白昱 劉旭

摘要為達到節(jié)能減排的目的，文章首先介紹了直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排整體思路，針對直放站及配套產(chǎn)品的設計及其減排效能、材料選擇、工程應用等方面進行了分析。

關鍵詞直放站配套產(chǎn)品節(jié)能減排DPD持續(xù)再生能源危險廢物

1引言

通信行業(yè)年耗電量已達300億千瓦時以上，隨著用戶規(guī)模進一步擴大和業(yè)務量迅猛增長，電信業(yè)的耗電仍將保持較快增長。通信產(chǎn)業(yè)中節(jié)能潛力最大的，一個是機房，另一個則是無線基站。為了達到節(jié)能減排的目標，運營商各種主設備及相關設備幾乎均已實施了各種措施并取得了非常不錯的效果，下一步必然會延伸到直放站等配套網(wǎng)絡覆蓋產(chǎn)品上。所以本文針對直放站及配套產(chǎn)品的設計、材料選擇、設計使用、回收處理等方面進行分析，希望能對此類產(chǎn)品的節(jié)能減排提供一些借鑒。

2直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排整體思路

為了滿足運營商對設備節(jié)能減排新的需求，直放站及配套廠家紛紛在產(chǎn)品設計、研發(fā)和生產(chǎn)上有所突破或改良。小型化、低功耗以及清潔能源的應用成了直放站設計的趨勢，直放站在附加功能上也趨于簡單、實用和可靠；為了提高直放站的工作效率，采用了如數(shù)字預失真、低壓器件等一些新技術與設備；在材料應用方面，大量采用無鉛的元器件、可回收利用的材料；在使用替代能源方面，主要采用太陽能、風能等；在企業(yè)責任感方面，積極通過環(huán)境組織的認證等。

直放站及配套產(chǎn)品的節(jié)能減排要從五個方面考慮：一是從產(chǎn)品設計角度降低將來使用時電能的消耗；二是新技術和環(huán)保材料的應用；三是系統(tǒng)設計的效用最大化；四是持續(xù)再生能源的應用；五是對退役設備、廢棄材料的有效回收和處理。

3產(chǎn)品的節(jié)能減排設計

對于直放站及配套產(chǎn)品而言，從產(chǎn)品設計角度降低將來使用時電能的消耗，重點要考慮兩個方面：一是整機主要是有源放大部分設計低功耗；二是軟件及系統(tǒng)消耗方面設計低功耗。

以某10w直放站中各模塊耗能比例為例：低噪放大器模塊約4％、頻率選擇模塊約7.3％、監(jiān)控模塊約2％、功率放大模塊約86.7％?？梢?，功放模塊的效率很大程度上影響了整機耗電，如何有效地提高功放的效率是節(jié)能減排設計的重點。

傳統(tǒng)的直放站功放技術主要采用輸出功率回退法，即選用功率較大的功放管作小功率使用，實際上是以犧牲直流功耗來提高功放的線性度。在實際應用中，大多采用多管合成技術，以GSM為例，采用此功放技術的效率一般只有8％左右。

從目前研究的熱點來看，DPD(Digital Pre－Distortion，數(shù)字預失真)，再加上Doherty技術，在提高功放效率方面已經(jīng)達到了滿意的效果，至少相比純粹功率回退的方式來說足夠讓人驚喜。預失真技術是在末級功放前對輸入信號進行預處理，使輸入信號產(chǎn)生失真，其失真特性與末級功放的特性(非線性)相反，即對末級功放的非線性進行補償，達到末級功放輸出線性的目的。線性預失真功率放大器優(yōu)越性大，目前國內外采用較多。預失真器又可分為兩類：數(shù)字預失真器和模擬預失真器。數(shù)字線性預失真功率放大器是在基帶數(shù)字信號上產(chǎn)生預失真，提高末級功放輸出的線性度。

Doherty技術和DPD技術在主設備上早已有很多的商用，以DPD技術為例。其效率可以達到19％～25％。假設有1000個直放站站點，采用功率回退技術，10w功放的功耗為150w，而DPD功放則為60w；一年可節(jié)省電費為：(150-60)(功耗比較值)×1000(站點數(shù)量)×0.7(假定電費0.7元／度)×24(一天小時數(shù))×365(一年天數(shù))門000(千瓦時)=55.188萬元RMB。更高的功放效率不僅能夠達到節(jié)能減排的效果，更能為運營商節(jié)省電費、節(jié)省電源等配套設施的投資；而且由于功耗的降低、生產(chǎn)工藝的簡化，降低了整機散熱的要求，提高了設備的穩(wěn)定性。

