终端节能（通用4篇）
终端节能 篇1
摘要：智能电网是当前电力系统正在逐步升级的一个方向, 大规模智能电网是对原有电力系统的优化, 在其过程中, 终端用电节能是关键性的问题之一, 如何能使系统最优化, 同时能量消耗最少成为讨论的一个热点。
关键词：智能电网,终端,节能
1 终端用电节能的概念
在电力行业内, 已进行了多年激烈争论的焦点问题是终端用电能源效率和终端节能问题。对于终端节能问题的讨论, 主要集中于是否将终端节能作为补充传统供电资源的一种方式, 是否将其作为替代目前使用石化燃料的终端用户的一种选择。随着电力的普及, 这些争论现在似乎已经停止。电力行业已深深地扎根于对传统的、可控制的供电容量和电量的需要上, 如对长期售电合同或发电容量的需要。由于电力系统的供电成本上升, 政府对电力行业的监管更加严格, 人们对全球气候变暖等问题的关注程度的上升, 已促使电网管理者开始考虑电力需求侧的选择等问题。需求侧计划是实现需求侧选择的重要途径之一, 由那些以影响电力用户的用电行为和电力企业行为的相应活动共同构成, 通过需求侧计划的方式得到电力系统所期望的负荷形状的改变, 即通过这样的方式, 改变电网中用电负荷的用电模式和用电数量。将节能措施作为一种相当于增加传统供电资源的一种方式, 即通过减少用电需求, 相当于增加传统供电资源的一种方式, 即通过减少用电需求, 相当于从另外一个角度增加了系统的发电容量, 其目的是实现系统的供需平衡。这种方式在电力行业内已是不争的事实。由于对该问题的争论已经得到了明确的结论, 因此用高效节能的终端用电设备取代传统石化燃料再次成为总体节能策略的重要组成部分, 重新被提到了议事日程, 尤其是随着智能电网战略的提出, 智能电网技术已成为推动节能战略实施的重要因素。
2 节能
电力需求侧计划包括许多可改变用户负荷形状的活动, 涵盖了储能、可中断负荷、用户负荷控制、分散式发电和节能技术等。节能设计通过促使用户改变自身用电负荷形状, 努力提高整个电力行业利益的各种活动, 包括与硬件有关的和与非硬件有关的各种活动。其中, 与硬件有关的活动包括改进楼宇热能完整性和新增节能设备等;与非硬件有关的活动包括选择用户的用电模式以及通过采用电力替代传统石化燃料, 以减少总的能量消耗和污染排放等。
电力行业内部的许多人员在谈及节能问题时, 都显得很不情愿, 因为这些人在电力行业内从事着把点能量传递给电力用户的工作, 其中可能存在极少数个人或企业为了达到赢利目的欣然采取可能侵害用户或社会利益的行动, 在这种情况下要其花费时间和金钱去采取会减少其电力销售量的行动, 的确很难的到拥护, 也很难使其主动想办法去促使拥护相信, 减少电网的电力供应量和服务是很有意义的必然规律。但是, 近年来在电力行业内部谈论能源效率问题时, 电力行业内部的从业人员通常认为, 为了很多原因, 电力行业已有考虑用户利益和社会利益的愿望。
节能策略的实施具有节约所有非可再生资源的能力, 虽然, 节能似乎与从事电力销售的电力企业的经营使命不太一致, 但是, 对于供电企业及其用户和特定的环境而言, 开展节能活动都是很有好处的。
3 期望的节能效果
从工业用户的角度来看, 采取各种节能措施所能达到的期望结果取决于很多因素。其中, 从供电区域内电力市场的参与者的角度看, 这些因素包括混合燃料、备用容量、经济能力、二氧化碳减排量等。
电力趸售市场的容量、电价、混合燃料和购买容量等构成了市场边际成本, 从而成为影响系统负荷形状改变的主要决定性因素。对于负荷峰期和非峰期, 当电力市场的边际燃料是石油或者天然气时, 能量效率的提高可以为减低能源成本提供巨大的潜力。如果混合燃料是非负荷峰期时市场的边际能量源, 那么, 通过采用煤电、核电、风电或水电等来降低电力市场的边际能量, 以及采取其他一些节能措施, 如进行负荷转移等, 也可得到令人满意的效果。
电网的临界容量为提高节能效率提供了很大的动力, 尤其在本区域内新建发电厂的装机容量受到限制时, 节能效果更为明显。对于投资者所拥有的电网而言, 如果电力销售价格低于其成本价格, 电力监管部门不会同意给这样的电网支付政府提供的售电返还折扣率。这样, 地域成本的每一次新的电力销售活动均会伤害现有投资人的利益。对于没有发电资产的配电企业而言, 可根据转化率来支付发电成本, 对于实施的具体节能计划, 边际收益有可能会超过成本。
