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1 背景

隨著4G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署，通信網(wǎng)絡(luò)能耗也快速增長(zhǎng)，能源費(fèi)占付現(xiàn)成本的比例越來(lái)越高，節(jié)能降耗成為網(wǎng)絡(luò)降本增效的有效途徑之一。而傳統(tǒng)的設(shè)備節(jié)能重點(diǎn)放在對(duì)基站的蓄電池、空調(diào)等配套設(shè)備的更新?lián)Q代上，而隨著配套設(shè)備的節(jié)能措施不斷更新和完善，環(huán)境用電節(jié)能可發(fā)掘的空間變得越來(lái)越有限。而4G時(shí)代，3GPP在協(xié)議TS 36.300中明確指出了基站需要支持節(jié)能技術(shù)，如何創(chuàng)新舉措針對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)4G基站節(jié)能顯得更具價(jià)值。通過(guò)智能通道關(guān)斷技術(shù)，DTX技術(shù)的基本原理、應(yīng)用場(chǎng)景、實(shí)施效果等內(nèi)容進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)低負(fù)載時(shí)關(guān)斷MIMO功能，降低射頻功耗，既能達(dá)到保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋、速率感知的目的，又能達(dá)到降本增效的目的，提升4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率。同時(shí)綜合考慮流量負(fù)荷和服務(wù)質(zhì)量感知，探索方案適用場(chǎng)景。

2 智能MIMO技術(shù)方案

根據(jù)對(duì)3GPP TS 36.300協(xié)議研究和廠家設(shè)備方案支持情況，對(duì)4G基站節(jié)能技術(shù)的基本原理、處理流程、關(guān)鍵參數(shù)配置進(jìn)行研究，考慮SON控制實(shí)現(xiàn)及實(shí)際應(yīng)用可行性，主要對(duì)通道智能關(guān)斷和載波智能關(guān)斷方案進(jìn)行研究，而在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際實(shí)施時(shí)，載波關(guān)斷主要是根據(jù)時(shí)間段及流量來(lái)關(guān)斷高頻點(diǎn)小區(qū)，從而節(jié)省高頻點(diǎn)小區(qū)的RRU靜態(tài)功耗，主要是適用于高容量的多頻組網(wǎng)場(chǎng)景。

因此，本文主要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)施應(yīng)用智能MIMO關(guān)斷技術(shù)，動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)根據(jù)流量負(fù)荷配置單、雙通道傳輸，進(jìn)而動(dòng)態(tài)降低功耗，保證了低流量場(chǎng)景下的覆蓋需求，及時(shí)恢復(fù)雙通道，能夠及時(shí)保證流量和容量需求，節(jié)約了射頻能耗，解決了低流量、低負(fù)荷4G基站功率浪費(fèi)的問(wèn)題。針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷場(chǎng)景，制定基站的節(jié)能策略來(lái)實(shí)施管理，實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能。

2.1 動(dòng)態(tài)啟用單、雙通道

當(dāng)小區(qū)負(fù)荷低于某門限時(shí)，關(guān)斷一個(gè)天線通道，僅剩下單通道覆蓋，此時(shí)可以節(jié)省一個(gè)功放的靜態(tài)功耗，約為40W或30W左右。如圖1所示，在2x2 MIMO模式下，滿足時(shí)段、門限、用戶負(fù)荷條件后，小區(qū)的1路Tx被關(guān)斷，小區(qū)繼續(xù)在SIMO模式下工作。

