基于SDR 集群专网通信系统节能技术

1 技术名称

基于SDR 集群专网通信系统节能技术

2 技术所属领域及适用范围

通信行业、无线专网通信领域，包括2G/3G/4G集群产品、2+4 宽窄带融合集群产品、应急通信/便携通信产品等

3 与该技术相关的能耗及碳排放现状

传统的集群基站采用信道机方案，功耗大、体积大，需要专用机房和空调设备，耗电量巨大。以一个站点典型四载波配置为例，单个信道机功耗250 W，基站设备工作功耗需要1 000 W，配备1个3P 空调，功耗2 500 W，每个基站每年需要3 万kWh，采用新型 SDR 软基站技术，功耗可降低到450 W，具有较大的节能潜力。

4 技术内容

1)技术原理

采用数字中频多载波合路技术减少功率放大器的使用数量，采用限制峰值功率和数字预失真对消技术提高功放效率，从而整体降低基站功率放大器的能耗。 同时，光纤传输和紧凑的硬件结构使得设备可适应室外安装和自然散热，减少机房面积和空调能耗，进一步实现节能。

2)关键技术

（1）SDR 分布式基站技术

将 SDR（Software Defined Radio，软件定义无线电）基站的基带单元和射频单元独立开来，彼此以光纤相连。射频单元可直接安装在楼顶或铁塔上，通过跳线和天线直接相连，减少传统长距离馈线损耗，降低功放输出功率要求和设备能耗。另外，随着功耗减小，射频单元可以采用自然散热，无需空调甚至风扇配置，大幅降低配套功耗和噪声。

（2）数字中频多载波合路技术

通过中频数字信号处理，实现多载波数字中频无损合路，硬件高集成度，原来四路硬件只需一路，避免了传统技术通过合路器合路造成的天线口发射功率损失。若是按传统方式采用合路器进行合路，每两路信号合路就会造成天线口发射功率减半。

（3）DPD-数字预失真技术

DPD（Digital Pre-Distortion，数字预失真）技术的主要作用是在数字域产生与功放非线性产物相反形状的波形信号来抵消PA（Power Amplifier，功率放大器）的非线性信号，改善由于PA 非线性引起的信号失真，使得PA 能够工作在非线性区，从而提高功放效率。

（4）Doherty功放技术

Doherty 结构由两个功放组成，一个主功放，一个辅助功放，通过主辅功放的配合，使得整体功放效率远高于单个功放的效率。

（5）动态功率匹配（D-PT)）技术

传统功放电源只能在额定负载区域效率最优，在低负载区域效率较低。SDR 基站的射频单元通过实时监控输出功率，根据忙时和闲时的负荷情况动态调整功放电源电压，保证不同负载情况下，功放效率保持最优的工作状态，从而实现在低输出功率情况下更大限度地提升功放的效率，从而降低功耗，整机功耗可降低12%。

3)工艺流程

SDR 基站由基带单元和射频拉远单元组成，其结构如图1所示。

图1 SDR 基站结构示意图

SDR 基站工作原理图见图2，其中DPD 位于数字中频部分。

5 主要技术指标

功放效率达到45%以上（传统基站功放效率10%左右）。

覆盖面积达到传统基站2 倍以上。

功耗水平使整机功耗降低12%。

图2 SDR 基站工作原理图

节能率与传统的技术相比，单基站可降低功耗40%以上。

6 技术鉴定、获奖情况及应用现状

该技术已获得国家发明专利3 项，实用新型专利3 项，并于2009 年获得国家科技进步二等奖。目前，基于SDR 架构的专网集群产品已经在北京(320 基站)、上海(1200 基站)、广州(1440 基站)、武汉(336 基站)等十多个城市政务网以及公安、轨道交通、港口、林业、油田等行业中广泛应用。

7 典型应用案例

典型用户：四川省电信、北京政务网、上海政务网、广州政务网、武汉政务网、甘肃省公安厅、合肥市公安局、秦皇岛市公安局、绥化市公安局等。

典型案例1

案例名称：四川省电信成都电信集群项目

技术提供单位：中兴通讯股份有限公司、北京中兴高达通信技术有限公司

建设规模：807 个基站

建设条件：传统基站升级改造，并支持宽带业务

建设内容：将原基带和射频一体式的基站机柜改造为 SDR 架构，基带部分功能由基带单元B8200 承担，射频部分由 R8882 上塔安装，SDR基带单元B8200 与射频拉远单元R8882 之间采用光纤连接，主要设备包括基带单元ZXSDR B8200、射频单元 ZXSDR R8882。项目投资额1.2 亿元，项目建设期3 个月。项目年节能量1 895 tce，年碳减排量4 440 tCO2。年节能经济效益约533 万元，投资回收期7 年。

典型案例2

案例名称：甘肃省公安厅全省公安警用数字无线通信（PDT）系统建设项目

技术提供单位：中兴通讯股份有限公司、北京中兴高达通信技术有限公司

建设规模：甘肃全省PDT 窄带集群基站数量107 个基站（每基站配置4 载波）

建设条件：柜式基站升级改造

建设内容：去掉原有基站的分路器，天线放大器，腔体合路器等射频无源设备，对原有19 in标准机柜、天线进行利旧，将信道机替换为SDR 基带单元B8200，新增射频单元R8881 上塔安装，主要设备为SDR 基带单元B8200 与射频拉远单元R8881，SDR 基带单元B8200 与射频拉远单元R8881 之间采用光纤连接。项目投资额2 140 万元，项目建设期3 个月。项目年节能量274 tce，年碳减排量641 tCO2。年节能经济效益约78 万元，该项目为政府采购，不考虑回收投资。

8 推广前景及节能减排潜力

基于SDR 集群专网通信系统节能技术可广泛应用于无线专网通信系统领域，可提升专网通信网络的节能环保性能，SDR 架构产品的推广将会在节能降耗方面产生巨大的社会和经济效益。预计未来5 年，按合计50%的推广比例测算，项目总投资77 亿元，可形成的节能潜力12 万tce，碳减排潜力29 万 tCO2。