另外, 如果电网的发电容量充足, 或电网拥有者有能力新建发电机组, 那么电价就有可能低于采取某些节能措施所需的成本。但是, 无论采取其他哪种发电方式, 均难以达到采取节能措施所达到的要求。由于很多地区的社会、经济都正在快速发展, 在分析节能计划时, 将节能成本等值为额外增加供电能力所需的成本, 利用减少潜在的电力供应所需支付的单位成本来评价节能计划的经济效果是符合逻辑的。
在很多情况下, 由于来自通货膨胀等方面的压力, 使得电力边际成本可能超过了平均成本。对于较小的电力销售量的变化, 比较合理的方法是说服供电企业采取相应措施弥补该差值, 以推动或补贴节能措施的实施。
如何利用负控终端节能降损 篇2
1 三相间的不平衡电流的存在是很普遍的
在城市的居民用电以及农村电网中由于大量的单相负荷的存在, 三相间的电流不平衡的现象十分的突出。对于怎样很好的解决这个问题, 除了尽量合理的分配电力之外几乎没有其他任何有效的方法了。正式由于找不到解决问题的有效途径, 因此反而被电力部门的人员不重视, 也很少有人对其进行研究。不平衡电流会增加变压器的铁损, 降低变压器的使用寿命甚者会影响到变压器的安全运行, 从而会降低供电系统的供电质量, 影响电能表的精确度从而造成计量失误。根据变压器运行的相关规定, 变压器在运行中, 其中性电流不能超过变压器低压一侧额定电流的四分之一。此外, 三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大, 局部金属件的表面温度增高, 造成配电出力减少, 严重时会将变压器烧坏。
2 不平衡电流对变压器的影响
现有的10KV的低压配电变压器大都采用的是三相三柱的变压器。这种类型的变压器, 当变压器低压一侧负荷不平衡且有零线电流时, 这种电流为零序电流, 而在变压器的另一侧由于没有中点引出线, 因此零序电流无法形成回路实现流通, 故零序电流不能安匝平衡, 对变压器的铁芯而言, 有一个激磁零序电流, 他受到零序激磁阻抗的控制, 依据电路的设计要求, 这一零序激磁阻抗较大, 它是相电压的对称受到影响, 导致了中性点便宜。通过计算得知, 当零线电流为额定电力的四分之一时, 中性点移位约为额定电压的7%。根据国家相关标准的要求:“当选用上述的变压器时, 其由单相不平衡负载引起的电流不能超过额定电流的四分之一, 且其中一相的电流在满载时不能超过额定电流值”, 由于受到了这种规定的要求, 显示了改变压器接用单项符合的容量, 同时也影响了变压器设备相关功能的充分利用。
3 三性不平衡导致变压器烧坏、造成家用电器烧毁
如果发现一相、两相或者三相没有电流通过时, 应该及时的判断和分析该变压器是电能表缺相还是发生了偷电行为。电力系统公共连接应该在正常的运行方式下, 不平衡度的允许值在25%, 短时间不能超过4%。危害主要表现在一下几个方面:
3.1 增加线路的电能损耗
在以三相四线制的供电线路中, 线路中有电流通过时, 由于线路中存在阻抗必然会在线路上产生损耗, 这种损耗随着电流的增加和而增加。当电网以上述供电方式进行供电时, 因为有单相负荷的存在, 就会造成三相符合存在不平衡。当这样的线路中存在不平衡时, 中性线路上就会有电流通过, 这种电流不在线路上会产生损耗, 同时也会在中性线中产生损耗, 从而增加了电网线路中的损耗。在三相四线制的供电网络中, 当一相的负荷重, 其余两相负荷轻时, 下线的损耗较小;当两相负荷一相重一相轻, 第三相负荷较为平均时, 线路上的损失较大;当两相负载重, 一相负载轻时, 下线的损耗最大。当三相的负荷都不平衡时, 不论线路上发生什么状况, 电流的平衡度越大, 损耗也就越大。
3.2 增加变压器的电能损耗
变压器是保证电网正常运行的重要组成部分, 当变压器在三相负载不平衡的情况下运行时, 会造成变压器内部的损耗增加。在实际的供电网络中, 三相负载出现呢不平衡, 会使变压器处于一种不正常的运行状态, 从而就造成了变压器的损耗增加。
