3G基站產(chǎn)品功耗測試方法探討

一.前言

隨著三張3G運(yùn)營牌照的發(fā)放，3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在如火如荼的進(jìn)行中，同時(shí)2G網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容優(yōu)化也在根據(jù)市場需求有條不紊的進(jìn)行著，隨著網(wǎng)絡(luò)的快速擴(kuò)張，運(yùn)營商對能耗需求不斷加大。中國移動和中國聯(lián)通的運(yùn)維支出報(bào)告顯示：僅2007年中國移動電費(fèi)支出就達(dá)76億元人民幣，中國聯(lián)通也高達(dá)45億元，電費(fèi)支出幾乎占據(jù)了兩家移動運(yùn)營商80%以上的運(yùn)維費(fèi)用。這個數(shù)字還在隨著中國移動和中國聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展而迅猛增長。根據(jù)中國移動內(nèi)部提供的耗能分析圖表顯示，目前基站耗能占據(jù)73%，這其中基站主設(shè)備耗電占據(jù)51%，基站空調(diào)耗電占據(jù)46%，其他配套設(shè)備耗電3% 。移動基站產(chǎn)品作為耗能大戶，如何準(zhǔn)確地對其進(jìn)行功耗測試，對于運(yùn)營商和設(shè)備商尋求降低能耗的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)有著十分重要的意義。

事實(shí)上，在全球節(jié)能減排的大趨勢下，通過對移動運(yùn)營商生產(chǎn)需求分析，設(shè)備制造商們很早就意識到基站耗能指標(biāo)對于運(yùn)營商的重要性，在一些知名設(shè)備商內(nèi)部，比如愛立信，都有非常完備的專門針對基站能耗的測試方法和設(shè)備。

基站的實(shí)時(shí)能耗受到多種因素的影響，基站所處的環(huán)境(溫度，濕度)，基站安裝位置和散熱方式，載頻的配置和業(yè)務(wù)量，基站供電電源等，都會對基站的實(shí)時(shí)能耗造成比較大的變化。總體來說，基站耗能測試方法可以分為兩大類，一類是實(shí)驗(yàn)室測試，在實(shí)驗(yàn)室搭建測試環(huán)境，模擬實(shí)際運(yùn)行的配置和業(yè)務(wù);第二類是規(guī)模組網(wǎng)條件下站點(diǎn)實(shí)地測試，完全真實(shí)的基站運(yùn)行環(huán)境和業(yè)務(wù)加載。設(shè)備商在產(chǎn)品研發(fā)階段，以及運(yùn)營商在建網(wǎng)初期對入網(wǎng)產(chǎn)品能耗進(jìn)行評估多用第一種方法，比如目前中國移動已經(jīng)組織各大TD-SCDMA基站產(chǎn)品廠商在中國移動通信研究院進(jìn)行了兩輪實(shí)驗(yàn)室功耗測試。第二類方法主要被用在成熟的商用網(wǎng)絡(luò)中，比如中國移動GSM設(shè)備能耗以及節(jié)能測試?？梢灶A(yù)見在3G商用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成熟后，站點(diǎn)實(shí)地功耗測試方案將會被運(yùn)營商廣泛采用。

二、3G移動基站功耗整體測試方案及配置

對于一體化基站和分布式基站基帶處理單元，常用實(shí)際的整機(jī)功率來衡量其指定工作狀態(tài)下的功耗，也就是在指定工作狀態(tài)下基站的輸入電壓乘以電流;對于分布式基站射頻單元，實(shí)際應(yīng)用中用整機(jī)效率來衡量其在指定工作狀態(tài)下的功耗，即機(jī)頂總功率在整機(jī)功耗中所占百分比。無論是哪種類型的基站，能耗測試本質(zhì)上是測量設(shè)備在指定工作狀態(tài)下其輸入的供電電壓和電流值。

2.1功耗測試原理圖

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試時(shí)，RNC及CN可以由Simulator代替。輔助設(shè)備主要包括業(yè)務(wù)加載工具(撥打工具，信號源等)以及射頻通道開關(guān)，頻譜儀等

2.2測試工具：

萬用表(測量電壓)，嵌流表(測量基站電流)，Agilent34970(長時(shí)間記錄電流值)，功率計(jì)，信號源與頻譜儀(實(shí)驗(yàn)室測試用)

