隨著通過(guò)移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)的智能手機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備數(shù)量的大量增加，現(xiàn)有設(shè)備的覆蓋范圍和容量都面臨壓力。業(yè)界已轉(zhuǎn)向小型電池來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：metrocells，femtocells和picocells。這種新型設(shè)備的范圍從低成本產(chǎn)品到家庭中的移動(dòng)電話(huà)信號(hào)，可安裝在燈柱上的街道級(jí)電池，以及提供更廣覆蓋范圍的高通量metrocell。

研究和市場(chǎng)1，在其最新報(bào)告中，小型蜂窩：Femtocell，Picocell（以及中繼器，DAS和Wi-Fi）預(yù)測(cè)小型蜂窩電池的“爆炸式增長(zhǎng)”，特別是那些用于基于LTE的高容量城市網(wǎng)絡(luò)。該公司預(yù)計(jì)，到2017年，小型電池的出貨量將達(dá)到7000萬(wàn)臺(tái)。

ABIResearch2的預(yù)測(cè)較為溫和，預(yù)計(jì)企業(yè)和消費(fèi)者家庭電池的復(fù)合年均復(fù)合增長(zhǎng)率僅為63％，到2017年將實(shí)現(xiàn)34億美元的收入增長(zhǎng)。研究人員稱(chēng)，室外metrocell正在吸引更多關(guān)注。

這些小型電池的共同點(diǎn)是低功率運(yùn)行，以及太陽(yáng)能供電的潛力。太陽(yáng)能小型電池已經(jīng)應(yīng)用于城市和偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)的許多應(yīng)用中。

本文將考慮這些新一代小型電池的功率要求，并研究太陽(yáng)能技術(shù)的方式可以采用這些方法，審查來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的一系列解決方案，包括Parallax 33000 34 W太陽(yáng)能電池板套件; IXYS Ixolar高效太陽(yáng)能電池，SLMD480H12L;和Sanyo Energy（松下）AM-5706非晶太陽(yáng)能電池。

細(xì)胞分裂增加覆蓋范圍

許多人認(rèn)為小微蜂窩的部署是無(wú)線(xiàn)的唯一可行方式網(wǎng)絡(luò)提供商將能夠滿(mǎn)足通過(guò)下一代數(shù)字設(shè)備處理大量移動(dòng)數(shù)據(jù)所設(shè)想的需求。這不僅包括智能手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦等各種消費(fèi)設(shè)備，還包括與“物聯(lián)網(wǎng)”運(yùn)動(dòng)相關(guān)的新興應(yīng)用。

例如，ETSI M2M中的歐洲研究項(xiàng)目通信軌道正致力于基于3GPP蜂窩技術(shù)的道路交通信息和輔助系統(tǒng)。預(yù)計(jì)3G和LTE都將成為用于車(chē)輛的主要蜂窩無(wú)線(xiàn)接入標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)期可用性將成為智能交通系統(tǒng)的催化劑。研究人員已經(jīng)注意到，通過(guò)使用毫微微蜂窩基站（符合3GPP規(guī)范）來(lái)創(chuàng)建低延遲的本地3G連接，充當(dāng)位于路邊的交通應(yīng)用服務(wù)器，可以有效地增強(qiáng)蜂窩覆蓋。

雖然仍然存在技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服，小小區(qū)有望限制干擾，減少切換，最大限度地減少掉線(xiàn)，提高服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)最大限度地提高容量并支持高速應(yīng)用。小蜂窩網(wǎng)絡(luò)被整合到宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)建了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNets）。

雖然市場(chǎng)觀察者同意要成功，但這些微蜂窩必須價(jià)格低廉，運(yùn)營(yíng)成本低，體積小，功耗低，關(guān)于哪種電子硬件/軟件設(shè)計(jì)將勝出的不同意見(jiàn)。一方面，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，低成本基站只能通過(guò)使用大量可用的標(biāo)準(zhǔn)化部件來(lái)實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)離目前在宏基站中流行的完全可編程類(lèi)型的設(shè)備，如FPGA和DSP。相反，一些芯片制造商預(yù)測(cè)將向片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備發(fā)展，這些設(shè)備集成了DSP，CPU和加速核心，以支持3G，4G和Wi-Fi，以及一些媒體處理能力，每個(gè)可能高達(dá)100美元。但是，所有各方都認(rèn)為低功耗是必不可少的。

