1.5 基站节能新趋势

能量捕获作为能量有效性研究中的新概念，拓展了能量的维度，使得能量有进有出，也改变了以往评价能量有效性的方法；作为供应能源的电网，正在如火如荼地发展智能电网技术，其中的需求侧响应要求电网与用户实现互动，电价作为互动的主要参量，为调节用户耗能量发挥积极作用。根据电价来调整耗能不仅可以实现电网与用户的互动节能，实现用户的最大经济效益，也可以保证电能的供需瞬间平衡要求，维护电网的稳定。

从供能角度来看，分布在不同地区的移动通信基站需要连接到电网，由电网提供能源。近年来，智能电网作为能源行业改革的一种新趋势，正逐步展开深入研究和进行各地试点建设。在智能电网中，互动特征使得用户将成为电力系统不可分割的一部分，鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理有助于平衡供求关系，以确保系统的可靠性。用户根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力间的平衡来调整消费时间和消费量，可以减少或转移高峰电力需求，使电力公司减少运营开支，通过减低线损和调峰机组的运营获取环境效益。

因储能技术的落后，电力作为特殊商品具有供需瞬间平衡特性，即生产出来必须立即消费掉。基于价格的需求侧响应包括分时电价、实时电价（Real-Time Price，RTP）和尖峰电价，推行实时电价引导用户消费电力资源是建设智能电网的重要组成部分。依靠实时电价引导减低高峰负荷，激励用户在低谷负荷时段消费电力，使电网在较高负荷率下安全可靠地运行，达到削峰填谷的目的，从而提高电网设备的利用率和发电效率。

因此，加强提供能源的智能电网与迫切需求能源的移动通信基站合作具有非常重要的现实意义。智能电网中因能源的构成多样化，包含易波动的新能源、传统能源等，社会总的耗能量也在不断变化，且引起实时电价的起伏。可将智能电网供电作为一种特殊的能量捕获技术，依靠智能电网供电的基站，根据实时电价的高低来调整自身的耗能情况。当电力价格低时，可以利用较多耗能换取其他资源的节省或较低的能效换取其他性能的提升，如频谱效率、时延和带宽等，并保证电网的瞬间平衡；当电力价格高时，则以降低能耗与提高能效为主要目标。

目前在基站侧节能方面的研究主要集中在能量有效性的资源管理和能效与频效的均衡关系式上，有关引入能量捕获维度的基站节能以及基站与智能电网的协同节能方面较少涉及。目前少有文献对智能电网供电下的无线通信网络能效进行研究。Hasan等人在综述[1]中首次提到电网与BS可以合作节能；Han等人[18]研究基站由电网和绿色能源共同供电时，通过最大化绿色能源的利用以节约电网能源，绿色能源的生产和信息流量的时空多样性决定绿色能源的最优利用情况，但是仅考虑的是中时间尺度的蜂窝服务半径缩放措施；Bu等人[71-73]对存在多个电力零售商供电下的基站，通过基站和电力零售商的双向选择博弈，实现基站最优能效和电力零售商利益最大化，但是负的电力价格和波动过大的电力价格既不符合实际，也不利于系统的稳定；Ng 等人[74]对包含可再生能源和常规能源供电下的基站能效研究，分为基于分数规划的离线资源分配和基于随机动态规划的在线资源分配，但是未考虑不完全信道信息和能量匮乏情况。上述研究或是认为电力价格是恒定的，或是未使用浮动电力价格模型，没有体现不同用户用能的差异性和节能效果，且未涉及对能效与频效的均衡关系的影响分析。

地理位置的多样性导致了可再生能源资源的多变性，因为电池有限的储存容量，应对可再生能源波动就需要采取多基站间协作的方法。利用电力线连接多个基站，使得能源能够在多个基站间流动共享，可以由能量充裕的基站分享能量来补偿另一个由于有较高的用户需求量或可再生能量获取匮乏的基站，从而有效增强基站群应对可再生能量波动的能力。另外一种常用的方法是把可再生能源和传统电网能源同时连接到基站，将传统电网能源作为可再生能源的一个后备能源，形成异构能源供电，以保证基站的服务质量要求。

此外，随着智能电网技术的推进，分布式的基站负载连接到电网时可以启用的双向能量与电网交易，以便更灵活地利用其本地产生的可再生能源，如在可再生能源过剩的情况下，一个基站可以出售过多能量到电网，在相反的可再生能源缺乏情况下，可以从电网购买额外的能量保持其正常运行。

可见，多个蜂窝基站具有各自的可再生能量获取能力，且各自服务的业务流量也是随机波动的，差异化的动态绿色能量与动态业务流量构成多蜂窝基站能量合作的主要特征，使得绿色能量的协同高效利用成为可能。