杜詩研，江偉，王猛，周雷雷

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司, 合肥 230041）

LTE網(wǎng)絡(luò)智能關(guān)斷技術(shù)節(jié)能指標(biāo)試驗(yàn)與分析

杜詩研，江偉，王猛，周雷雷

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司, 合肥 230041）

本文從LTE網(wǎng)絡(luò)基站節(jié)能技術(shù)出發(fā)，分析了通道智能關(guān)斷技術(shù)和符號(hào)智能關(guān)斷技術(shù)原理，重點(diǎn)對(duì)滿足試驗(yàn)條件的智能關(guān)斷技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試分析，通過對(duì)比基站采用節(jié)能措施前后節(jié)能指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)及路測(cè)結(jié)果的差異，得出基站節(jié)能措施的效果和對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響的結(jié)論。

LTE網(wǎng)絡(luò)；基站節(jié)能；智能通道關(guān)斷；符號(hào)通道關(guān)斷

目前，在整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的耗電量中，以無線網(wǎng)耗電為主，其中基站設(shè)備的耗電量已占到無線能耗的50%～ 80%。因此，基站節(jié)能是整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的關(guān)鍵，如何降低基站能耗成為通信運(yùn)營商最關(guān)注的話題。

由于鐵塔公司的引入，無線網(wǎng)節(jié)能減排工作需要更加偏重于主設(shè)備節(jié)能技術(shù)研究及落地。無線網(wǎng)絡(luò)資源并不是無時(shí)無刻都在高效的被占用著，如夜晚的工業(yè)園區(qū)、工作時(shí)間的住宅小區(qū)等，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在白白消耗著電能。如果這些網(wǎng)絡(luò)資源能在閑置狀態(tài)下被關(guān)閉、在需要的情況下被激活，那么將會(huì)有大量的能源被節(jié)省下來。

基站節(jié)能的技術(shù)和方案在不斷發(fā)展，各設(shè)備廠家都在無線通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)和解決方案上加大研發(fā)力度。為降低4G網(wǎng)絡(luò)能耗現(xiàn)狀，LTE網(wǎng)絡(luò)采用了多種節(jié)電策略。本文通過分析通道關(guān)斷休眠和符號(hào)關(guān)斷休眠兩種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀對(duì)滿足現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)條件的節(jié)能技術(shù)提出現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用測(cè)試方案，開展現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析節(jié)能技術(shù)在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性與可行性。

1 LTE基站節(jié)電策略

1.1 通道智能關(guān)斷

通道關(guān)斷是指在業(yè)務(wù)量負(fù)載低時(shí)，基站關(guān)閉部分發(fā)射通道，從而達(dá)到節(jié)能的效果。通道關(guān)斷技術(shù)包括通道關(guān)斷激活流程與通道關(guān)斷去激活流程。當(dāng)同時(shí)滿足如下條件時(shí)， 將進(jìn)入通道智能關(guān)斷激活流程，圖1為通道智能關(guān)斷原理圖。（1）負(fù)荷低于一定的門限；（2）進(jìn)入預(yù)設(shè)定的時(shí)間段，通常在凌晨，話務(wù)量較低的時(shí)段；（3)通道關(guān)斷使能開關(guān)打開。

圖1 通道智能關(guān)斷原理圖

當(dāng)滿足如下條件之一時(shí)，eNode B將退出通道智能關(guān)斷模式，打開被關(guān)掉的發(fā)射通道。（1）eNode B的負(fù)荷高于一定的門限；（2）設(shè)定的時(shí)間段結(jié)束；（3）關(guān)閉通道關(guān)斷使能開關(guān)；（4）被保留的發(fā)射通道出現(xiàn)異常。

1.2 符號(hào)智能關(guān)斷

符號(hào)關(guān)斷是指在業(yè)務(wù)量負(fù)載低時(shí)，基站在部分符號(hào)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，基站在這些“沒有數(shù)據(jù)發(fā)送”的符號(hào)周期關(guān)閉功放，從而降低系統(tǒng)功耗，又稱為基站DTX節(jié)能技術(shù)，DTX (Discontinuous Transmission，非連續(xù)發(fā)送)。符號(hào)關(guān)斷的具體實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示。