然而，無論是單純的DPD技術，還是DPD與Doherty結合的方式，在產(chǎn)品級的實現(xiàn)上都有一定的難度，尤其

在批量生產(chǎn)方面。因此，在直放站產(chǎn)品的功放設計中，應該考慮各種可能的手段去提升功放的效率。而不只是局限于先進的DPD等技術。

軟件設計及系統(tǒng)消耗方面，近年來有類似載波池的產(chǎn)品應用，其原理是利用網(wǎng)絡業(yè)務量的變化或潮汐特點，采用時間策略或話務量檢測的方法動態(tài)地分配設備功率，從而有效地降低設備的功耗。

假設有1000個站點可以采用該類技術，以10w為例，白天12個小時最大功率輸出，晚上12個小時，5W輸出時，設備的功耗降低30w左右；2w輸出時，設備的功耗降低60w左右。5w功率運行時，一年可節(jié)省電費為：30(功耗值)×1000(站點數(shù)量)×0.7(假定電費0.7元／度)×12(一天開啟小時數(shù))×365(一年天數(shù))／1000(千瓦時)=9.198萬元RMB；2w功率運行時，一年可節(jié)省電費為18，396萬元RMB。

4新技術和環(huán)保材料的應用

半導體技術的革新和發(fā)展給直放站的設計帶來了契機，越來越多的半導體器件廠商投入力量研發(fā)低功耗的高集成度芯片，并且已經(jīng)有一些廠商率先推出了試用芯片。這些低功耗的高集成芯片能夠克服模擬多選頻設備小信號鏈路耗能巨大的缺陷，大大降低這些設備的能耗。同時，采用這些集成化芯片還可以大大減小相應模塊的尺寸，使直放站設備的應用更為方便靈活。另外，采用無源替代有源的方式對于實現(xiàn)直放站的能耗下降也有著非常重要的作用。對于一些寬帶(或者選帶)直放站來說，射頻高選擇性濾波器的使用可以在某些應用場合替換掉有源選帶模塊，使直放站節(jié)省該部分有源電路的電能消耗。從長遠來看，這一方案的實施也可以提高直放站設備運行的穩(wěn)定性。

材料環(huán)保是指用來生產(chǎn)制作產(chǎn)品的原材料是環(huán)保的；應用環(huán)保是指使用該產(chǎn)品時，達到節(jié)能不產(chǎn)生污染的環(huán)保要求。采用環(huán)保的電子元器件進行生產(chǎn)，原材料的選擇、生產(chǎn)、架構設計、制造工藝等各個方面都嚴格執(zhí)行RoHS標準；在進行產(chǎn)品規(guī)劃時充分做好技術考慮，爭取更低的二氧化碳排放，有效控制噪音、有害氣體污染；注重設備節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材設計，全程采用無污染材料生產(chǎn)。

具體到無源部分產(chǎn)品和模塊的節(jié)能減排，相關設計如：

(1)無焊接設計：使用耦合盤代替抽頭線；

(2)鍍銀優(yōu)化設計：單面鍍銀技術在腔體外表面采用導電氧化處理，保持鋁本色，免鍍銀、免噴漆，可減少銀使用量35％左右。將鍍層由Cu5Ag7優(yōu)化為Cu5Ag3，可再次降低銀的使用量57％。兩項設計共減少銀的使用量70％左右；

(3)拉模設計：所有大批量生產(chǎn)的無源器件均采用拉模設計，磨具的使用可減少腔體制作時40％的鋁用量；

(4)新材料選擇：通過大量的試驗精選出高低溫形變較小的材料，提高產(chǎn)品在各種環(huán)境下的指標穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品一致性，大大減小產(chǎn)品的返修與保費率；

(5)避免選用有害物質：所有器件在選材時均

要避免使用以下6種物質：鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、六價鉻(Cr6+)、多溴聯(lián)苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)。

在產(chǎn)品包裝材料的選型上以紙(塑)代木，包裝材料尺寸統(tǒng)一，遵從國際RoHS標準，與成熟第三方物流公司合作，縮短中間轉運環(huán)節(jié)，包裝材料循環(huán)利用等。

5系統(tǒng)設計的效用最大化

一個高效、可持續(xù)的系統(tǒng)，其核心是良好的設計。如果整個系統(tǒng)設計的能效不高，部件能效再高也難以達到預期目標。對于直放站工程設計，從一開始就要對工程建設站點進行詳細勘測，對站點及周圍通信網(wǎng)絡拓撲結構和網(wǎng)絡性能進行測試與評估，徹底了解并掌握無線性能參數(shù)環(huán)境后再進行設計。在方案設計時滿足該區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋性能要求即可，即保證滿足要求的天線入口和發(fā)射功率，盡量減少使用超過設計功率要求的大功率有源設備，這樣就可以減少能耗。

