绿色通信技术及其标准化研究范文

1引言

随着通信行业的飞速发展，通信覆盖了人们生活的方方面面，与此同时，通信产业的能量消耗与环境保护问题也日益明显。根据美国著名咨询机构Gartner的调查，通信业耗能占据全球耗能2%，对比其他行业，通信业能耗相对较高。特别是在能源日益短缺的今天，如何节约能源、降低能耗成为通信业研究的一个热点问题。绿色通信是节能减排、绿色环保理念在通信行业的体现。绿色通信具体体现在包括设备制造企业研发低能耗、低辐射的绿色产品与解决方案。运营企业建设绿色通信网络，降低网络建设及维护成本等。

随着我国经济的增长，能源消耗速度加快，能源过度消耗将严重制约我国经济的持续增长。因此，节能将是我国国民经济发展中至关重要且迫在眉睫的问题，也是减少能源消耗，提高能量效率的重要方面。党的十七大报告指出：“要加强能源资源节约，增强可持续发展能力”，“建设科学合理的能源资源利用体系，提高能源资源利用效率”。国家“十一五”规划要求2010年相对2005年单位GDP能耗降低20%。国务院2007年6月了《节能减排综合性工作方案》，明确指出了未来3年我国节能减排的具体目标。据统计，我国通信产业耗电总量在各行业中排名第14；各种能耗费用超过100亿元人民币。工业和信息化部关于印发《2009年工业和通信业节能与综合利用工作要点》的通知。通知中要求各单位按照国务院《2009年节能减排工作安排》要求，结合工业、通信业节能减排工作实际，推动节能减排各项工作深入开展。

绿色通信、节能减排不仅在我国，在全球也是备受关注的重点之一。通信高效节能目前成为各个标准化组织的关键议题之一，ETSI，3GGP，IEEE等标准组织都已经针对通信网络节能问题开展标准化工作。在各大标准化组织和各国政府的促进下，通信行业各大运营商将节能减排作为降低运营成本的重要手段，设备制造商也针对能量高效技术展开研发。

随着通信产业的高速发展，通信网络特别是移动蜂窝网络的高能耗问题也日趋严峻。目前，蜂窝网络的发展局势是要为无线接入提供高速数据接入，这对蜂窝网络的覆盖范围与基站密度提出了更高的要求，从而也提高了蜂窝网络运营成本与能量消耗。因此，绿色无线通信技术更值得关注。

2绿色通信相关标准化

针对通信网络的能量消耗问题，相关标准组织都已经开始着手相关标准化工作。目前的工作重点集中在能量效率的定义、通信网络能耗测定方法等方面。2008年10月中旬，由气候组织（TCG）代表全球电子可持续性倡议（GESI）完成的《Smart2020：实现信息时代的低碳经济》报告指出，ICT行业本身的减排空间巨大，同时，通过信息通信技术的运用，还有助于减少其他行业的碳排放，并为这些行业创造经济效益。报告强调，通过采用ICT智能解决方案，可以最大限度地提高能效，减少的二氧化碳排放量相当于ICT行业排放量的5倍。该报告同时指出，智能建筑、智能交通、智能电机、智能电网以及一些非物质化装置等领域可通过ICT应用实现减排。在全球变暖的大环境之下，节能减排同样成为电信行业的重要工作内容。ITU也将环境和气候变化问题视为当前通信发展过程中非常关键的一点。2007年ITU-T的“ICTsandClimatChange”技术报告系列，分析了当前ICT行业的碳排放量和对环境气候的影响，明确指出将环境和气候变化纳入今后的研究点中，并提出了多种可以用于减排的技术和场景。2008年7月，ITU-T成立ICT与环境变化焦点组（ITU-TSG5），制定节能减排的相关技术标准，计划4年内在ICT领域达到节能15%的目标，在下一代网络NGN的推动过程中减少40%的能耗。同时，ITU还关注将ICT行业相关技术应用在其他行业中，如通过源端协作、智能传输技术、基于RFID技术的传感器网络的应用等以辅助其他行业减少碳排放量。2009年7月召开的环境和气候变化大会上，分别就ICT行业对环境和气候变化的影响，气候监测，如何减少ICT行业对环境和气候的影响的2种方案，ICT行业对其他行业减排的辅助方式等方面进行了细致的探讨，多个国家在ICT行业节能减排方面达成了共识，并提出了实现方案。

