移动基站：让绿色成为一种力量

为了满足社会公众和政府管理部门对电信运营商的节能减排要求，以中移动为代表的各大运营商正在积极开展“绿色行动计划”。其中，基站设备的能源消耗占到了整个移动通信网络设备能源消耗的90%，是节能减排需要关注的重点。 何为“绿色基站” TriQuint Semiconductor公司亚洲区销售总监林伟仪认为，“绿色基站”的定义其实是一个主观的看法。从目前掌握的情况来看，网络运营商和基站设备供应商为了达到更高的效率已经达成了共识：将3G/4G基站的工作效率提高10~20%作为目标，从而能够有效降低功耗，并减少对环境的不良影响。 “基站有各种形状和尺寸，功耗取决于很多因素，如发送和接收通道的数量、覆盖面积、通信协议等。因此我不能笼统地概括所有基站产品的平均功耗。不过，举一个例子作参考，一个典型拥有12个收发通道的GSM/EDGE基站的一般功耗为800~1000W。”林伟仪说。 恩智浦多重市场产品部大中华区射频功率器件高级产品市场经理卓英浩则表示，“绿色基站”确实是近几年非常受关注的概念之一，是把绿色环保理念贯彻到基站的设计之中(包括整合基带和射频的室内/室外型宏基站，以及目前非常热门的射频拉远单元RRU)。扼要来讲，所谓的“绿色基站”至少应该具备以下特点：1.在能源日益紧张的今天，移动基站的电能消耗要低；2.在很难获取安装站址的大城市，基站的配套(比如空调、机房面积等)要求要低。 卓英浩表示，基站功耗完全取决于其采用的标准和配置，并没有一个通行的数据。举例来讲，比较老的GSM 900M 12个载频配置的宏基站采用单载波功放，基站本身的功耗约在2000W以下。如果加上相应的配套设备的功耗，会在3000W以上；较新的TD-SCDMA 8通道RRU，由于多种新技术的采用，其基站功耗大约在200W以下。

林伟仪：下一代基站在保持同等功能性的情况下，功耗应该能降低到原来的一半。7qyesmc

“运营商当然希望基站的功耗越低越好。但站在技术可行的角度，对于设备厂商来讲，每年有平均5~10%左右的降低就很不错了。”卓英浩说道。相对而言，林伟仪的回答似乎显得更具进攻性，“按照TriQuint目前在PA技术上的进展，我认为下一代基站在保持同等功能性的情况下，功耗应该能降低到原来的一半。”林伟仪认为，目前国内外在构建“绿色基站”方面面临的最大挑战来自于高效率电源放大器的稀缺。之所以做出这样的判断，他当然有着自己的看法。“现有大多数基站采用的传统LDMOS技术是出了名的低效率，其典型的工作效率性能只有25%。即使是最新的Doherty配置的系统也是很费劲地才能达到35%左右。” 来自TriQuint的消息称，为了满足未来绿色基站的需求，该公司调查了高效率化合物半导体技术在基站功率放大器(PA)中的应用，如GaN和GaA，得出的结论是：高压异质结双极晶体管GaA是将PA效率提高到50%以上的最佳和最可靠的技术。 林伟仪同时指出，系统架构和网络基本建设费用(CAPEX，capital expenditures)也是绿色基站部署面临的挑战。 运营商一般需花很多年来摊销对网络部署的投资，因此盈利能力和成本的考虑对于新设备的使用也起到非常重要的影响。目前的经济危机毫无疑问将延迟新的绿色基站在一些市场的部署进度。“但我对中国市场的前景是非常乐观的，考虑到中国政府颁发了3G牌照以及一系列经济刺激计划，个人认为将帮助加速绿色网络普及进程。不像有些‘绿色’投资存在高投入、低产出的弊病，新的高效率基站设计因其更低的功耗和整体系统成本的优势，能帮助投资者迅速回收成本。”林伟仪强调说。 飞思卡尔中国区射频系统应用经理李成进对上述观点表示了赞同。“不论是传统的宏基站，还是最新流行的BBU+RRU构架的基站，都希望在更小的空间中支持更高的容量。”他明确表示道，“现在的运营商都希望RRU的体积越来越小，以利于安装和维护，而且要求功能越来越强还不能增加功耗，这对RRU的效率又有了更高要求。” PA是“重中之重” 作为基站的功耗大户，PA一般能消耗基站中一半或以上的电源。林伟仪称，相比LDMOS技术，TriQuint正在利用HV-HBT GaA半导体工艺开发新型高效率PA产品，据称已经实现了在某些条件下达到LDMOS PA 的两倍效率的性能。他同时透露说，TriQuint正在与主要系统伙伴就此技术进行紧密合作，将在今年晚些时候向市场推出相关产品。 恩智浦作为目前快速成长起来的PA供应商，在该领域具备的实力自然不容小觑。“这缘于我们在芯片和电路系统两个层面上做了很多功课。”卓英浩说，“比如将目前效率最高的商用化第六代LDMOS通过优化设计升级到第七代以减少功耗；开发其他的半导体技术，比如GaN。当然，我们也有包括Doherty、Class F、Envelop-tracking等在内的多项专利和研究成果，配合现在非常成熟的数字预失真技术，来实现节能降耗。” 该公司声称，在GSM方面，制造商通过采用恩智浦第六代LDMOS技术，再结合一些针对功放的电源管理新技术，即可为中等规模的运营商(1万个基站为例)带来每年4,000万度的电能节约，等效于减少3万吨二氧化碳的排放，或1万辆轿车的汽油消耗量；而在WCDMA领域，则能带来将近50%左右的能耗降低。 飞思卡尔是目前基站PA的主要供应商。李成进表示，基于该公司双路功放管MRF7P20040H和MD7P19130H开发的新一代Doherty构架的TD-SCDMA功放，能将功率从原来基于Class AB构架的约15%提升至35%以上，是目前主要设备供应商首选的高效功放解决方案，在中国移动即将部署的第三阶段TD-SCDMA网络建设中得到了大量使用。 小身材，大智慧 很多参与3G招标的制造商普遍反映，“最大的困难不在于设备的招投标，也不在于技术的成熟度，而是基站的选址问题”。因此，以模块为基础扩展容量的“紧凑型基站”的概念颇为流行。“紧凑型基站在中国和其他国家是具有相当规模而且快速增长的市场，TriQuint在这方面确实有相应的产品。”林伟仪对此颇为自豪。“我们的RFIC和MCM产品、高线性阵容、更低功耗的HV-HBT PA，这些对远程或紧凑型基站都是理想的选择。” 此外，他还从PA电源管理未来发展的趋势角度进行了阐述，认为新的基站设计应当进一步使用先进的数字控制以实现“包络线追踪”PA配置，从而确保PA一直处于最大的偏压状态，以实现最高的效率。据称，TriQuint HV-HBT晶体管在包络线追踪配置中达到了57%以上，创了目前的记录。 “基站小型化的需求转化到功率放大器上，就是如何实现更高的效率和集成度。”卓英浩认为，恩智浦是目前唯一一家能够实现集成Doherty的器件厂商，集成Doherty使功率放大器的匹配等设计环节更为紧凑，自然能降低成本。 “飞思卡尔一直倡导在提升功放效率的同时也要减小系统的体积，像开发双路器件就是一个很好的实例。”李成进表示，除将传统Doherty构架功放所需的两个功放管集成在一起，最新一代的双路IC解决方案更是把功放的驱动级和末级都集成到了一起，原本需要四个器件的构架现在只需一个IC就可以解决，大大降低了成本。