2.3測試環(huán)境：

保證與實(shí)際基站運(yùn)行環(huán)境的一致性，候測基站環(huán)境指標(biāo)為：溫度范圍(22℃～26℃)，濕度(50%～70%)。

2.4測試配置：

測試時(shí)應(yīng)根據(jù)基站每塊基帶板能夠支持的載波數(shù)及整個基站能夠支持的最大載波數(shù)，對基站進(jìn)行不同的小區(qū)和載頻配置，例如，每塊基帶板最多支持6載波，一個基站最多可支持三塊基帶板也就是18載波，那么基站載頻一般配置為1x6,2x6和3x6，并在各種不同的載扇配置下面，對業(yè)務(wù)信道進(jìn)行0%(空載)，50%，80%，100%(滿載)加載，記錄每種配置下基站的電壓電流值。對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的功耗測試，也可以根據(jù)運(yùn)營商實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營情況指定典型的載扇配置和業(yè)務(wù)量加載。

三.測試方法優(yōu)化分析：

根據(jù)前期運(yùn)營商組織的幾輪功耗測試結(jié)果來看，愛立信的基站耗能呈現(xiàn)出了良好的梯度，即基站設(shè)備功耗均會隨著無線設(shè)備所帶負(fù)載值的增加而呈現(xiàn)出線性上升，功耗的梯度分布特性為運(yùn)營商后期選用軟件節(jié)能方案提供了良好的技術(shù)參考。此外在基站高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，射頻單元功放的非線性缺陷會被放大，因此在測試基站滿負(fù)荷運(yùn)行功耗時(shí)，同時(shí)監(jiān)測ACLR等射頻指標(biāo)可以有效的考查射頻單元的性能。

對基站各模塊耗能分布進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)大一部分電能消耗在了基站內(nèi)部散熱系統(tǒng)(風(fēng)扇、空調(diào))上，因此為了獲取準(zhǔn)確的測試結(jié)果，被測基站所處的環(huán)境溫度和濕度，必須能夠代表絕大多數(shù)基站的運(yùn)行環(huán)境，而且基站安裝方式應(yīng)與實(shí)際安裝情況一致。這樣被測基站的散熱系統(tǒng)工作方式才具有典型的代表意義。實(shí)際上，基站的功耗測試與環(huán)境測試相結(jié)合的起來也是一種值得嘗試的方案。

為了使被測基站的能耗指標(biāo)對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和設(shè)備商產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，基站應(yīng)該具備豐富軟硬件控制接口從而獲得各個軟硬件模塊的實(shí)際能耗值。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就要充分考慮產(chǎn)品各個模塊能耗指標(biāo)及測試可行性。愛立信基站產(chǎn)品研發(fā)部門一向都很重視其產(chǎn)品的能耗指標(biāo)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)明確規(guī)定了各個模塊的能耗參數(shù)和相應(yīng)的測試接口。

四.結(jié)束語

綜上所述，設(shè)備商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段，應(yīng)規(guī)范設(shè)備內(nèi)部各模塊的能耗指標(biāo)并以此作為設(shè)計(jì)方案和元器件選型的重要依據(jù)。由于運(yùn)行環(huán)境對于基站內(nèi)部散熱系統(tǒng)耗能影響較大，因此在功耗測試階段，各廠商被測基站所處的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該得到規(guī)范并做到一致性;在滿負(fù)荷功耗測試期間同時(shí)監(jiān)測部分射頻性能指標(biāo)，能夠有效的考查射頻單元器件的線性特性。功耗測試不僅要考查基站設(shè)備整體耗能指標(biāo)，更應(yīng)重視基站在不同業(yè)務(wù)配置下面能耗指標(biāo)的梯度表現(xiàn)，這將成為后期運(yùn)營商選取軟件節(jié)能方案的重要參考。

隨著新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營，3G移動基站產(chǎn)品能耗測試必將是一項(xiàng)長期的、有著重要實(shí)際意義的工作，它將貫穿于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、日常維護(hù)、技術(shù)改造等各環(huán)節(jié)。我們應(yīng)綜合產(chǎn)品自身性能特點(diǎn)，工作環(huán)境、現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營特性等因素，制定科學(xué)有效的測試方案。