3.3 变配出力减少
变配在设计时, 其绕阻线圈是按照平衡的准则进行设计的, 其内部的性能基本能上是一致, 且各相的定容量也是相同的。当配变处于不平衡的状态是, 负载轻的一相就会有更多的容量, 从而导致变压器的出力减小。这种不平衡程度越大, 配变出力减小的情况就会越多。因此变配在负荷不平衡的情况下运行时, 其输出的正常容量就无法正常得到保证, 容量也会相应的减小, 导致过载能力降低。在这样的情况运行的变压器极容易引起发热, 很有可能会将变压器烧坏。
3.4 配变产生零序电流
变配在三相负荷不平衡的情况下运行, 会在其内部产生一种叫零序电流, 其随着不平衡的变化的程度而变化, 当三相负荷不平衡程度越大, 零序电流就会越大。线路中运行的配电变压器中如果存在零序电流, 则会在其内部产生零序磁通, 零序磁通的产生后, 释放的途径只有通过油箱壁以及相应的构件进行释放, 而变压器的内部结构的导磁率一般较低, 零序电流通过这些构件时, 会产生磁滞, 能够导致变配内部的钢结构的温度不断升高, 时间一长会导致变配内部的零部件老化, 影响其使用寿命, 增加配变的损耗。
参考文献
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终端节能 篇3
2006年, 《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006—2020) 》 (以下简称《纲要》) 将“工业节能”作为能源科技领域的第一大优先主题, 提出重点研究开发冶金、化工等流程工业和交通运输业等主要高耗能领域的节能技术与装备, 机电产品节能技术, 高效节能、长寿命的半导体照明产品, 能源梯级综合利用技术。“十一五”以来, 以上述工业节能优先主题的内容为引导, 通过国家、部门、地方和企业等多层次设置了基础研究、工业技术开发与应用项目及课题, 全面推动关键技术研究和应用示范。
一、我国“工业节能”科技的政策引导与发展现状
我国工业部门中高耗能行业占比高, 关键产品的能源利用效率低, 与国际先进水平存在代际差距。另外, 在多年来的GDP至上观念推动下, 各地方上马了一系列大型工业项目, 导致钢铁、水泥、电解铝和平板玻璃等部门产能过剩严重, 造成严重的能源浪费。《纲要》在对我国工业能耗存在的问题准确把握的基础上, 提出了工业节能科技攻关的重点方向。《纲要》实施以来, 各部门及地方采取了一系列支持落实政策, 多项节能技术取得显著发展, 为大规模推广利用打下了坚实基础。
1. 工业节能领域代表性支持政策
《纲要》对工业节能优先主题的任务部署得到了各中央部委、地方政府、行业协会等的积极响应, 表1列举出了代表性的部委、地方和产业的相应行动、成果和效应, 对推动我国节能技术发展和应用发挥了并正在发挥重要作用, 如工业与信息部、科学技术部等几大部委联合编制颁发的节能减排推荐技术目录对相应技术的发展和应用发挥了重要的引导和风向标作用。
2. 工业节能领域科技投入保障
(1) 国家级科技项目立项及投入不断加大。“十二五”期间, 国家973计划在工业节能领域也已部署了多个项目, 包括“化工过程物质与能量高效利用的集成优化基础研究”、“高效、节能、低碳内燃机余热能梯级利用基础研究”等;863计划部署了“高效半导体照明关键材料技术研发”重大项目;支撑计划部署了一批重点主题项目。通过“十一五”和“十二五”期间的上述工业节能项目部署, 有效牵引了企业的自主研发投入。
(2) 其他部门及单位任务部署进展显著。中国科学院在工业节能领域也部署实施了“典型化工冶金过程的节能关键技术研发与示范”、“电力节能关键技术研究与示范工程”、“热-电-功高效率利用的工业节能共性技术开发研究与示范”、“节能相变材料及应用示范”、“面向工业节能的新型测控系统技术”等项目。国家发改委通过循环经济专项对企业的节能减排工业工程进行了大力支持。国家自然科学基金委也在工业节能优先主题部署了相关的基础研究项目, 如“能源动力系统中能的综合梯级利用和二氧化碳控制原理与方法研究”、“煤炭清洁利用和高效转化的关键——费托合成技术”等, 各中央企业, 如神华集团等, 每年也以一定比例的研发经费投入, 开展节能减排改造。