圖2 符號(hào)智能關(guān)斷原理圖

（1）BBU周期性地根據(jù)目前業(yè)務(wù)量大小，計(jì)算PRB占有率，并將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中在某幾個(gè)子幀上調(diào)度。BBU通過PRB占用率判決是打開子幀還是關(guān)閉子幀，并通過位圖方式來指示一個(gè)幀中哪些子幀上的符號(hào)需要關(guān)閉；

（2）BBU將生成位圖指示發(fā)送給RRU；

（3）RRU對(duì)收到位圖指示發(fā)送Ack， 用以確認(rèn)收到位圖指示；

（4） RRU在位圖指示生效的時(shí)間，關(guān)閉相應(yīng)子幀上的符號(hào)（RS、SSCH、PSCH、PBCCH，PCFICH，PDCCH所在符號(hào)除外）。

2 測(cè)試方案

2.1 測(cè)試方法

以相同時(shí)間跨度為測(cè)試周期，比較節(jié)電功能加載前后的基站耗電數(shù)據(jù)并進(jìn)行耗電及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析。在測(cè)試期間對(duì)測(cè)試站點(diǎn)開展路測(cè)，收集路測(cè)數(shù)據(jù)和網(wǎng)管數(shù)據(jù)，分析網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的變化情況。在測(cè)試基站安裝電表，通過鉗流表及人工抄表的方式，收集測(cè)試站點(diǎn)的耗電量測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試期間在不影響現(xiàn)網(wǎng)指標(biāo)的情況下原則上不做測(cè)試站點(diǎn)的載頻擴(kuò)減容工作。

2.2 測(cè)試站點(diǎn)選擇

為確保測(cè)試效果，站點(diǎn)選擇首選不移交鐵塔公司的站點(diǎn)；為保證測(cè)試儀表的穩(wěn)定性，站點(diǎn)選擇首選有機(jī)房站點(diǎn)；為保證測(cè)試站點(diǎn)類型的全面性，站點(diǎn)選擇盡量覆蓋F頻段、D+F雙頻段、D頻段載波聚合各類站點(diǎn)。

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

2.3.1 耗電量分析

以相同時(shí)間跨度為測(cè)試周期，比較節(jié)能軟件功能加載前后的基站耗電量數(shù)據(jù)。根據(jù)前期測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)，長期測(cè)試分別選取3天、7天或30天作為功能驗(yàn)證期。通過耗電量對(duì)比來驗(yàn)證節(jié)能軟件功能的節(jié)能有效性。

2.3.2 單載頻耗電分析

通過單載頻耗電分析來驗(yàn)證節(jié)能軟件功能的節(jié)能有效性。用測(cè)試所得的耗電量數(shù)據(jù)，除以測(cè)試站點(diǎn)的載頻數(shù)，得出單載頻的耗電分析。一般對(duì)同一站點(diǎn)來說，測(cè)試期間載頻數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生變化，因此，該結(jié)論同耗電量分析結(jié)果應(yīng)近似。

2.3.3 單位4G流量耗電分析

通過單位4G流量耗電量的對(duì)比來驗(yàn)證節(jié)能軟件功能和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載間的關(guān)系。統(tǒng)計(jì)測(cè)試時(shí)間段內(nèi)測(cè)試站點(diǎn)的流量數(shù)據(jù)，比較節(jié)能軟件功能加載前后測(cè)試站點(diǎn)的單位4G流量耗電情況。單位4G流量耗電量=耗電量/數(shù)據(jù)流量（單位：度/MB）。

