寻求降低能耗的方法实现节能减排目标有着十分重要的意义。

事实上,在全球节能减排的大趋势下,通过对移动运营商生产需求分析,设备制造商们很早就意识到基站耗能指标对于运营商的重要性,在一些知名设备商内部,比如爱立信,都有非常完备的专门针对基站能耗的测试方法和设备。

基站的实时能耗受到多种因素的影响,基站所处的环境(温度,湿度),基站安装位置和散热方式,载频的配置和业务量,基站供电电源等,都会对基站的实时能耗造成比较大的变化。总体来说,基站耗能测试方法可以分为两大类,一类是实验室测试,在实验室搭建测试环境,模拟实际运行的配置和业务;第二类是规模组网条件下站点实地测试,完全真实的基站运行环境和业务加载。设备商在产品研发阶段,以及运营商在建网初期对入网产品能耗进行评估多用第一种方法,比如目前中国移动已经组织各大TD-SCDMA基站产品厂商在中国移动通信研究院进行了两轮实验室功耗测试。第二类方法主要被用在成熟的商用网络中,比如中国移动GSM设备能耗以及节能测试。可以预见在3G商用网络运营成熟后,站点实地功耗测试方案将会被运营商广泛采用。

二、3G移动基站功耗整体测试方案及配置

对于一体化基站和分布式基站基带处理单元,常用实际的整机功率来衡量其指定工作状态下的功耗,也就是在指定工作状态下基站的输入电压乘以电流;对于分布式基站射频单元,实际应用中用整机效率来衡量其在指定工作状态下的功耗,即机顶总功率在整机功耗中所占百分比。无论是哪种类型的基站,能耗测试本质上是测量设备在指定工作状态下其输入的供电电压和电流值。

2.1功耗测试原理图

在实验室进行测试时,RNC及CN可以由Simulator代替。辅助设备主要包括业务加载工具(拨打工具,信号源等)以及射频通道开关,频谱仪等

2.2测试工具:

万用表(测量电压),嵌流表(测量基站电流),Agilent34970(长时间记录电流值),功率计,信号源与频谱仪(实验室测试用)

2.3测试环境:

保证与实际基站运行环境的一致性,候测基站环境指标为:温度范围(22℃~26℃),湿度(50%~70%)。

2.4测试配置:

测试时应根据基站每块基带板能够支持的载波数及整个基站能够支持的最大载波数,对基站进行不同的小区和载频配置,例如,每块基带板最多支持6载波,一个基站最多可支持三块基带板也就是18载波,那么基站载频一般配置为1x6,2x6和3x6,并在各种不同的载扇配置下面,对业务信道进行0%(空载),50%,80%,100%(满载)加载,记录每种配置下基站的电压电流值。对现网设备的功耗测试,也可以根据运营商实际的网络运营情况指定典型的载扇配置和业务量加载。

三.测试方法优化分析:

根据前期运营商组织的几轮功耗测试结果来看,爱立信的基站耗能呈现出了良好的梯度,即基站设备功耗均会随着无线设备所带负载值的增加而呈现出线性上升,功耗的梯度分布特性为运营商后期选用软件节能方案提供了良好的技术参考。此外在基站高负荷运行时,射频单元功放的非线性缺陷会被放大,因此在测试基站满负荷运行功耗时,同时监测ACLR等射频指标可以有效的考查射频单元的性能。

对基站各模块耗能分布进行分析发现,相当大一部分电能消耗在了基站内部散热系统(风扇、空调)上,因此为了获取准确的测试结果,被测基站所处的环境温度和湿度,必须能够代表绝大多数基站的运行环境,而且基站安装方式应与实际安装情况一致。这样被测基站的散热系统工作方式才具有典型的代表意义。实际上,基站的功耗测试与环境测试相结合的起来也是一种值得尝试的方案。

为了使被测基站的能耗指标对运营商网络运维和设备商产品设计具有指导意义,基站应该具备丰富软硬件控制接口从而获得各个软硬件模块的实际能耗值。这就要求在系统设计阶段就要充分考虑产品各个模块能耗指标及测试可行性。爱立信基站产品研发部门一向都很重视其产品的能耗指标,在系统设计阶段就已经明确规定了各个模块的能耗参数和相应的测试接口。

四.结束语

综上所述,设备商在产品设计开发阶段,应规范设备内部各模块的能耗指标并以此作为设计方案和元器件选型的重要依据。由于运行环境对于基站内部散热系统耗能影响较大,因此在功耗测试阶段,各厂商被测基站所处的运行环境应该得到规范并做到一致性;在满负荷功耗测试期间同时监测部分射频性能指标,能够有效的考查射频单元器件的线性特性。功耗测试不仅要考查基站设备整体耗能指标,更应重视基站在不同业务配置下面能耗指标的梯度表现,这将成为后期运营商选取软件节能方案的重要参考。

随着新一代移动通信网络建设和运营,3G移动基站产品能耗测试必将是一项长期的、有着重要实际意义的工作,它将贯穿于网络设备选型、日常维护、技术改造等各环节。我们应综合产品自身性能特点,工作环境、现网业务运营特性等因素,制定科学有效的测试方案。

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