(3) 地方政府积极响应, 对工业节能给予大力部署。青海省从2007年开始启动“科技支撑计划”, 力争在节能减排等方面实现突破;内蒙从2008年起设立“节能减排科技行动”;广东省从2008年开始启动“节能减排与可再生能源”重大专项;北京市从2009年开始启动“节能与新能源汽车“十城千辆”示范工程”;四川省从2011年开始启动“战略性新兴产业专项资金”, 重点发展节能环保、新能源等6大战略性新兴产业。
二、“工业节能”科技取得良好实施效果, 技术应用能力得到加强
在《纲要》的战略部署指引及国家部门等各级科技计划项目部署的支持下, 我国工业节能的多个技术方向突破了一系列关键技术、装备和工艺, 很多技术实现了工业应用推广, 还有不少技术和装备等成果达到甚至超过了国际先进水平。
1. 重点产品单位能耗显著下降, 有力保障了国家节能目标实现
从2006年至2011年, 每万元GDP能耗从1.24降至1.01吨标煤、原油消耗强度从0.17降至0.13吨, 供电煤耗由每千瓦时355.5克降至329克标煤 (2012年进一步降低为324克) , 吨钢综合能耗由645千克降至601.6千克标煤 (2012年为585.5千克) , 炼铝综合能耗由每吨铝锭550千克将为400千克标煤, 吨水泥生产的综合能耗由120千克减少为87千克标煤。这些典型工业过程能耗数据表明, 能效提高都达到了10%~30%, 尤其以炼铝过程节能尤为显著。同时, 自《纲要》实施以来, 科技进步牵引的工业锅炉节能、通用电机等方面的节能也非常显著。LED照明的逐渐普及提供了照明电力消耗的有效途径。
2. 部分重点技术方向和水平取得提升和突破
在工业节能的余热余能利用、工业窑炉节能、工业过程节能、通用流体机械和半导体照明等技术方向成功地研发并推广应用了系列节能关键技术、装备及成套工艺 (见表2-6所示) , 众多技术、装备和工艺达到、甚至超过了国际先进水平。
3. 工业节能领域科技取得重要奖励, 科技创新能力显著提高
2006年至2012年期间, 在余热余能利用、工业锅炉节能、工业过程节能、通用流体机械和半导体照明等工业节能领域获得国家技术发明二等奖12项, 国家科学技术进步一等奖1项, 国家科学技术进步二等奖51项, 国家自然科学奖4项。建立了冶金自动化研究设计院、西南化工研究设计院、中国电力投资集团、半导体照明产业技术创新战略联盟等工业节能技术研发团队, 培养了国内从实验室研发到工程设计和实施的全套科技队伍, 建成了国家重点实验室、国家工程研究中心等创新平台, 在工业节能领域新成立5个国家重点实验室、国家工程研究中心6个、国家工程实验室6个、国家能源研发中心9个。
4. 我国节能减排的能力明显增强, 技术明显进步
2010年与2005年相比, 钢铁行业干熄焦技术普及率由不足30%提高到80%以上, 水泥行业低温余热回收发电技术由开始起步提高到55%以上, 综合节能达到了约5亿吨标煤 (年5000万吨标煤以上) , 推动了基于“合同能源管理”等新模式的工业节能及减排新兴产业的形成和发展。
5. 工业节能技术推广应用取得显著进展, 获得良好的经济效应
针对典型高能耗工业, 自主研发了铝电解节能新技术, 吨铝节电1000千瓦时以上, 技术达国际领先水平, 在国内电解铝企业推广应用。在电机装备方面, 研制了一批具有自主知识产权的高效、超高效工业电机、超高效专用稀土永磁电机、铸铜转子电机、高效高压电机、变频装置、电化学工业电源、变频螺杆压缩机、疏水阀装置等高效节能产品, 整体技术达到国际先进水平, 实现了推广应用和产业化。在燃煤工业锅炉方面, 新型高效煤粉工业锅炉 (29MW以下级) 已经进入技术推广和产业化发展阶段, 目前在山西、内蒙古、新疆、天津、山东等地已有数百台用于工业供热和建筑物取暖, 年节约燃料煤炭逾1000万吨, 减排CO2数1000万吨。在余热余能利用方面, 成功研发大型高炉能量回收透平机组、高炉送风顶压及TRT的优化系统。
三、目前我国工业节能技术仍需进一步发展
许多领域专家指出, 近年来, 我国工业节能科技虽然取得了显著进展, 但是与国际先进水平仍有不小差距, 需要进一步完善与提高。