2.3.4 路測(cè)分析和網(wǎng)管數(shù)據(jù)分析

通過路測(cè)和網(wǎng)管數(shù)據(jù)分析來驗(yàn)證節(jié)能軟件功能對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性能關(guān)鍵指標(biāo)的影響，以此來判斷該節(jié)能軟件的適用場(chǎng)景。在測(cè)試時(shí)間段內(nèi)，選取相同特征的時(shí)間點(diǎn)（如同一個(gè)工作日或周末等）進(jìn)行路測(cè)，分析節(jié)能軟件功能開啟對(duì)現(xiàn)網(wǎng)性能的實(shí)時(shí)影響。

3 測(cè)試與節(jié)能分析

本論文主要以通道智能關(guān)斷主要測(cè)試對(duì)象，選取諾基亞設(shè)備廠家分析相關(guān)節(jié)能參數(shù)。

3.1 測(cè)試步驟

測(cè)試步驟1：關(guān)閉所有節(jié)電功能，檢測(cè)被測(cè)設(shè)備能耗。測(cè)試目的主要為無節(jié)電功能時(shí)，統(tǒng)計(jì)測(cè)試目標(biāo)設(shè)備能耗及相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，為后續(xù)測(cè)試結(jié)果提供比較基準(zhǔn)。

測(cè)試步驟2：基于通道智能關(guān)斷技術(shù)。測(cè)試目的主要為檢測(cè)“基于通道智能關(guān)斷技術(shù)”的節(jié)電性能。

預(yù)置條件如下：

(1) eNode B或各待測(cè)站點(diǎn)工作正常；

(2) 控制器與網(wǎng)管系統(tǒng)連接正常，并可以小區(qū)級(jí)為單位提取業(yè)務(wù)負(fù)荷及相關(guān)KPI指標(biāo)；

(3) 關(guān)閉或打開所有節(jié)電功能；

(4) 測(cè)試站點(diǎn)安裝直流電表進(jìn)行電量計(jì)量，記錄待測(cè)試站點(diǎn)直流表初始值及測(cè)試時(shí)間點(diǎn)；

(5) 測(cè)試時(shí)長為3天、7天、30天。

3.2 測(cè)試結(jié)果

第一次通道關(guān)斷測(cè)試：3日測(cè)量未開啟通道智能關(guān)斷功能的5個(gè)站點(diǎn)的主設(shè)備能耗，5日測(cè)量開啟通道智能關(guān)斷功能的主設(shè)備能耗，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，節(jié)電效果在5%～14%之間。但是由于測(cè)試周期短，測(cè)試站點(diǎn)較少，受基站環(huán)境及負(fù)荷影響差異較大，節(jié)電效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

第二次通道關(guān)斷測(cè)試：7日測(cè)量未開啟通道智能關(guān)斷功能的5個(gè)站點(diǎn)的主設(shè)備能耗，7日測(cè)量開啟通道智能關(guān)斷功能的主設(shè)備能耗，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，基于負(fù)荷的多層網(wǎng)絡(luò)節(jié)電功能在2%～6%之間，節(jié)電效率已趨向于穩(wěn)定。

第三次通道關(guān)斷測(cè)試：30日測(cè)量未開啟通道智能關(guān)斷功能的5個(gè)站點(diǎn)的主設(shè)備能耗，30日測(cè)量開啟通道智能關(guān)斷功能的主設(shè)備能耗，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，基于負(fù)荷的多層網(wǎng)絡(luò)節(jié)電功能在2%～6%之間，與7日周期測(cè)試結(jié)果接近，節(jié)電效率已趨向于穩(wěn)定。