自2005年起，欧洲电信标准化协会（ETSI）的环境工程技术委员会（TCEE）了一系列标准，规范信息与通信技术领域的能源消耗。其中，2008年5月启动的无线接入网设备能量高效部分将针对无线接入网能效准则、测定方法等进行定义，第一阶段主要针对GSM/EDGE，WCDMA/HSPA和WiMAX系统。

2009年6月的TR102532v1.1.1中提出了各种潜在能源（如风能、光能、水能）在通信网络中的使用，并针对这些功能方式分别分析了其使用场景、使用方法和可行性。2009年8月的TS102706v1.1.1针对无线接入网络设备制定了一系列的能量有效性测量评估方法，包括：评估原则和步骤；无线基站设备、无线基站站点、无线网络能量的有效性建模；能耗测量方法、条件和步骤。在评估方法中，充分考虑了不同时段网络负载、覆盖面积和容量对能耗的影响。另外，ETSI关于通信网络节能的研究大部分集中在宽带有线网络中节能方法的研究上。

作为无线移动通信网络最有影响力的标准制定组织，3GPP组织将节能作为实现可持续发展的重要工作之一。2009年3月，3GPPTSGSAWG5的第63次会议上，明确指出节能管理（ESM）将在LTE及以后的无线接入网标准中作为新的研究点纳入标准，并且SAWG5将和RANWGs一起制定一系列eNB节能控制机制，以控制整个网络的能耗。

IEEE也已经开始了高效节能的以太网标准化工作，成立了IEEE802.3az能量有效性工作组推动，该标准使用新的物理层芯片技术，并根据节能需要针对高层协议进行改进。预计2010年高能效以太网相应标准将会出台，采用符合该标准的网络设备将会为用户节省70%～90%的耗电量。

2008年4月世界无线通信解决方案联盟网络接口、能源和保护委员会（ATISNIPP）正式成立电信节能组TEE（TelecommunicationEnergyEfficiency），致力于通信设备能量有效性相关的标准和技术报告的制定，主要包括定义能量有效性的度量方式、测量技术、新的技术、通信网络运营解决方案等。截至2009年末，NIPPTEE已了一系列关于测量电信设备能量有效性的方法技术文档。

中国通信标准化协会CCSA于2009年10月成立了“通信产品环保标准特设任务组”（ST2），该特设任务组主要定位在通信领域节能与综合利用的标准体系和框架的研究，基础性、通用性标准的研制。目前的工作重点为移动终端设备节能功耗参数与测量方法。

3当前蜂窝网络节能技术

就目前的蜂窝网络节能技术来看，它涉及无线设备的节能技术、无线网络节能技术、可替代能源（风能、光能等）的利用，以及减少资源占用（土地、机房、设备等），这里主要探讨无线网络节能技术。

总所周知，GSM网络是现有较为成熟的全球移动覆盖网络，如何共享和充分利用现有GSM网络资源，完成优质、快速、低成本的UMTS网络（及LTE网络）建设，是运营商极为关切的问题，其中机房资源越来越成为网络建设的瓶颈，如何共享这部分资源，中兴通讯BBU+RRU方案可以很好地解决这个问题（见图1）。

BBU+RRU分布式基站采用开放式架构设计，基站由BBU和RRU组成。BBU实现控制管理，基带处理，Iub接口等功能，RRU则集成功放、收发信息、双工器等射频相关功能。这种新型的组网方案，因其较低的工程要求和灵活的安装方式以及良好的覆盖性能，可以实现价值区域网络的快速部署，满足多场景覆盖需求。

集中控制和多点分体覆盖，分离后的BBU，RRU在体积和重量上都大大减小，BBU无需专用机房，可放置于传输架内部，或利用设备多余空间，或直接墙挂安装。有效解决机房紧张、承重不足等建网问题，对机房空间和承重要求大大降低，几乎可以实现零机房面积占用安装。RRU整机功耗低，配套电源和蓄电池成本大大降低，可直接悬挂室外抱杆、壁挂安装与宏基站相比，采用分布式基站可以节约55%的施工时间。也可以有效降低对人力和运输工具的需求，提高建网速度。

以下是几个BBU+RRU分布式基站具体解决方案场景。

(1)在场景1中（见图2），BBU+RRU室内解决方案能够实现更为经济灵活的室内覆盖，采用小功率RRU+室内分布系统，替代干放，消除噪声，提升覆盖质量，同时多数情况下UMTS网络和GSM可以共用室内分布系统。