1. 需降低工业部门耗能依旧增速, 缓解能源安全保障压力
2008年金融危机期间, 为应对国内经济增速下滑风险, 国家出台了“四万亿”投资刺激计划, 重点投入基础设施建设领域, 推动了国内钢铁、水泥等行业的高速增长, 导致我国工业能源需求不断增大, 加剧了能源安全保障压力。加上我国以煤为主的能源总体格局难以改变, 过快过度的能源消费引发环境污染压力, 雾霾问题使得空气污染问题更加突出, 对工业用能, 特别是利用化石燃料提出更高挑战。
2. 需加快工业部门产业结构调整, 针对重点技术研发建立长远布局
需加快调整实施工业节能降耗的产业结构、均衡行业间和企业间发展、提高企业技术创新能力、完善市场化技能机制。重点工业节能技术的研发与利用是系统工程, 需要连续一段时间的引导和支持, 从材料、装备、工艺、系统多方面着手形成扎实可靠的技术, 应避免急于求成、工作不系统、引导支持不连续等问题, 以免影响形成长生命力的高效技术。节能技术、装备以及工艺过程的规范化、标准化和系统化仍需进一步完善配套。节能评价的方法、技术、仪器应得到充分重视, 扩大相关工作涉及的领域方向。
3. 关注工业节能关键技术, 加大产业化推广应用力度
涉及的工业行业及技术方向, 针对非矿物原料加工工业过程, 如轻工行业的过程节能和废弃物、废能利用及其与生产过程的集成, 工业过程低劣燃料利用等方面应加大关注度。针对系统优化集成节能, 对不同过程、企业之间的能量匹配与集成优化应尽早开展。应加大工业节能 (包括减排) 的效果长周期定量评价技术、方法、设备及系统的研发和应用重视度。需要加强节能新技术和产品评价、标准化、规范化研究, 以推动先进技术和产品在行业的推广应用。
四、新形势下推进我国工业节能科技发展的建议
许多领域专家认为, 我国工业节能科技推进工作仍存在较大提升空间, 亟需调整现有政策体系, 并适当增加部分重点技术方向。建议将《纲要》中工业节能优先主题的内容调整为:重点研究开发冶金、化工、轻工等流程工业和交通运输业等主要高耗能领域的节能技术与装备, 工业过程间的集成节能优化技术, 机电产品节能技术, 工业用能设备系统运行与能效检测技术与装备, 高效节能、长寿命的半导体照明产品和新型高强度气体放电照明产品, 能源梯级综合利用和低劣燃料高效经济性利用技术。
1. 加强顶层设计, 完善任务实施机制
坚持企业为实施主体, 但进一步强调产学研合作, 且坚持系统持续的国家引导和支持制度。重点支持大宗节能共性关键设备、高能效新工艺、推动产业结构调整和优化等方面的工作。加大政府资金的引导力度, 同时充分发挥市场配置资源的作用, 调动市场主体节约能源资源的自觉性。加强节能评价方法、技术、仪器的研发和应用示范, 技术装备研发项目配套标准化、规范化、系统化研究和产品工程能力建设。
2. 建议在《纲要》中补充工业节能的关键技术
工业过程低劣燃料的高效率、高经济性利用, 特别是低劣燃料与工业过程本身匹配集成的综合高价值利用技术。非矿物原料加工工业过程, 如轻工行业的工业生物质废弃物利用和与生产过程的集成节能, 实现节能和环保双收益。不同工业过程、不同企业之间的优化节能集成技术, 推动高能效互补企业联合或园区的建设。工业用能设备系统运行与能效检测与评估技术与装备。
摘要：随着经济、社会的快速发展, 我国工业能源短缺的问题日益凸显, 终端节能领域发展面临新的挑战。本文就《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006—2020) 》实施以来, 工业节能领域政策响应、技术进展以及领域专家提出的对策建议进行综合报道。
关键词：工业节能,高耗能部门,综合利用技术,能源效率,政策建议
注释
终端节能 篇4
随着2009年12月7日哥本哈根联合国气候大会的举行, 使越来越多的人关注于全球气候问题, 绿色、经济、节能、减排等已经是迫在眉睫。我国“十一五”规划纲要提出节能减排计划, 作为以低碳经济发展的信息通信行业, 目前对于大气温室效应的消耗率是2%, 可是随着用户业务量的增加所带来的高能耗, 通信行业节能减排刻不容缓, 绿色通信理念深入人心。