圖1 動(dòng)態(tài)啟用單、雙通道

關(guān)鍵流程如圖2所示，以中興設(shè)備為例，其他廠商設(shè)備類似。當(dāng)OMC同步ES策略信息到節(jié)能小區(qū)所在的eNodeB。配置節(jié)能開(kāi)關(guān)為開(kāi)啟，此時(shí)eNodeB開(kāi)啟ES功能；當(dāng)ES策略配置的節(jié)能開(kāi)始時(shí)間到達(dá)后，與OMC進(jìn)行斷點(diǎn)交互或監(jiān)控上報(bào)。當(dāng)ES運(yùn)行模式為受控模式，且ES策略中配置該參考點(diǎn)為斷點(diǎn)，則執(zhí)行斷點(diǎn)交互，否則只上報(bào)監(jiān)控?zé)o斷點(diǎn)交互。當(dāng)ES運(yùn)行模式為自由模式，且監(jiān)控上報(bào)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，則只上報(bào)監(jiān)控?zé)o斷點(diǎn)交互。當(dāng)ES運(yùn)行模式為受控模式，用戶確認(rèn)進(jìn)行節(jié)能或ES運(yùn)行模式為自由模式，開(kāi)始進(jìn)行節(jié)能判決。若連續(xù)兩次檢查到節(jié)能小區(qū)中用戶數(shù)為0，節(jié)能小區(qū)用戶數(shù)滿足通道關(guān)斷條件，進(jìn)行通道關(guān)斷。成功關(guān)斷通道后，向OMC上報(bào)監(jiān)控，在網(wǎng)管上呈現(xiàn)節(jié)能小區(qū)已經(jīng)進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。否則，根據(jù)策略配置，周期性重復(fù)進(jìn)行節(jié)能判決。

2.2 及時(shí)恢復(fù)雙通道傳輸

為了達(dá)到不影響業(yè)務(wù)的目的，基站進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)后，當(dāng)流量、用戶負(fù)荷變高，需要及時(shí)恢復(fù)雙通道傳輸。需要根據(jù)PRB利用率、PRB占用數(shù)、用戶數(shù)等變化情況進(jìn)行判斷，制定恢復(fù)策略，關(guān)鍵流程如圖3所示，若節(jié)能小區(qū)處于通道關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)節(jié)能小區(qū)中下行負(fù)荷高于配置門限或者處于RRC連接態(tài)的UE數(shù)目超過(guò)配置門限，需要打開(kāi)關(guān)斷的通道，若在策略配置的時(shí)間t2內(nèi)，打開(kāi)通道失敗，則再等時(shí)間重復(fù)打開(kāi)；若成功打開(kāi)通道以后，向OMC上報(bào)監(jiān)控，在網(wǎng)管上呈現(xiàn)節(jié)能小區(qū)已經(jīng)退出節(jié)能狀態(tài)。

圖2 通道關(guān)斷節(jié)能開(kāi)啟流程示意圖

圖3 及時(shí)恢復(fù)雙通道流程

2.3 應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷分布場(chǎng)景，在農(nóng)村區(qū)域和夜間室分樓宇區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)處于業(yè)務(wù)量低的狀態(tài)或者小區(qū)中沒(méi)有用戶時(shí)，網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，此時(shí)可以實(shí)施通道關(guān)斷，通過(guò)減少發(fā)射天線數(shù)來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)現(xiàn)低流量場(chǎng)景、潮汐效應(yīng)場(chǎng)景下節(jié)約功耗。

實(shí)際工作中，根據(jù)維護(hù)規(guī)程，可進(jìn)一步根據(jù)基站分等分級(jí)維護(hù)實(shí)施基站節(jié)能技術(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率和網(wǎng)絡(luò)效益。

3 應(yīng)用分析

3.1 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

考慮環(huán)境用電對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，排除空調(diào)、開(kāi)關(guān)電源等配套設(shè)備的功耗影響，選取具備雙通道的室外滴灌站點(diǎn)6處，節(jié)能時(shí)段選定夜間0：00至6：00時(shí)自動(dòng)執(zhí)行實(shí)施，流量負(fù)荷按照30%恢復(fù)，以本次實(shí)施通道關(guān)斷節(jié)能模式的銅山伊莊盧套站點(diǎn)(241738)為例，如圖4所示，該站點(diǎn)為2T2R配置，且該站點(diǎn)接入用戶較少，具備實(shí)施驗(yàn)證的條件。

到達(dá)節(jié)能模板設(shè)置的節(jié)能時(shí)間后通過(guò)節(jié)能監(jiān)控來(lái)查看是否進(jìn)行節(jié)能模式，如圖5所示。