Micro，pico，femto，metro

Microcell和small cell是用于小于宏蜂窩或傳統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備的所有小區(qū)的通用術(shù)語(yǔ)電話(huà)基站。幾年前首次推出的femtocell被認(rèn)為是最初的微蜂窩。通常，它們是主要用于家庭或小型辦公室的小型終端，其缺乏良好的蜂窩信號(hào)覆蓋。在此類(lèi)應(yīng)用中，femtocell使用消費(fèi)者的寬帶連接進(jìn)行回程，尤其是高帶寬移動(dòng)數(shù)據(jù)連接。在一些開(kāi)放式和HetNet安裝中，毫微微蜂窩基站可以集成到托管網(wǎng)絡(luò)中，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)訪問(wèn)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

雖然有些人認(rèn)為femtocell僅限于住宅應(yīng)用，但它仍然成功地部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)達(dá)國(guó)家，覆蓋范圍廣泛但覆蓋面不足，以及新興市場(chǎng)。在電信基礎(chǔ)設(shè)施很少的國(guó)家的遠(yuǎn)程位置安裝毫微微蜂窩基站，可以通過(guò)PC和標(biāo)準(zhǔn)寬帶連接繞過(guò)傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)接入路線(xiàn)。

圖1：印度Kolar的太陽(yáng)能電信裝置。它最初由柴油發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。太陽(yáng)能系統(tǒng)使運(yùn)營(yíng)成本整體降低了86％，二氧化碳排放量每年減少21噸。投資回收期為3年。資料來(lái)源：Solar Novus。

低功率毫微微蜂窩基站，功率低于5瓦，可以通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電輕松維持，使用電池存儲(chǔ)能量并在夜間提供備用。對(duì)于毫微微蜂窩基站而言，5 W并不罕見(jiàn)，而且2010年首次推出的5 W參考設(shè)計(jì)的BoM為50美元。

Femtocell還可以通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供有效和高效的回程連接。衛(wèi)星容量的急劇增長(zhǎng)促進(jìn)了低成本，低功率（20 W或更低）衛(wèi)星接收機(jī)的發(fā)展，當(dāng)與3G femtocell結(jié)合并由太陽(yáng)能電池供電時(shí)，它可以幾乎在任何地方以低成本的方式提供服務(wù)。這些有時(shí)被稱(chēng)為更大的毫微微蜂窩或微微蜂窩。亞太地區(qū)位于泰國(guó)的寬帶衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商Ipstar為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供基于femtocell的回程蜂窩服務(wù)。它也可以由太陽(yáng)能供電。

3G和4G/LTE metrocell通常由移動(dòng)服務(wù)提供商部署，以提供密集城區(qū)的增加容量。它們既可以安裝在室內(nèi)也可以安裝在室外，通?？梢栽谝暰€(xiàn)或近視線(xiàn)的基礎(chǔ)上覆蓋許多街道或商業(yè)中心或火車(chē)站的同等區(qū)域。

最近部署metrocell和femtocell的一個(gè)令人印象深刻的例子是Telefonica去年為倫敦奧運(yùn)會(huì)安裝的網(wǎng)絡(luò)。倫敦已經(jīng)在400個(gè)路燈上安裝了Metrocell。在倫敦奧運(yùn)村，1500個(gè)metrocell和開(kāi)放式室內(nèi)femtocell混合使用，每平方公里的吞吐量達(dá)到1 Gbit/s。該網(wǎng)絡(luò)還包括14,000個(gè)Wi-Fi接入點(diǎn)，部署在每四個(gè)路燈上。

關(guān)于小型蜂窩部署的主要問(wèn)題是站點(diǎn)獲取，電源和回程，具有規(guī)劃，安裝技能和維護(hù)也很重要。從功率角度來(lái)看，一些新一代微蜂窩需要交流電源，或者可以從以太網(wǎng)供電（如果可用）中受益。太陽(yáng)能選擇正在變得流行。來(lái)自阿爾卡特朗訊的小型太陽(yáng)能femtocell，總功耗為15 W（包括回程），已成功部署在Telefonica試驗(yàn)中。

<圖2：Telefonica UK首個(gè)太陽(yáng)能3G/4G/Wi-Fi接入點(diǎn)。

節(jié)能

如果網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍不夠，那么大規(guī)模部署微蜂窩的另一個(gè)主要?jiǎng)恿κ侨蚬?jié)能。據(jù)報(bào)道，信息和通信技術(shù)（ICT）占全球二氧化碳排放量的2％至2.5％。根據(jù)國(guó)際電聯(lián)的數(shù)據(jù)，大約10％的ICT總排放量來(lái)自移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)，超過(guò)一半的數(shù)量來(lái)自無(wú)線(xiàn)電接入網(wǎng)絡(luò)。 Macrocell基站的功耗通常在2.5到4 kW之間。

