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摘要：本文簡要介紹了5g無線基站節(jié)電功能的關(guān)鍵技術(shù)，主要包含符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、下行功控、基站深度休眠、載波關(guān)斷、C-RAN組網(wǎng)等技術(shù)，在此基礎(chǔ)上分析了網(wǎng)絡(luò)級節(jié)電技術(shù)，以期可以在保證用戶上網(wǎng)感知體驗的同時降低無線設(shè)備無效功耗，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的降本增效。

關(guān)鍵詞：5G；節(jié)電；無線網(wǎng)絡(luò)

1引言

為響應(yīng)國家戰(zhàn)略，5G網(wǎng)絡(luò)已開始大規(guī)模建設(shè)。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時延、大連接等特性及大規(guī)模MIMO技術(shù)應(yīng)用，勢必導(dǎo)致5G無線基站的能耗高于以往的234G網(wǎng)絡(luò)無線基站。目前5G單站額定功耗約為3800W、是現(xiàn)有4G基站耗電量的3倍多，高額的用電成本給運(yùn)營商帶來巨大挑戰(zhàn)。

2基站級節(jié)電技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量與手機(jī)用戶作息時間強(qiáng)相關(guān)，在全天各時段分布存在忙閑的差異性，如何在無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)較低時進(jìn)行能耗降低是節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵。站點級節(jié)能技術(shù)主要根據(jù)無線業(yè)務(wù)的忙閑、無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的高低、無線網(wǎng)絡(luò)資源配置的多少來分析判決的可關(guān)閉的無線網(wǎng)絡(luò)資源。

2.1符號關(guān)斷

在無線基站設(shè)備中，功率放大器（PA）的能耗最多，即使沒有輸出信號時，功率放大器也會產(chǎn)生靜態(tài)能耗。符號關(guān)斷是一種時域節(jié)能技術(shù)，指的是無線基站實時檢測下行符號的數(shù)據(jù)傳送情況，若無數(shù)據(jù)傳送則在本周期內(nèi)關(guān)閉功率放大器，以降低靜態(tài)功耗；當(dāng)檢測到有數(shù)據(jù)調(diào)度時，會重新啟動射頻模塊的功率放大器，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。符號關(guān)斷或開啟的時間粒度為微秒級。通過實驗分析及現(xiàn)場驗證測試發(fā)現(xiàn)符號關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用在低業(yè)務(wù)場景下可節(jié)電10%左右。

2.2通道關(guān)斷

以中國移動5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為例，現(xiàn)階段主要采用2.6GHz的64T64R/32T32R的AAU(ActiveAntennaUnit)宏基站設(shè)備做5G連續(xù)覆蓋。無線設(shè)備通道數(shù)越多，對應(yīng)的無線業(yè)務(wù)承載能力越強(qiáng)，也意味著更高的功耗。當(dāng)某區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較低時，且明顯低于無線網(wǎng)絡(luò)承載能力，此時射頻模塊的所有發(fā)射通道若仍處于工作狀態(tài)，會產(chǎn)生不必要的能耗。通道關(guān)閉技術(shù)是一種空域節(jié)能技術(shù)，指的是無線基站關(guān)閉（或休眠）部分發(fā)射通道，以降低射頻模塊功耗。一旦無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷提升至某個閾值，可快速自動開啟射頻通道。如圖2，當(dāng)64T64R的5G站點業(yè)務(wù)量較低時，可關(guān)閉32個通道，在滿足業(yè)務(wù)需求的同時，也可節(jié)省無效功耗。通過實驗分析及現(xiàn)場驗證測試發(fā)現(xiàn)通道關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用在低業(yè)務(wù)場景下可節(jié)電15%。

2.3基站下行功率優(yōu)化

非邊緣用戶不存在功率受限的問題，基站將根據(jù)無線信道質(zhì)量或及業(yè)務(wù)需求自適應(yīng)調(diào)整下行發(fā)射功率，既保證用戶感知，也減小基站功耗。基站下行功率優(yōu)化分為靜態(tài)控制和動態(tài)控制。靜態(tài)功控根據(jù)各個信道或信號的覆蓋能力，通過功率偏置參數(shù)配置調(diào)整發(fā)射功率動態(tài)功控根據(jù)各個信道或信號的實際傳輸情況和UE反饋信息，自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)射功率。目前PDCCH信道動態(tài)功控是基于其BLER（BlockErrorRate）目標(biāo)值自適應(yīng)地調(diào)整PDCCH的發(fā)射功率，PDSCH信道動態(tài)功控是基于PDSCH的調(diào)度MCS（ModulationandCodingScheme）或者調(diào)度后的剩余功率自適應(yīng)地調(diào)整用戶發(fā)射功率譜密度。

