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        5G時(shí)代基站兩大場景節(jié)能方案的應(yīng)用研究

        2021-05-11 21:53:58汪金萍
        中國新通信 2021年2期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)

        汪金萍

        【摘要】? ? 5G時(shí)代基站兩大場景節(jié)能方案應(yīng)用,需要從技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)問題兩個(gè)層面做好分析,充分掌握5G時(shí)代基站節(jié)能基本策略,以期,推動(dòng)5G時(shí)代基站兩大場景節(jié)能方案推廣應(yīng)用,切實(shí)強(qiáng)化5G技術(shù)應(yīng)用水平。

        【關(guān)鍵詞】? ? 5G時(shí)代? ? 場景? ? 節(jié)能方案? ? 應(yīng)用

        引言

        現(xiàn)今,5G技術(shù)發(fā)展普及,為部分行業(yè)發(fā)展提供新的機(jī)遇。為更好保證5G技術(shù)應(yīng)用有效性、穩(wěn)定性,做好5G基站兩大場景節(jié)能方案應(yīng)用,有助于更好降低5G基站運(yùn)營、維護(hù)成本,對于提高5G技術(shù)應(yīng)用水平及加速技術(shù)普及具有一定幫助。

        一、5G時(shí)代核心技術(shù)應(yīng)用的主導(dǎo)性優(yōu)勢

        1.1提高移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體系信息傳輸效率

        5G技術(shù)在信號(hào)傳輸速率、信息吞吐容量等諸多方面具有基礎(chǔ)優(yōu)勢。不同于4G技術(shù)應(yīng)用發(fā)展,5G技術(shù)在數(shù)據(jù)帶寬方面呈現(xiàn)幾何式提升,由于采用毫米波與厘米波兩種信號(hào)傳輸模式,使5G技術(shù)在信號(hào)延遲方面相對較低,可以有效彌補(bǔ)4G技術(shù)應(yīng)用不足。

        例如,5G技術(shù)支持500公里每小時(shí)高速移動(dòng),而4G技術(shù)則僅支持350公里每小時(shí)移動(dòng)速度,因此,在高鐵等高速運(yùn)載交通工具上,5G技術(shù)相比4G技術(shù)更為穩(wěn)定,給予用戶使用體驗(yàn)相對更好。正是由于5G技術(shù)在穩(wěn)定、高效進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳導(dǎo)與處理,使5G技術(shù)可以在各個(gè)領(lǐng)域得以廣泛運(yùn)用,極大提高社會(huì)生產(chǎn)力水平,解決4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用存在部分基礎(chǔ)問題,為未來階段移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率全面提高夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ),從根本上構(gòu)建5G技術(shù)應(yīng)用發(fā)展新生態(tài)。

        1.2完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用體系

        5G技術(shù)信息傳輸延遲相對較低,可以在滿足用戶日常網(wǎng)絡(luò)使用需求同時(shí),實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)、多體系服務(wù)對接,從而,有效助力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展。早期階段,自動(dòng)駕駛技術(shù)開發(fā),部分依賴于集成單一系統(tǒng)設(shè)備人工智能,但由于初期階段型號(hào)傳輸速率相對較低,導(dǎo)致早期階段自動(dòng)駕駛技術(shù)適用范圍較小,無法在當(dāng)代技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)廣泛普及。

        而5G技術(shù)應(yīng)用,則能有效解決信息傳輸速度及延遲問題,提高自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展水平,彌補(bǔ)自動(dòng)駕駛技術(shù)內(nèi)容缺失。

        正是由于5G技術(shù)在降低信息傳輸延遲方面具有實(shí)際優(yōu)勢,使其在自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程控制等多個(gè)方面均能廣泛運(yùn)用,對于我國建立物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)體系創(chuàng)造良好技術(shù)條件,有效填補(bǔ)我國在信息技術(shù)開發(fā)應(yīng)用方面空白,為未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展做好充分鋪墊。

