如何利用小型太阳能电池提高地区的3G连接和LTE性能

随着通过移动电话网络连接到互联网的智能手机和其他数字设备数量的大量增加，现有设备的覆盖范围和容量都面临压力。业界已转向小型电池来解决这个问题：metrocells，femtocells和picocells。这种新型设备的范围从低成本产品到家庭中的移动电话信号，可安装在灯柱上的街道级电池，以及提供更广覆盖范围的高通量metrocell。

研究和市场¹，在其最新报告中，小型蜂窝：Femtocell，Picocell（以及中继器，DAS和Wi-Fi）预测小型蜂窝电池的“爆炸式增长”，特别是那些用于基于LTE的高容量城市网络。该公司预计，到2017年，小型电池的出货量将达到7000万台。

ABIResearch²的预测较为温和，预计企业和消费者家庭电池的复合年均复合增长率仅为63％，到2017年将实现34亿美元的收入增长。研究人员称，室外metrocell正在吸引更多关注。

这些小型电池的共同点是低功率运行，以及太阳能供电的潜力。太阳能小型电池已经应用于城市和偏远农村地区的许多应用中。

本文将考虑这些新一代小型电池的功率要求，并研究太阳能技术的方式可以采用这些方法，审查来自多个供应商的一系列解决方案，包括Parallax 33000 34 W太阳能电池板套件; IXYS Ixolar高效太阳能电池，SLMD480H12L;和Sanyo Energy（松下）AM-5706非晶太阳能电池。

细胞分裂增加覆盖范围

许多人认为小微蜂窝的部署是无线的唯一可行方式网络提供商将能够满足通过下一代数字设备处理大量移动数据所设想的需求。这不仅包括智能手机，平板电脑和笔记本电脑等各种消费设备，还包括与“物联网”运动相关的新兴应用。

例如，ETSI M2M中的欧洲研究项目通信轨道正致力于基于3GPP蜂窝技术的道路交通信息和辅助系统。预计3G和LTE都将成为用于车辆的主要蜂窝无线接入标准。预计宽带移动网络的预期可用性将成为智能交通系统的催化剂。研究人员已经注意到，通过使用毫微微蜂窝基站（符合3GPP规范）来创建低延迟的本地3G连接，充当位于路边的交通应用服务器，可以有效地增强蜂窝覆盖。

虽然仍然存在技术挑战需要克服，小小区有望限制干扰，减少切换，最大限度地减少掉线，提高服务质量，同时最大限度地提高容量并支持高速应用。小蜂窝网络被整合到宏蜂窝网络中，创建了异构网络（HetNets）。

虽然市场观察者同意要成功，但这些微蜂窝必须价格低廉，运营成本低，体积小，功耗低，关于哪种电子硬件/软件设计将胜出的不同意见。一方面，有一种观点认为，低成本基站只能通过使用大量可用的标准化部件来实现，远离目前在宏基站中流行的完全可编程类型的设备，如FPGA和DSP。相反，一些芯片制造商预测将向片上系统（SoC）设备发展，这些设备集成了DSP，CPU和加速核心，以支持3G，4G和Wi-Fi，以及一些媒体处理能力，每个可能高达100美元。但是，所有各方都认为低功耗是必不可少的。

Micro，pico，femto，metro

Microcell和small cell是用于小于宏蜂窝或传统移动设备的所有小区的通用术语电话基站。几年前首次推出的femtocell被认为是最初的微蜂窝。通常，它们是主要用于家庭或小型办公室的小型终端，其缺乏良好的蜂窝信号覆盖。在此类应用中，femtocell使用消费者的宽带连接进行回程，尤其是高带宽移动数据连接。在一些开放式和HetNet安装中，毫微微蜂窝基站可以集成到托管网络中，并通过网关访问宏蜂窝网络。

虽然有些人认为femtocell仅限于住宅应用，但它仍然成功地部署在偏远地区，发达国家，覆盖范围广泛但覆盖面不足，以及新兴市场。在电信基础设施很少的国家的远程位置安装毫微微蜂窝基站，可以通过PC和标准宽带连接绕过传统的互联网接入路线。

图1：印度Kolar的太阳能电信装置。它最初由柴油发电机提供动力。太阳能系统使运营成本整体降低了86％，二氧化碳排放量每年减少21吨。投资回收期为3年。资料来源：Solar Novus。

低功率毫微微蜂窝基站，功率低于5瓦，可以通过太阳能发电轻松维持，使用电池存储能量并在夜间提供备用。对于毫微微蜂窝基站而言，5 W并不罕见，而且2010年首次推出的5 W参考设计的BoM为50美元。