移動通信系統(tǒng)是一個24小時運行的系統(tǒng)，在深夜用戶較少時，大量使用有源設備會造成電力能源的浪費，增加溫室氣體的排放。對此，可以根據(jù)業(yè)務變化情況來進行直放站工程設計，動態(tài)地分配資源，即智能化分配資源：利用載頻池的工作原理，采用時間策略對直放站進行打開或關閉操作以及在部分時間段采用降低輸出功率等手段達到節(jié)能減排的目的。全面詳盡的網(wǎng)絡工程設計加上先進的網(wǎng)絡設備，無疑可以節(jié)約運營商的總體擁有成本和能耗。

6持續(xù)再生能源的利用

持續(xù)再生能源包括太陽能和風能等自然能源可以結合設備有效利用起來。

太陽能直放站系統(tǒng)是由太陽能作為直放站的通信電源的供電系統(tǒng)。通信電源有12V、24V、48V等，但在太陽能系統(tǒng)中考慮到內阻問題，一般采用24V供電系統(tǒng)為宜。太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能電池模組(電池板)、蓄電池、控制器和負載組成。系統(tǒng)實物連接圖如圖1：

系統(tǒng)中電池板、蓄電池和負載分別接到控制器的相應接口，由控制器控制負載的工作和蓄電池的充放電。工作原理為：白天在有光照的情況下，電池板在陽光的照射下發(fā)生光電轉換，產(chǎn)生電能并提供給負載，同時將多余的能量儲存到蓄電池中；夜間，不能進行光電轉換，則蓄電池中的電能釋放出來供給負載工作。

對于太陽能充足的地區(qū)可以由太陽能單獨供電，不充足的地區(qū)可以采用太陽能與交流混合供電方式，見表1：

有些太陽能系統(tǒng)設計僅考慮了蓄電池的自維持時間(即最長連續(xù)陰雨天)，而沒有考慮到虧電后的蓄電池最短恢復時間(即兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù))。這個問題在我國南方地區(qū)尤其應引起高度重視，這些地區(qū)陰雨天既長又多，而對于方便適用的獨立光伏電源系統(tǒng)，由于沒有應急的其他電源保護備用，所以應該將此問題納入設計中一起考慮。為延長蓄電池電量使用時間，可以考慮使用定時器，在特定時段關閉直放站。

風能與太陽能一樣，也可提供近乎免費的能源。不過，現(xiàn)代風能產(chǎn)業(yè)傾向于發(fā)展超大型的風力渦輪機，對于無線通信設備這樣的較低功耗單位，找到一個經(jīng)濟合算的解決方案并不容易。而且安裝巨大的槳葉和風力渦輪機必須建設額外的鐵塔，需要占用更多的場地空間。

長期以來，為了提高用戶滿意度，運營商一直在增加網(wǎng)絡覆蓋，這就造成了公路和基礎設施建設、燃料運輸以及安全保障等方面的成本持續(xù)上漲。隨著無線站點的功耗越來越低，采用替代能源，無論是在技術上還是經(jīng)濟上都變得越來越有吸引力。

7設備及危險廢棄物的回收

對于已經(jīng)退役的設備可以考慮采用廠家回收的方式，將廢舊材料充分利用起來。同時危險廢物因其會對環(huán)境及人體造成嚴重影響，因而必須妥善處理。根據(jù)國家和地方的環(huán)保法律法規(guī)規(guī)定：產(chǎn)生危險廢物的單位必須按規(guī)定將危險廢物進行集中處理，安排專人負責危險廢物的收集和管理工作；待運危險廢物要設置專門容器貯存；危險廢物必須交由具有相應資格的單位進行收集、運輸、處理和處置。如任意扔棄或填埋，會造成土壤的嚴重污染，甚至滲入地下水危及人體健康，給人類社會造成環(huán)境危機。

8小結

以上僅對直放站及配套產(chǎn)品從設計到使用過程中的部分可能達到節(jié)能減排效果的地方進行了淺析，今后還需通過大家共同的努力，對直放站及配套產(chǎn)品進行更多節(jié)能減排改進，通過資源的節(jié)約、能耗的降低和成本的下降，實現(xiàn)共贏，和諧成長，為創(chuàng)造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出貢獻。