面对我国3G网络的规范化, 用户对3G通信服务将会有越来越多的选择, 除了传统的语音通话业务外, 也出现了以视频语音通话为代表的3G特色业务。而用户对通信服务质量 (QoS) 的要求也越来越高。在体验各种丰富多彩的业务时, 会出现手机电池供电不足等现象, 手机电池的节能省电是低碳经济的发展核心。因此, 对手机待机时间提出了更高的要求, 而对于我国目前的3G移动运营网络来说, 3G终端的省电方案也是各大运营商以及终端生产厂家所力求解决绿色节能通信问题。
终端的耗电性能是评价终端总体性能的一项重要指标, 并且和移动用户密切相关。因此, 终端的省电技术/方案对提高移动用户满意度和建设绿色通信有重要的现实意义。
1 在TD-SCDMA系统中终端耗电的主要因素
在TD-SCDMA系统中终端的耗电因素主要是受到无线环境、网络配置、协议栈控制以及终端软硬件方案、电源管理、芯片本身的低功耗设计以及工艺特性等。其中, 协议栈中RRC状态的基本模式包括空闲模式和连接模式。下面文本从协议栈中RRC状态以及工艺特性来讨论耗电因素。
1.1 空闲模式下终端耗电的因素
空闲模式即终端没有任何通话业务处于待机状态下的模式。该模式是终端最为常见的状态, 在单位时间内的耗电量很少, 但在该状态下的耗电总量一般最多。通过分析可知[2]影响空闲状态下终端待机时间的几个主要因素有:
(1) 终端的状态
当终端所处的状态不同时, 相应的耗电性能不相同。相比较, 终端移动次数较为频繁时, 耗电越容易。当在终端在开机且运动状态下时, 会出现高频率的小区重选。而小区重选又要去进行周期性的测量本小区的PCCPCH RSCP, 在每个DRX (不连续接收) 周期至少要求测量一次, 从而增加了耗电。
(2) 网络侧DRX (非接收模式) 的设置
DRX参数的设置决定了终端在空闲状态时醒来监听信道消息的时间间隔, 时间间隔大意味这终端醒来的次数要少, 从而延长终端的待机时间。
(3) 网络侧邻区配置
当进行小区重选的时候, 需要根据系统下发的广播信息测量服务小区邻区的信息。因此, 网络侧邻区配置会对终端的测量耗电产生一定的影响。
1.2 连接模式下终端耗电的因素
连接模式即终端进行语音或数据通信处于有业务的工作状态下的模式。连接模式又可分为CELL-FACH、CELL-DCH、CELL_PCH、URA_PCH几种不同状态。在TD-SCDMA中的RRC状态的能量消耗与时延关系如图1。
3G终端提供的业务种类丰富, 除了2G终端的基本的语音、数据业务之外, 还有各种多媒体视频点播业务是终端功耗的重要影响因素。
2 在TD-SCDMA系统中终端节电的主要方案
2.1 空闲模式下的终端节电技术
在空闲状态下, 终端侧的RRC (无线接入控制) 主要完成小区选择、小区重选、接收广播系统信息、寻呼指示、建立, 维护和释放RRC连接、无线接入承载的建立、重配置和释放UE测量等[5]。而这些任务大都不是连续发生的, 都是周期性进行的, 其中最为频繁的是周期性监听寻呼信道。
当小区选择/重选的过程不能找到任何可驻留的小区时, 终端应该间歇地进行小区搜索, 即每隔一段时间搜索一次, 而非连续地搜索。同样, 失去覆盖的时间越长, 则认为下次搜索成功的几率越小, 接下来的搜索间隔应该更大。当已经注册小区成功, 终端处于空闲模式下按一定的周期去解码PICH, 只有存在寻呼指示时, 才会去解码随路的SCCPCH信息, 即不连续接收方式 (DRX) 。
在该模式下, 终端将根据网络侧配置的不连续接收周期 (DRX cycle) 来进行休眠/唤醒的过程。在休眠的过程中, 终端将关闭接收机电源, 停止接收或发送数据, 直到在监听过程中接收到寻呼指示时醒来。
空闲模式下DRX寻呼周期的计算公式:
其中:K为DRX周期长度系数, 在Idle状态下可以使用的值6～9, 目前CS和PS的K值都是6;PBP为寻呼块周期, 可以取的值是8, 16, 32, 64, 在FDD模式下, PBP=1。