3.3 測(cè)試分析

3.3.1 耗電量分析

對(duì)比3天、7天及30天的耗電測(cè)試數(shù)據(jù)，節(jié)能效果約在2%～6%之間，見表1。

表1 不同時(shí)間段耗電數(shù)據(jù)節(jié)能效果表

3.3.2 單載頻耗電分析

測(cè)試期間測(cè)試站點(diǎn)載頻數(shù)沒有變化，單載頻耗電量變化情況與總耗電量變化情況一致，見表2。

表2 不同時(shí)間段單載頻耗電節(jié)能效果表

3.3.3 單位4G流量耗電分析

由于3天時(shí)間較短，取7天及30天測(cè)試數(shù)據(jù)，從表3可以看出，單位4G流量耗電波動(dòng)較大。

3.3.4 路測(cè)及網(wǎng)管數(shù)據(jù)分析

提取閑時(shí)RCU路測(cè)log分析，發(fā)現(xiàn)5個(gè)站點(diǎn)在節(jié)能功能開啟前路測(cè)，信號(hào)正常，切換正常；節(jié)能功能開啟后發(fā)現(xiàn)存在部分小區(qū)無信號(hào)情況，導(dǎo)致路測(cè)過程中出現(xiàn)弱覆蓋和質(zhì)差。由網(wǎng)管數(shù)據(jù)可得，5個(gè)站點(diǎn)在開啟前和開啟后指標(biāo)較為平穩(wěn)；在閑時(shí)發(fā)現(xiàn)這5個(gè)站點(diǎn)的部分小區(qū)無切換，見表4。

根據(jù)以上測(cè)試分析結(jié)果，無線設(shè)備開啟通道關(guān)斷功能后，總耗電量有較明顯的下降；對(duì)4G業(yè)務(wù)的夜間流量有一定影響；對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響不大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋有一定影響。因而，該節(jié)能軟件具有較明顯的節(jié)能效果，但部分小區(qū)出現(xiàn)弱覆蓋現(xiàn)象。

此外，以符號(hào)智能關(guān)斷為主要測(cè)試對(duì)象，選取華為等其它設(shè)備廠家分析相關(guān)節(jié)能參數(shù)。在無線設(shè)備開啟關(guān)斷功能后，總耗電量、BBU和RRU的耗電量均有較明顯的下降，對(duì)網(wǎng)管指標(biāo)、路測(cè)結(jié)果影響均不大。因而，該節(jié)能軟件具有較明顯的節(jié)能效果。

表3 節(jié)能軟件開啟前后節(jié)能指標(biāo)變化表

4 總結(jié)

測(cè)試結(jié)果表明，通道關(guān)斷休眠節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果符合預(yù)期，在維持網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)的同時(shí)，能大幅降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本，真正實(shí)現(xiàn)綠色通信這一愿景。通道關(guān)斷休眠等節(jié)能技術(shù)可實(shí)施性較強(qiáng)，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)和業(yè)務(wù)的影響較小，但由于此技術(shù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)覆蓋和容量尚有影響，建議在現(xiàn)網(wǎng)中做進(jìn)一步推廣試點(diǎn)驗(yàn)證。

表4 節(jié)能軟件開啟前后路測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

[1] 李韶英, 莊湛海, 倪偉彬. 基于LTE網(wǎng)絡(luò)的智能關(guān)斷技術(shù)研究[J]. 移動(dòng)通信, 2014(18):45-49.

[2] 劉碩豪. 基站智能節(jié)電技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的研究與應(yīng)用[D].上海：上海交通大學(xué), 2012(06).

[3] 肖奇良. 機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)分析及應(yīng)用分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2014(09):77-78.

Experiment and analysis on energy conservation index of intelligent shutdown technology based on LTE network

DU Shi-yan, JIANG Wei, WANG Meng, ZHOU Lei-lei
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Anhui Branch, Hefei 230041, China)

This paper analyzes the channel intelligent shutoff technology and intelligent shutoff technology principles, which is based on LTE base station energy saving technology. It focus on intelligent shutoff technology satisfy the test conditions are now net test and analysis by comparing the base station energy saving indexes before and after adopting energy-saving measures, the differences between the network performance indicators and road test result. It is concluded that the effect of the base station energy saving measures and the conclusion of the impact on the network performance.

LTE network; base station energy conservation; intelligent channel shutdown; sign channel shutdown

TN929.5

A

1008-5599（2017）07-0059-04

2017-05-03