通過(guò)節(jié)能監(jiān)控中的信息可以查看節(jié)能站點(diǎn)的小區(qū)是否進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，在詳細(xì)信息中可以查看對(duì)應(yīng)的站號(hào)及小區(qū)號(hào)。

圖4 節(jié)能基站實(shí)施條件

圖5 節(jié)能小區(qū)進(jìn)入節(jié)能模式

如果在節(jié)能監(jiān)控中已經(jīng)確認(rèn)小區(qū)進(jìn)入節(jié)能模式，則通過(guò)診斷測(cè)試中進(jìn)行RRU功率檢測(cè)。(如圖6所示)

在啟動(dòng)節(jié)能功能之前RRU功率情況如下：（如圖7所示）

在啟動(dòng)節(jié)能功能之后RRU功率情況如下：ANT4端口被關(guān)閉。（如圖8所示）

3.2 節(jié)能效果

經(jīng)過(guò)一個(gè)月的運(yùn)行觀察，實(shí)施智能通道關(guān)斷技術(shù)節(jié)能效果可達(dá)25%以上，隨著話務(wù)量的增加，節(jié)能效果最高可達(dá)30%。從圖9中的實(shí)際電表讀數(shù)可以更直觀地看出節(jié)電度數(shù)，實(shí)施節(jié)能技術(shù)，每天數(shù)據(jù)流量變化平穩(wěn)正常。

按照單滴灌站點(diǎn)年正常耗電25*365=9125度計(jì)算，單站點(diǎn)設(shè)備可節(jié)點(diǎn)2281度，折合電費(fèi)約2000元/年。全網(wǎng)若對(duì)1000個(gè)基站實(shí)施應(yīng)用，年均即可節(jié)約成本200萬(wàn)元。

圖6 發(fā)射功率檢測(cè)

圖7 節(jié)能前發(fā)射功率

圖8 節(jié)能后發(fā)射功率

實(shí)際上，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較低，還可擴(kuò)大時(shí)間范圍，若仍按照業(yè)務(wù)負(fù)荷在30%以下，啟用智能通道關(guān)斷節(jié)能策略，單個(gè)RRU按15小時(shí)負(fù)荷低于30%計(jì)算，日平均節(jié)能0.8度，若1000個(gè)基站擴(kuò)大節(jié)能時(shí)間范圍，全年可再節(jié)約77萬(wàn)元。

4 總結(jié)

智能MIMO關(guān)斷技術(shù)的應(yīng)用，易于實(shí)施，無(wú)需資金投入，無(wú)需增加額外的節(jié)能設(shè)備即可實(shí)施，且在性能上達(dá)到滿足覆蓋、速率、容量的要求，達(dá)到了降本增效的目的。節(jié)能功能的開(kāi)啟對(duì)網(wǎng)絡(luò)KPI可能會(huì)有影響，例如進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，要將節(jié)能小區(qū)中的終端切換到基本覆蓋小區(qū)，可能會(huì)影響切換成功率，同時(shí)有可能影響一定的峰值速率感知。但總體上，達(dá)到了降低基站能耗，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效益的目的。

圖9 智能MIMO節(jié)能實(shí)施后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

智能MIMO技術(shù)方案節(jié)能效果顯著，單個(gè)站點(diǎn)設(shè)備可節(jié)點(diǎn)2281度/年，折合電費(fèi)約2000元/年。1000個(gè)基站實(shí)施應(yīng)用，年均可節(jié)約成本200萬(wàn)元。本方案主要集中在智能通道關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用中，還可根據(jù)基站流量實(shí)際情況，可采取智能OFDM符號(hào)關(guān)斷技術(shù)、載波關(guān)斷、基站關(guān)斷等方式進(jìn)行。本方案可適用于農(nóng)村低流量、夜間室分樓宇以及具有明顯潮汐效應(yīng)的場(chǎng)景。隨著800M等低頻段設(shè)備規(guī)模應(yīng)用，該方案將應(yīng)用更廣泛，有效的降低運(yùn)營(yíng)成本。