DRX参数周期为0.64s, 1.28s, 2.56s或5.12s。通常在TD-SCDMA系统中不DRX周期设置为1.28s。在空闲状态下, 采用DRX技术所节电量, 相对于连续接收情况下的耗电量的1/64。采用DRX如果将系统寻呼周期设置2.56s或者是5.12s, 那么相对节能效果要更好。
通过以上的描述, 提出利用不连续接收 (DRX) 技术下的终端的省电模式的改进方案, 其流程如图2, 并且在满足以下条件为前提:
在空闲模式下;
具有通信实时水平:
DRX周期可以预测。
针对用户通信的活动水平, 将DRX的周期进行预定。为了尽可能的减小UE的功耗, 可以将DRX的周期和激活时刻起点设置同步。在终端是设置一个定时器T1, Node B中设置定时器T2。将T1与T2启动时刻设置同步。这样有效减少了启动接收机和发射机的次数, 从而有利于终端的节能省电。
2.2 连接模式下的终端节电技术
用户通过建立起RRC连接, 从空闲模式转移到连接模式。连接模式分为:CELL_DCH、CELL_FACH、CELL_PCH和URA_PCH4种状态。其中, CELL_PCH和URA_PCH状态与空闲模式状态较为相似。
连接模式下的CELL-PCH和URA-PCH状态的DRX寻呼周期的计算公式如下:
寻呼块出现时刻计算公式如下:
其中:K UTRAN=3～9, K=6～9
UE在CELL/URA-PCH状态下, DRX周期取值可以为:0.08s, 0.16s, 0.32s, 0.64s, 1.28s, 2.56s, 5.12s。
其中, Frame_Offset为系统信息提供的PICH偏移量。
(1) (2) (3) 式中参数信息由SIB5 (系统信息5) 中提供。
通过以上的分析, 对于寻呼信道的解读, 特别是寻呼因子的判断都将降低终端电源的功耗, 在文献[3]中采用了可扩展的寻呼因子, 通过考虑在同一小区内不同终端的通信流量以及终端的剩余电量水平的不同, 从而自适应的调整DRX周期, 最终有效减少终端功耗。
连接模式下的各种业务根据不同的耗电特性分为在语音通话、视频通话、FTP上传/下载以及流媒体业务等。
(1) 语音通话
对于TD-SCDMA系统来说, 在语音业务中, 其上下行传输的一般不是同时进行。也就是说, 通话中双方终端不会是在同时讲话, 而是一个在讲一个在听。所以, 当处于接听状态时, 就可以关闭发射电路, 当处于发话状态时, 则可关闭接收电路, 从而达到降低功耗的目的。
同时, 如果没有话音进入话筒, 也就是没有信息在无线信道上发送。不连续发射 (DTX, Discontinuous Transmission) 技术是在没有语音信号传输时停止发射无线信号, 也就是说, DTX仅在探测到连接中有话音才发射。这样减少了UE和BTS的功率损耗, 同时也减少了无线信道上的总功率能够使干扰降低, 提高系统的效率。这个功能是在BSC中执行。
DTX技术使无线通信系统的总体频率优化, 在整个通话中将会减少50%的发射时间。DTX也可以用于数据发射, 但不能用于BCCH (广播控制信道) 载波。它能在每个小区上设置。如图3为传输端DTX技术的工作流程图。[4,4]
对于TD-SCDMA系统的上行DPCH (专用物理信道) , 上行方向不同的速率起伏会在TD-SCDMA的上行基带产生以下两种结果:
(1) 当上行速率降至0, 上行DTX开始;
(2) 当上行速率低于标配, 上行方向通过速率匹配占满所分陪的物理资源。
情况 (1) 比较好, 原因是:
上行DTX开始时, 基带除了按照周期 (SBGP特殊突发生成周期) 上行发射特殊突发外, 周期内的其余时间上行是停止发射的, 终端基带可以完全关闭自己的发射电路, 达到最大程度的省电。
在上行DPCH上, 上行速率最好只处于两种状态一种是标配, 另外一种为0, 而不是长期地频繁处于速率不达到的情况, 但是现在技术没有较好的解决这个问题。
可以对其进行如下改进:在网络是应用DTX功能前, 小区内进行DTX的功能测试。然后选择在跳频的系统中使用, 跳频技术可以有效的改善无线信号的传输质量, 能够明显降低同频干扰和频率选择性衰落效应。
(2) 视频通话
视频通话, 相比较语音通话要更加复杂, 除了应该具备的语言外, 还需要终端对视频图像的处理, 这样会增加终端的功耗.
