基于SDR 集群專網通信系統節能技術

1 技術名稱

基于SDR 集群專網通信系統節能技術

2 技術所屬領域及適用范圍

通信行業、無線專網通信領域，包括2G/3G/4G集群產品、2+4 寬窄帶融合集群產品、應急通信/便攜通信產品等

3 與該技術相關的能耗及碳排放現狀

傳統的集群基站采用信道機方案，功耗大、體積大，需要專用機房和空調設備，耗電量巨大。以一個站點典型四載波配置為例，單個信道機功耗250 W，基站設備工作功耗需要1 000 W，配備1個3P 空調，功耗2 500 W，每個基站每年需要3 萬kWh，采用新型 SDR 軟基站技術，功耗可降低到450 W，具有較大的節能潛力。

4 技術內容

1)技術原理

采用數字中頻多載波合路技術減少功率放大器的使用數量，采用限制峰值功率和數字預失真對消技術提高功放效率，從而整體降低基站功率放大器的能耗。 同時，光纖傳輸和緊湊的硬件結構使得設備可適應室外安裝和自然散熱，減少機房面積和空調能耗，進一步實現節能。

2)關鍵技術

（1）SDR 分布式基站技術

將 SDR（Software Defined Radio，軟件定義無線電）基站的基帶單元和射頻單元獨立開來，彼此以光纖相連。射頻單元可直接安裝在樓頂或鐵塔上，通過跳線和天線直接相連，減少傳統長距離饋線損耗，降低功放輸出功率要求和設備能耗。另外，隨著功耗減小，射頻單元可以采用自然散熱，無需空調甚至風扇配置，大幅降低配套功耗和噪聲。

（2）數字中頻多載波合路技術

通過中頻數字信號處理，實現多載波數字中頻無損合路，硬件高集成度，原來四路硬件只需一路，避免了傳統技術通過合路器合路造成的天線口發射功率損失。若是按傳統方式采用合路器進行合路，每兩路信號合路就會造成天線口發射功率減半。

（3）DPD-數字預失真技術

DPD（Digital Pre-Distortion，數字預失真）技術的主要作用是在數字域產生與功放非線性產物相反形狀的波形信號來抵消PA（Power Amplifier，功率放大器）的非線性信號，改善由于PA 非線性引起的信號失真，使得PA 能夠工作在非線性區，從而提高功放效率。

（4）Doherty功放技術

Doherty 結構由兩個功放組成，一個主功放，一個輔助功放，通過主輔功放的配合，使得整體功放效率遠高于單個功放的效率。

（5）動態功率匹配（D-PT)）技術

傳統功放電源只能在額定負載區域效率最優，在低負載區域效率較低。SDR 基站的射頻單元通過實時監控輸出功率，根據忙時和閑時的負荷情況動態調整功放電源電壓，保證不同負載情況下，功放效率保持最優的工作狀態，從而實現在低輸出功率情況下更大限度地提升功放的效率，從而降低功耗，整機功耗可降低12%。

3)工藝流程

SDR 基站由基帶單元和射頻拉遠單元組成，其結構如圖1所示。

圖1 SDR 基站結構示意圖

SDR 基站工作原理圖見圖2，其中DPD 位于數字中頻部分。

5 主要技術指標

功放效率達到45%以上（傳統基站功放效率10%左右）。

覆蓋面積達到傳統基站2 倍以上。

功耗水平使整機功耗降低12%。

圖2 SDR 基站工作原理圖

節能率與傳統的技術相比，單基站可降低功耗40%以上。

6 技術鑒定、獲獎情況及應用現狀

該技術已獲得國家發明專利3 項，實用新型專利3 項，并于2009 年獲得國家科技進步二等獎。目前，基于SDR 架構的專網集群產品已經在北京(320 基站)、上海(1200 基站)、廣州(1440 基站)、武漢(336 基站)等十多個城市政務網以及公安、軌道交通、港口、林業、油田等行業中廣泛應用。

7 典型應用案例

典型用戶：四川省電信、北京政務網、上海政務網、廣州政務網、武漢政務網、甘肅省公安廳、合肥市公安局、秦皇島市公安局、綏化市公安局等。

典型案例1

案例名稱：四川省電信成都電信集群項目

技術提供單位：中興通訊股份有限公司、北京中興高達通信技術有限公司

建設規模：807 個基站

建設條件：傳統基站升級改造，并支持寬帶業務

建設內容：將原基帶和射頻一體式的基站機柜改造為 SDR 架構，基帶部分功能由基帶單元B8200 承擔，射頻部分由 R8882 上塔安裝，SDR基帶單元B8200 與射頻拉遠單元R8882 之間采用光纖連接，主要設備包括基帶單元ZXSDR B8200、射頻單元 ZXSDR R8882。項目投資額1.2 億元，項目建設期3 個月。項目年節能量1 895 tce，年碳減排量4 440 tCO2。年節能經濟效益約533 萬元，投資回收期7 年。

典型案例2

案例名稱：甘肅省公安廳全省公安警用數字無線通信（PDT）系統建設項目

技術提供單位：中興通訊股份有限公司、北京中興高達通信技術有限公司

建設規模：甘肅全省PDT 窄帶集群基站數量107 個基站（每基站配置4 載波）

建設條件：柜式基站升級改造

建設內容：去掉原有基站的分路器，天線放大器，腔體合路器等射頻無源設備，對原有19 in標準機柜、天線進行利舊，將信道機替換為SDR 基帶單元B8200，新增射頻單元R8881 上塔安裝，主要設備為SDR 基帶單元B8200 與射頻拉遠單元R8881，SDR 基帶單元B8200 與射頻拉遠單元R8881 之間采用光纖連接。項目投資額2 140 萬元，項目建設期3 個月。項目年節能量274 tce，年碳減排量641 tCO2。年節能經濟效益約78 萬元，該項目為政府采購，不考慮回收投資。

8 推廣前景及節能減排潛力

基于SDR 集群專網通信系統節能技術可廣泛應用于無線專網通信系統領域，可提升專網通信網絡的節能環保性能，SDR 架構產品的推廣將會在節能降耗方面產生巨大的社會和經濟效益。預計未來5 年，按合計50%的推廣比例測算，項目總投資77 億元，可形成的節能潛力12 萬tce，碳減排潛力29 萬 tCO2。