2.4深度休眠因

5G網(wǎng)絡(luò)尚處于建網(wǎng)初期，5G終端占比低，5G業(yè)務(wù)分流能力待提升。4G網(wǎng)絡(luò)仍作為無線業(yè)務(wù)主力承載網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量都有保證。將部分5G用戶遷移到4G網(wǎng)絡(luò)，并讓5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)入深度休眠以降低功耗。深度休眠指的是關(guān)閉AAU的功率放大器、絕大部分射頻及數(shù)字電路，僅保留最基本的數(shù)字接口電路。有業(yè)務(wù)時，直接將AAU恢復(fù)至正常狀態(tài)。也可下發(fā)定時任務(wù)完成5G無線設(shè)備深度休眠的開啟和關(guān)停動作。通過實驗分析及現(xiàn)場驗證測試發(fā)現(xiàn)深度休眠技術(shù)預(yù)計可將5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗降低50%左右。

2.5載波關(guān)斷

多層網(wǎng)同覆蓋可保證無線網(wǎng)絡(luò)容量，若同扇區(qū)某個載波負(fù)荷下降，在不影響客戶感知的同時減容若干載波，以降低無線設(shè)備功耗。多層網(wǎng)的低頻段小區(qū)作為基礎(chǔ)覆蓋層，而高頻段小區(qū)作為容量層，提升系統(tǒng)容量。當(dāng)覆蓋區(qū)域內(nèi)負(fù)荷下降到較低水平時，將同扇區(qū)容量小區(qū)的用戶遷移至基礎(chǔ)覆蓋小區(qū)，并關(guān)斷相應(yīng)的容量小區(qū)載波，達(dá)到節(jié)能減排的效果。如圖4所示。

3網(wǎng)絡(luò)級節(jié)電技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，通過C-RAN組網(wǎng)將BBU、SPN等設(shè)備集中可以有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的成本。

3.1C-RAN組網(wǎng)改造方案

在5G宏站建設(shè)時通過C-ran組網(wǎng)，將各類小機(jī)房規(guī)整為大機(jī)房，實現(xiàn)無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等設(shè)備的集中供電，可減少機(jī)房過多導(dǎo)致設(shè)備冗余度高而形成的無效功耗。而對于存量2G&4G的BBU，也參照同物理站點5G設(shè)備歸屬的C-RAN機(jī)房進(jìn)行設(shè)備集中化改造，最大化C-RAN機(jī)房組網(wǎng)優(yōu)勢，更進(jìn)一步實現(xiàn)節(jié)能減排。

3.2C-RAN分場景部署要求

在城區(qū)、縣城區(qū)域，當(dāng)機(jī)房和傳輸線路均具備條件時，原則上應(yīng)采用C-RAN組網(wǎng)，集中度以5-15個基站為宜，以節(jié)約建設(shè)和運(yùn)維成本。受客觀因素影響，可采用D-RAN組網(wǎng)。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村區(qū)域，因基站較為分散，一般采用D-RAN組網(wǎng)，除個別熱點區(qū)域有條件較好的自有機(jī)房，且能夠滿足5個以上基站集中外。在高校、大型園區(qū)、醫(yī)院等場景，因業(yè)務(wù)量大且基站分布密集、光纜路由條件較好等，原則上該區(qū)域的245G站點采用C-RAN組網(wǎng)，節(jié)省機(jī)房及相應(yīng)的傳輸設(shè)備。在高鐵、高速公路、地鐵等交通沿線場景，因基站基本為鏈狀分布，應(yīng)采用C-RAN組網(wǎng)，綜合考慮站間距、光纖拉遠(yuǎn)距離與傳輸投資的關(guān)系、覆蓋方式、網(wǎng)絡(luò)載波容量需求、設(shè)備處理能力、網(wǎng)絡(luò)安全性等因素，合理設(shè)置基站集中度。

4結(jié)束語

在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)合實際業(yè)務(wù)量情況，通過符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、下行功控、基站深度休眠、載波關(guān)斷、C-RAN組網(wǎng)等技術(shù)可以在保證用戶上網(wǎng)感知體驗的同時降低無線設(shè)備無效功耗，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的降本增效。

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作者：謝慧芝 郭昊 單位：井岡山大學(xué)電信學(xué)院 中國移動通信集團(tuán)江西有限公司吉安分公司無線中心