TD-SCDMA是工作在TDD模式下, 在该系统中用户仅用部分时隙以较小的占空比传递信号能量。由于CDMA系统是一个自干扰系统, 其系统容量主要是取决于来自同系统内其他用户的多址干扰, 相比较FDD模式, 时间-频率平面被分割成M个离散的频率段, 在频率轴上相邻分布, 用户始终占用频率通道中某一频段并以100%的占空比传递信号能量。因而, 以突发方式发射信号的TDD系统要小于FDD系统。
(3) FTP上传/下载
由于是TDD的工作方式, TD-SCDMA终端在上传数据时仅需在子帧内的一个工作时隙打开发射通路 (此时终端的功耗最大) , 而在同一子帧内的其它几个空闲时隙是关闭发射通路上网 (此时段的功耗最小) 。在同一子帧内的最大电流和最小电流相差可达160mA, 从而降低了平均功耗。
2.3 工艺技术
终端芯片的制作工艺, 如果采用130nm和90nm的工艺, 就会对终端功耗产生不同的影响, 相比较而言90nm的工艺更加精湛, 但是价格较昂贵。手机作为一种便携式和移动性的终端, 它是以锂离子电池为主要配备。手机功能不断丰富, 除了原有的通信功能, 也能够提供给用户各种越来越强大的娱乐功能, 如MP3, MP4, 拍照, GPS导航新功能不断增加, 因此, 必须提高手机待机时间和使用时间。对于这个问题, 目前提出两种解决方案:一种是配备更大容量的手机电池;另一种是改进系统设计, 采用先进技术, 降低手机的功率损耗。图4是某抽样调查中各类电池占比图[4,4]。
目前, 锂离子电池的能量密度较之前提升了30%, 但还是无法满足3G发展的需求。于是, 寻求新型手机能源成为业内共识, 燃料电池技术应运而生。燃料电池能够支持手机通话13个小时, 待机时间长达1个月。它的基本原理是将甲醇、水、空气混合产生电能, 其中甲醇是燃料, 副产品是热量和水。虽然诸多手机制造商, 例如摩托罗拉、东芝、NEC、富士通、日立正在开发应用于手机的燃料电池, 但因为技术仍不成熟, 离实现全面商业化还有一段距离。从增加手机电池容量的角度来考虑将会导致整机高昂的成本。图5为燃料电池管理原理图。
终端硬件集成电路提供了各种的电源管理的功能。在TD-SCDMA终端的超大规模集成芯片中, DSP和ARM是其中最为耗电的芯片, 要通过结合硬件电路的高度集成化的电源管理和高性能分立器件来进行电池管理、功率转换以及系统管理。通过各种改进优化电池使用, 以达到延长电池工作时间。
通过改变硬件电路的工作频率, 可以有效的解决终端功耗, 从而达成省电的目的。对于ARM、DSP以及FPGA硬件电路, 频率越高则功率消耗越大, 所以在终端不工作的情况下, 使用不同的频率也会大大降低终端的功耗。
3 终端节能省电的发展方向
随着TD-SCDMA向TD-LTE的逐步演进, 终端功能的不断强大, 对于终端的节能省电技术的研究也将会得到业界的更加重视。未来的移动通信互联网终端的趋势, 将会以用户满意度和体验度作为衡量标准。为了提升TD-SCDMA终端的节能省电技术, 要从TD-SCDMA终端芯片设计以及高层协议软件的优化等方向着手, 同时提高无线网络覆盖质量, 使得各种方案能够协调工作, 最终使得终端能够在保证服务质量情况下进行省电。因此, 终端节能省电的发展, 无论是对于手机芯片制造商还是运营商而言, 都将会是一个新的挑战。
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