小功率電池以低功率（2 W或更低）運(yùn)行，并將覆蓋范圍和容量提供到所需的位置，被認(rèn)為在能量和射頻功率方面更高效，即使需要大量電池來(lái)覆蓋大型城市地區(qū)。另外一個(gè)好處是手機(jī)更容易連接到網(wǎng)絡(luò)，從而延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。

許多電信公司都制定了自己的節(jié)能目標(biāo)，而政府正在鼓勵(lì)各行業(yè)幫助滿(mǎn)足國(guó)際社會(huì)的努力。減少全球碳足跡。計(jì)劃包括太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電的補(bǔ)貼，以及新建筑和設(shè)施的立法。

直接的結(jié)果是，許多微蜂窩和毫微微蜂窩設(shè)計(jì)人員正在實(shí)施復(fù)雜的電源管理集成電路并采用睡眠模式等專(zhuān)門(mén)技術(shù)，以降低功耗。所有這些都使得替代的，可再生的和收獲的能源成為許多應(yīng)用中為小電池供電的有力競(jìng)爭(zhēng)者。對(duì)于許多毫微微蜂窩基站和微蜂窩以及Wi-Fi接入點(diǎn)，太陽(yáng)能是一種有吸引力且可行的選擇。它特別適用于臨時(shí)應(yīng)用，例如奧運(yùn)會(huì)等重大事件，受地震和洪水襲擊地區(qū)的災(zāi)難恢復(fù)，甚至是戰(zhàn)區(qū)。

太陽(yáng)能電池選項(xiàng)

在一些地區(qū)，可以安裝大型太陽(yáng)能發(fā)電裝置，為村里的一系列必要設(shè)備提供能源。太陽(yáng)能電池總是需要為小型隔離設(shè)備提供電力。毫微微蜂窩基站背后的想法是它們可以輕松，快速和經(jīng)濟(jì)地部署。

單晶太陽(yáng)能電池被認(rèn)為是最有效的電池類(lèi)型，在低光照條件下表現(xiàn)良好。它們非常堅(jiān)固，非常適合戶(hù)外和室內(nèi)應(yīng)用。

適用于此類(lèi)應(yīng)用的一種太陽(yáng)能電池板是Parallax的34 W太陽(yáng)能電池板套件。這是業(yè)余愛(ài)好者的最?lèi)?ài)，它也是一種專(zhuān)業(yè)級(jí)套件，可產(chǎn)生高達(dá)34 W的清潔，綠色和電能。它具有12個(gè)2.85 W，18.5％效率的單晶電池陣列。

圖3：Parallax的34 W太陽(yáng)能電池板套件。

這些非常適合為小型電池供電，因?yàn)檫@些面板可以在室外環(huán)境中使用。該設(shè)備具有高透光性，可永久密封，增強(qiáng)堅(jiān)固性，最高可提供6 VDC。因此，該套件專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于為小型設(shè)備提供電力，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制系統(tǒng)。此外，多個(gè)單元可以菊花鏈?zhǔn)竭B接在一起，以獲得更高的電壓和電流或功率輸出，使其成為太陽(yáng)能充電備用電池的理想選擇。

替代單晶電池產(chǎn)品是IXEX的Ixolar系列SolarBIT產(chǎn)品。這些是室內(nèi)和室外電信應(yīng)用的理想選擇，可用于直接為遠(yuǎn)程安裝供電或?yàn)閭溆秒姵爻潆?。例如，SLMD480H12L是該系列中的典型型號(hào)，它使用12個(gè)串聯(lián)電池，電池效率為22％，提供7.56 V開(kāi)路電壓，6.06 V典型電壓和18 mA典型電流。

圖4：IXYS Ixolar SolarBIT系列太陽(yáng)能電池。

另一種選擇是使用無(wú)定形面板。這些在將收集的光轉(zhuǎn)換成電能方面效率較低，但即使在部分遮蔽時(shí)也具有繼續(xù)充電的益處。它們也可以更便宜購(gòu)買(mǎi)，包括三洋能源（現(xiàn)在是松下的一部分）在內(nèi)的多家供應(yīng)商突出了允許多個(gè)電池在電池形成的同時(shí)輕松串聯(lián)連接的技術(shù)，這意味著創(chuàng)建系統(tǒng)很簡(jiǎn)單具有不同電壓，完全適合預(yù)期的應(yīng)用。