        二、5G時(shí)代基站建設(shè)及技術(shù)發(fā)展面臨問題

        2.1 5G信號(hào)傳導(dǎo)范圍不足

        5G技術(shù)應(yīng)用開發(fā)初期階段,5G技術(shù)主要采用毫米波進(jìn)行信息傳輸,雖然在信息吞吐量及信號(hào)傳遞速度方面與4G相比具有更多優(yōu)勢。但毫米波信號(hào)傳輸仍然存在一定的弱點(diǎn),即在信號(hào)對障礙物穿透率方面有所不足,面對建筑物相對密集城區(qū),5G信號(hào)傳輸范圍較小,無法基于單一基站設(shè)備使用,實(shí)現(xiàn)大范圍信號(hào)覆蓋。而以華為集團(tuán)為主導(dǎo)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì),改變對5G技術(shù)研發(fā)技術(shù)方向,從毫米波技術(shù)應(yīng)用向厘米波技術(shù)開發(fā)進(jìn)行遞進(jìn),一定程度解決5G信號(hào)傳輸范圍及覆蓋范圍不足問題。

        雖然采用厘米波信號(hào)傳導(dǎo)模式,進(jìn)一步解決5G信號(hào)穿透性不足問題,但相比于4G技術(shù)而言,5G技術(shù)在信號(hào)穿透性方面技術(shù)優(yōu)勢并不明顯,部分地區(qū)采用疊加高頻段信號(hào)天線及增加基站設(shè)備方法解決這一問題,使5G基站信號(hào)穿透性不足問題得以初步解決。

        2.2 5G技術(shù)資源應(yīng)用成本過高

        從本質(zhì)上來說,采用增加高頻段信號(hào)天線及增加硬件設(shè)備方法解決5G信息穿透性不足問題,可以一定程度彌補(bǔ)5G技術(shù)應(yīng)用部分不足,但是同時(shí)也衍生出另一問題,即5G信號(hào)基站基礎(chǔ)能耗呈現(xiàn)高速增長,能耗比無法達(dá)到相對平衡階段。

        在5G技術(shù)開發(fā)早期階段,部分基站設(shè)備實(shí)際功耗僅為1200W左右,而當(dāng)前我國主要5G基站設(shè)備,大部分基站功耗可以達(dá)到3000W以上?;究傮w功耗指數(shù)增加,進(jìn)一步提高5G基站應(yīng)用、維護(hù)成本。

        2018年,我國三大運(yùn)營商在基站用電方面支出電費(fèi)高達(dá)200億元以上,該數(shù)據(jù)僅是基于3G、4G少量5G基站用電總和進(jìn)行計(jì)算,若以5G基站現(xiàn)有功耗指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,將當(dāng)前3G/4G基站均轉(zhuǎn)換為5G基站,則三大運(yùn)營商用電費(fèi)用將達(dá)到2018年用電總和10倍以上,用電費(fèi)用可達(dá)到2000億元。

        由此可知,加強(qiáng)5G時(shí)代基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用直觀重要,不僅是降低能源消耗重要路徑,同時(shí)也控制5G技術(shù)應(yīng)用成本及提高5G技術(shù)應(yīng)用普及能力重要策略。