Femtocell还可以通过卫星网络提供有效和高效的回程连接。卫星容量的急剧增长促进了低成本，低功率（20 W或更低）卫星接收机的发展，当与3G femtocell结合并由太阳能电池供电时，它可以几乎在任何地方以低成本的方式提供服务。这些有时被称为更大的毫微微蜂窝或微微蜂窝。亚太地区位于泰国的宽带卫星运营商Ipstar为偏远地区提供基于femtocell的回程蜂窝服务。它也可以由太阳能供电。

3G和4G/LTE metrocell通常由移动服务提供商部署，以提供密集城区的增加容量。它们既可以安装在室内也可以安装在室外，通常可以在视线或近视线的基础上覆盖许多街道或商业中心或火车站的同等区域。

最近部署metrocell和femtocell的一个令人印象深刻的例子是Telefonica去年为伦敦奥运会安装的网络。伦敦已经在400个路灯上安装了Metrocell。在伦敦奥运村，1500个metrocell和开放式室内femtocell混合使用，每平方公里的吞吐量达到1 Gbit/s。该网络还包括14,000个Wi-Fi接入点，部署在每四个路灯上。

关于小型蜂窝部署的主要问题是站点获取，电源和回程，具有规划，安装技能和维护也很重要。从功率角度来看，一些新一代微蜂窝需要交流电源，或者可以从以太网供电（如果可用）中受益。太阳能选择正在变得流行。来自阿尔卡特朗讯的小型太阳能femtocell，总功耗为15 W（包括回程），已成功部署在Telefonica试验中。

<图2：Telefonica UK首个太阳能3G/4G/Wi-Fi接入点。

节能

如果网络容量和覆盖范围不够，那么大规模部署微蜂窝的另一个主要动力是全球节能。据报道，信息和通信技术（ICT）占全球二氧化碳排放量的2％至2.5％。根据国际电联的数据，大约10％的ICT总排放量来自移动电话网络，超过一半的数量来自无线电接入网络。 Macrocell基站的功耗通常在2.5到4 kW之间。

小功率电池以低功率（2 W或更低）运行，并将覆盖范围和容量提供到所需的位置，被认为在能量和射频功率方面更高效，即使需要大量电池来覆盖大型城市地区。另外一个好处是手机更容易连接到网络，从而延长了电池续航时间。

许多电信公司都制定了自己的节能目标，而政府正在鼓励各行业帮助满足国际社会的努力。减少全球碳足迹。计划包括太阳能和风能发电的补贴，以及新建筑和设施的立法。

直接的结果是，许多微蜂窝和毫微微蜂窝设计人员正在实施复杂的电源管理集成电路并采用睡眠模式等专门技术，以降低功耗。所有这些都使得替代的，可再生的和收获的能源成为许多应用中为小电池供电的有力竞争者。对于许多毫微微蜂窝基站和微蜂窝以及Wi-Fi接入点，太阳能是一种有吸引力且可行的选择。它特别适用于临时应用，例如奥运会等重大事件，受地震和洪水袭击地区的灾难恢复，甚至是战区。

太阳能电池选项

在一些地区，可以安装大型太阳能发电装置，为村里的一系列必要设备提供能源。太阳能电池总是需要为小型隔离设备提供电力。毫微微蜂窝基站背后的想法是它们可以轻松，快速和经济地部署。

单晶太阳能电池被认为是最有效的电池类型，在低光照条件下表现良好。它们非常坚固，非常适合户外和室内应用。

适用于此类应用的一种太阳能电池板是Parallax的34 W太阳能电池板套件。这是业余爱好者的最爱，它也是一种专业级套件，可产生高达34 W的清洁，绿色和电能。它具有12个2.85 W，18.5％效率的单晶电池阵列。

图3：Parallax的34 W太阳能电池板套件。

这些非常适合为小型电池供电，因为这些面板可以在室外环境中使用。该设备具有高透光性，可永久密封，增强坚固性，最高可提供6 VDC。因此，该套件专门设计用于为小型设备提供电力，例如远程监控和控制系统。此外，多个单元可以菊花链式连接在一起，以获得更高的电压和电流或功率输出，使其成为太阳能充电备用电池的理想选择。

替代单晶电池产品是IXEX的Ixolar系列SolarBIT产品。这些是室内和室外电信应用的理想选择，可用于直接为远程安装供电或为备用电池充电。例如，SLMD480H12L是该系列中的典型型号，它使用12个串联电池，电池效率为22％，提供7.56 V开路电压，6.06 V典型电压和18 mA典型电流。

图4：IXYS Ixolar SolarBIT系列太阳能电池。

另一种选择是使用无定形面板。这些在将收集的光转换成电能方面效率较低，但即使在部分遮蔽时也具有继续充电的益处。它们也可以更便宜购买，包括三洋能源（现在是松下的一部分）在内的多家供应商突出了允许多个电池在电池形成的同时轻松串联连接的技术，这意味着创建系统很简单具有不同电压，完全适合预期的应用。