(2)场景2（见图3）基于BBU+RRU的覆盖方案能够适应区域性话务迁移场景，满足城市功能区多样化环境，充分利用基带资源，实现网络负荷均衡和动态调整，逐步提升网络的覆盖范围和信号质量，提升用户体验。

(3)第3个应用场景是可以充分利用城市的光纤网络资源，实现多场景覆盖以及高速移动切换。

4未来蜂窝网络节能技术

目前，关于绿色通信节能减排方面问题的研究引起了国内外的广泛关注，特别是在无线传感器网络和Adhoc网络中，已经有了广泛的研究；但是在蜂窝移动通信网络中，节能的研究大多局限在基站硬件设备的改进、管理和控制上，并没有从技术层面上改进网络中能耗大的问题。下面从不同网络角度分别介绍。

在蜂窝网中，因为基站的能耗占通信网整个能耗的80%，所以基站能耗的研究比较多，重点关注基站机房的能耗，特别是基站设备的能耗和机房空调的能耗。基站主设备节能成为最大的突破口，也是运营商关注的重点。主要集中提升基站功放能效，采用节能软件降低基站运行能耗，各类绿色洁净能源的采用（如风能、太阳能、生物能源等）、改进基站站点设计等。

如基站软件能耗控制算法，可根据话务量情况，通过软件控制，降低设备能耗，包括关闭空闲基带板卡、基带板卡DSP节点模式、关闭空闲时隙的功放、关闭部分射频通道、全动态全矩阵基带池技术等。新能源的应用对于基站的稳定性提出了更高的要求，风能和太阳能等不稳定电力源，要求基站设备能够有更强壮的生命力。在整体网络规划上，专家提出了“需求—设计—研发—制造—供应链—部署—回收—需求”等闭环周期节能系统；一个好的网络规划，在不影响用户通话质量和减少覆盖的基础上，可以最大限度地减少基站数量。这对于运营商来说，不但可以减少初期成本投入，同时也可以减少后期维护成本。

3GPP关于节能的研究将包括3方面的工作：

(1)在保证覆盖率、容量和服务质量的前提下尽可能减少优化基站的个数。

(2)优化基站的能量效率并最小化设备能耗。

(3)为移动网络寻找新的能源（如风能、太阳能）。

目前，所有工作已围绕第一个方面展开。ESM功能是在自组织网络（SON）的基础上实现的，目的在于通过相关机制优化E_UTRAN设备的能耗。OAM通过直接（将优化功能加入管理系统中）和间接（向优化功能提供相关的网络性能信息）的方式主导控制优化过程。2009年12月的TR32.826最新版本v1.0.0中，提出在非业务流量高峰时段，可通过基站开关和载频开关的方案来降低能耗。围绕这个方案分析了3种节能管理的控制架构，考虑了该方案在eNB重叠或载频受限的几种场景中的使用方式。IRPManager需实时检测网络和用户服务质量受到ES功能的影响并设置ES功能相关参数、监测ES功能的使用情况。标准中还通过仿真分析了在不同基站开关数目和载波开关数目情况下，能够支持的用户呼叫数和网络能耗情况。并在假设4个可用载波频段的情况，定义了网络能耗模型。

蜂窝网中能量有效性在学术方面的研究，提高能量利用率或节能的方式主要集中在控制基站的性能方面，提出最小化基站能量消耗，提高基站能量利用率（功放、系统中基站的开关情况、射频处理器和基站的分离），根据网络中通信流量按照时间的分布情况，控制系统中处于激活状态的基站的数量，以节约资源；提出最小化系统中基站的个数，BS控制的小区大小和系统容量（智能天线、资源分配），根据用户信道状况，分级调整用户使用MIMO的情况（使用天线数），目的是最小化功率；通过提高载波功率利用率减少功率；通过关闭某些基站减少功率，在网络流量较低的时候关闭某些基站，将平衡流量的流量控制转化为集中流量的流量控制。

5结束语

本文总结了相关标准组织对绿色通信、网络节能的标准化工作，同时从现有蜂窝网络中的节能技术、下一代蜂窝网络中的节能技术两个方面进行了讨论，为未来技术发展与标准化工作提供了参考。