        三、當(dāng)前5G時(shí)代基站節(jié)能主要方式

        目前,我國5G基站節(jié)能主要采取設(shè)備智能休眠及人工智能協(xié)同控制兩種模式。5G基站智能休眠,先要根據(jù)周邊地區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)寬帶使用總量進(jìn)行運(yùn)算,結(jié)合數(shù)據(jù)信息上限設(shè)定數(shù)據(jù)臨界值,若在某一時(shí)間段5G基站網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量無法達(dá)到臨界值,則5G基站設(shè)備可以自行關(guān)閉部分信號(hào)通道,并降低5G基站網(wǎng)絡(luò)使用帶寬總量,使其能根據(jù)5G信號(hào)使用強(qiáng)度自行調(diào)整。這一方式雖然可以一定程度降低5G基站能耗,但卻容易對5G用戶設(shè)備使用體驗(yàn)造成影響。采用人工智能進(jìn)行協(xié)同管理,是利用運(yùn)營商終端服務(wù)器與基站設(shè)備進(jìn)行連接,利用遠(yuǎn)程控制方法由人工智能設(shè)備自行控制5G基站使用帶寬,根據(jù)某一區(qū)域5G使用頻次、用戶使用時(shí)長等,合理的規(guī)劃5G基站使用效能,進(jìn)一步避免不必要能源損耗。該方式雖然在控制能耗方法,可以最大限度保持用戶使用體驗(yàn)及基站節(jié)能有效平衡,但人工智能技術(shù)應(yīng)用投入相對較高,5G基站節(jié)能資源,需要再次投入到人工智能設(shè)備維護(hù)及管理等諸多方面,對于推動(dòng)5G基站節(jié)能良性發(fā)展無法起到積極作用。

        為此,未來階段5G時(shí)代基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用,需要從兩大場景節(jié)能角度加以實(shí)現(xiàn),進(jìn)一步完善5G基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用體系,解決當(dāng)前階段5G基站節(jié)能難題,有效彌補(bǔ)5G基站節(jié)能處理不足,為后續(xù)階段5G技術(shù)應(yīng)用廣泛普及做好充分技術(shù)鋪墊。

        四、5G時(shí)代基站兩大場景節(jié)能方案及策略應(yīng)用

        4.1 加強(qiáng)Small cells技術(shù)廣泛普及與應(yīng)用

        (1)Small cells技術(shù)概念

        Small cells技術(shù)是一種小型化基站設(shè)備,信號(hào)發(fā)射功率相對較低。不同于傳統(tǒng)意義上5G基站設(shè)備應(yīng)用,Small cells技術(shù)集成5G技術(shù)應(yīng)用多種優(yōu)勢,并能在現(xiàn)有技術(shù)條件下,實(shí)現(xiàn)對G5基站多功能應(yīng)用。傳統(tǒng)5G基站技術(shù)應(yīng)用,沿用4G技術(shù)基礎(chǔ)模版,即采用設(shè)備外掛及平臺(tái)架設(shè)方式進(jìn)行使用,而基于Small cells技術(shù)進(jìn)行5G基站建設(shè),則可將基站使用分為家用基站、室外基站、企業(yè)基站等多種基站應(yīng)用模式,根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)使用需求,不同基站種類也可對基站使用頻段、使用寬帶等進(jìn)行調(diào)整,在提高5G技術(shù)覆蓋使用效果的同時(shí),建立完善5G信號(hào)應(yīng)用體系,并在進(jìn)一步滿足多元化5G使用需求過程中降低設(shè)備使用能耗,提高5G技術(shù)應(yīng)用綜合水平。

        (2)Small cells技術(shù)特點(diǎn)

        Small cells技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)主要有兩個(gè)方面。

        第一是實(shí)現(xiàn)對5G信號(hào)立體化傳輸,降低空間環(huán)境對5G信號(hào)傳輸限制,使5G信號(hào)傳輸效果大幅提高。除此之外,Small cells技術(shù)對5G基站小型化處理,使其可以提高基站安裝適用范圍,在居民居住區(qū)、城區(qū)綠化帶、城區(qū)街道及施工作業(yè)場地等,均可進(jìn)行5G基站安裝,使5G基站在不同環(huán)境下均可發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)勢,彌補(bǔ)傳統(tǒng)5G基站技術(shù)應(yīng)用不足。

        第二,是有效實(shí)現(xiàn)對基站能耗的控制。Small Cell技術(shù)應(yīng)用提高5G基站信號(hào)接收范圍,在信號(hào)處理及數(shù)據(jù)資源處理方面,Small Cell技術(shù)應(yīng)用相比于傳統(tǒng)5G技術(shù)更有優(yōu)勢,可以根據(jù)5G基站設(shè)備對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PC終端設(shè)備等對網(wǎng)絡(luò)傳輸需求,自行調(diào)整基站使用功效,避免不必要能源消耗。

        另外,由于Small cells的5G基站設(shè)備體積相對較小,對電量使用需求也相對更低,在功耗控制與節(jié)能處理方面技術(shù)優(yōu)勢更為明顯。

        4.2完善Massive MIMO技術(shù)應(yīng)用體系

        Massive MIMO技術(shù)主要優(yōu)勢在于提高信號(hào)資源空間利用率,與Small cells技術(shù)不同的是,Massive MIMO技術(shù)主要是在輸出端口上控制能源消耗,Small cells技術(shù)則是在輸入端口實(shí)現(xiàn)節(jié)能處理。兩者在技術(shù)優(yōu)勢及技術(shù)特點(diǎn)上完全不同。我國對Massive MIMO技術(shù)開發(fā)起步相對較早,主要運(yùn)營商在5G基站建設(shè)及技術(shù)應(yīng)用方面,已將Massive MIMO技術(shù)作為控制能耗主要方式。

        但由于我國對于Massive MIMO技術(shù)研究不夠深入,Massive MIMO技術(shù)開發(fā)仍具有一定技術(shù)潛力。因此,在未來階段,我國5G基站節(jié)能控制,需要在Massive MIMO技術(shù)開發(fā)方面適當(dāng)做好一定技術(shù)優(yōu)化,進(jìn)一步完善Massive MIMO技術(shù)體系,提高M(jìn)assive MIMO技術(shù)應(yīng)用能力,為未來階段更好發(fā)揮Massive MIMO技術(shù)優(yōu)勢及強(qiáng)化Massive MIMO技術(shù)在5G基站節(jié)能方面應(yīng)用有效性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        4.3強(qiáng)化5G基站硬件設(shè)備技術(shù)優(yōu)化

        在芯片制造方面進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化,將是未來階段5G基站節(jié)能重要構(gòu)成?,F(xiàn)階段,我國在微電子領(lǐng)域芯片制造技術(shù)水平總體相對良好,但對微電子尖端技術(shù)掌握,仍然需要從技術(shù)研發(fā)上做好進(jìn)一步突破。未來5G基站制造與應(yīng)用,需要力求提高5G基站電子芯片制程工藝,降低5G基站電子芯片及電路設(shè)備基本能耗,控制5G基站能源應(yīng)用,提高5G基站總體能耗比,為未來階段5G時(shí)代基站兩大場景節(jié)能方案完善充分助力。

        五、結(jié)語

        綜上所述,5G時(shí)代基站兩大場景技能方案應(yīng)用,有助于更好提高5G技術(shù)應(yīng)用普及發(fā)展水平,對控制5G基站運(yùn)營、維護(hù)成本具有重要意義,可以從根本上解決5G基站建設(shè)維護(hù)部分問題,為5G技術(shù)多元化發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

        參? 考? 文? 獻(xiàn)

        [1]王振章, 刁兆坤, 劉威,等. 5G來了,能耗這關(guān)怎么過?四大節(jié)能方案提供解題思路[J]. 通信世界, 2020, No.838(10):37-39.

        [2]刁兆坤, 范才坤, 劉威,等. 毫米波5G基站的應(yīng)用場景和超密集組網(wǎng)規(guī)劃方法詳解[J]. 通信世界, 2019, No.827(34):45-48.

        [3]鄒司晨, 張欣旺, 曹景陽,等. 5G時(shí)代傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋方案迎挑戰(zhàn) 融合室分系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生[J]. 通信世界, 2019, No.825(32):41-43.

        [4]孟春民, 付亦非, 梁宏杰. 移動(dòng)通信基站能耗分析與綜合節(jié)能解決方案[J]. 通信電源技術(shù), 2020, v.37;No.193(01):141-142.

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