■文/曾昭才

5G 網(wǎng)絡(luò)的載波頻率比4G 網(wǎng)絡(luò)的載波頻率高，然而，頻率越高，電磁波的衰減越大，這意味著5G 基站比4G 基站的信號(hào)覆蓋半徑小。要達(dá)到與4G 網(wǎng)絡(luò)相同的覆蓋范圍，5G 基站的布局密度要更大，而5G 單個(gè)站點(diǎn)功耗遠(yuǎn)比4G 單個(gè)站點(diǎn)功耗要高。那么，如何建設(shè)5G 綠色網(wǎng)絡(luò)才能達(dá)到降低成本、節(jié)能減排的目的？

2019年6月6日，工信部正式向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通及中國(guó)廣電發(fā)放5G 商用牌照，這標(biāo)志著我國(guó)移動(dòng)通信正式邁入5G 時(shí)代。5G 技術(shù)的商用帶來了新一輪大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。工信部統(tǒng)計(jì)顯示，截至2020年10月，我國(guó)已累計(jì)建設(shè)5G 基站超過70 萬個(gè)，5G 終端連接數(shù)超過1.8 億個(gè)。

5G 網(wǎng)絡(luò)有著大帶寬、低時(shí)延、廣連接的特點(diǎn)。然而，5G 帶來的新機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。為了達(dá)到與4G 網(wǎng)絡(luò)相同的覆蓋范圍，高頻率的5G站點(diǎn)布局密度需要更大。但是，5G 單個(gè)站點(diǎn)的功耗遠(yuǎn)比4G 單個(gè)站點(diǎn)功耗要高，更大密度的站點(diǎn)布局意味著耗能大大增加。5G 基站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用“AAU+BBU”架構(gòu)：AAU 為射頻部分，是由射頻單元和天線整合的有源天線單元；BBU 是基帶處理單元。在傳統(tǒng)宏基站功耗構(gòu)成中基站主設(shè)備功耗占比最高，而射頻部分的功耗又占了主設(shè)備功耗的90%。由此可見，基站節(jié)能是無線網(wǎng)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)。

設(shè)備節(jié)能

為了滿足5G 發(fā)展需求，5G 設(shè)備需求量巨大。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)存在明顯的潮汐效應(yīng)，在時(shí)間、空間上均呈現(xiàn)出忙閑不均的特征，高峰時(shí)段是低谷時(shí)段的4 ～5 倍，甚至更大。盡管網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)忙閑不均，但是5G 設(shè)備一直處于運(yùn)行狀態(tài)，每月電費(fèi)成本較高。不過，也正是無線網(wǎng)業(yè)務(wù)這種潮汐效應(yīng)的特征，為節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用提供了可能。

●符號(hào)智能關(guān)斷

5G 基站設(shè)備中，AAU 的射頻器件在沒有信號(hào)輸出時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)能耗。符號(hào)智能關(guān)斷功能可以通過對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的監(jiān)控，在沒有有效數(shù)據(jù)發(fā)射時(shí)，智能調(diào)節(jié)功放系數(shù)或者關(guān)閉功放電源可以達(dá)到節(jié)能目的。

當(dāng)AAU 檢測(cè)到部分下行符號(hào)無數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，在此周期內(nèi)關(guān)閉功放等射頻硬件，可以降低靜態(tài)功耗；當(dāng)AAU 檢測(cè)到有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，功放立即進(jìn)入工作狀態(tài)。符號(hào)關(guān)斷功能反應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí)，對(duì)用戶感知影響很小。符號(hào)關(guān)斷主要適用于低負(fù)荷場(chǎng)景，基站根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化，判斷子幀是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)智能化符號(hào)關(guān)斷。智能符號(hào)關(guān)斷技術(shù)的引入既可以降低設(shè)備功耗又能保證數(shù)據(jù)傳送的完整性。

●通道智能關(guān)斷

通道智能關(guān)斷是指系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到在某段特定時(shí)間小區(qū)用戶數(shù)較少的時(shí)候，關(guān)閉設(shè)備一定比例的發(fā)射通道。由于通道智能關(guān)斷功能在用戶減少的情況下關(guān)閉通道，基本不會(huì)影響用戶感知。

通道智能關(guān)斷的特性十分適用于64 通道的AAU 設(shè)備，基于業(yè)務(wù)量的變化，適時(shí)休眠部分射頻通道可以達(dá)到降低功耗的目的。當(dāng)基站業(yè)務(wù)量增加時(shí)，打開已關(guān)閉的通道，即可恢復(fù)多通道狀態(tài)。

通道智能關(guān)斷應(yīng)基于用戶覆蓋和容量的需求，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)最佳的通道關(guān)閉策略。選站準(zhǔn)則應(yīng)最大限度降低對(duì)用戶感知的影響，實(shí)施小區(qū)應(yīng)滿足兩個(gè)條件：一是城市邊緣、高鐵、校園教學(xué)區(qū)和宿舍區(qū)等潮汐效應(yīng)明顯的小區(qū)；二是針對(duì)郊區(qū)農(nóng)村，無線資源利用率7 天平均低于10%的小區(qū)。

●深度休眠

基站關(guān)閉AAU 功放、絕大部分射頻以及數(shù)字通道，僅保留最基本的數(shù)字接口電路，使AAU 進(jìn)入深度休眠狀態(tài)以達(dá)到降低功耗的目的（見圖1）。

圖1 基站深度休眠示意圖

深度休眠適用于5G 負(fù)荷不高的場(chǎng)景或者時(shí)段，深度休眠主要用于室分覆蓋站點(diǎn)，特別是商場(chǎng)、地鐵等典型潮汐場(chǎng)景。在業(yè)務(wù)空閑時(shí)，天線設(shè)備進(jìn)入深度休眠模式，關(guān)閉功放、絕大部分射頻以及數(shù)字通道。當(dāng)有業(yè)務(wù)請(qǐng)求或到達(dá)深度休眠終止時(shí)間的時(shí)候，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)宏基站沒有承載業(yè)務(wù)或到達(dá)深度休眠啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，AAU 啟動(dòng)深度休眠，響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)；當(dāng)宏基站檢測(cè)到有業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，AAU 自動(dòng)從深度休眠恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間需要5 ～10分鐘。

深度休眠技術(shù)有利有弊，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)深度休眠時(shí)，雖然能減少基站功放能耗，但在一定程度上影響了用戶感知，需謹(jǐn)慎應(yīng)用。

站點(diǎn)節(jié)能

站點(diǎn)節(jié)能關(guān)注的是整個(gè)基站的布局情況，一個(gè)好的基站布局能夠有效減少基站機(jī)房能耗，基站的外電配套與制冷系統(tǒng)在節(jié)能方面有著很大的挖掘空間。

●直供電改造

5G 網(wǎng)絡(luò)的載波頻率比4G 網(wǎng)絡(luò)的載波頻率高，而頻率越高，電磁波的衰減越大，這意味著5G 基站比4G 基站的信號(hào)覆蓋半徑小。要達(dá)到與4G 網(wǎng)絡(luò)相同的信號(hào)覆蓋范圍，5G 網(wǎng)絡(luò)需要建設(shè)更多數(shù)量的基站。這在基站選址上無疑增加了困難，受到設(shè)備安裝環(huán)境的限制，不免要尋求私人業(yè)主或者小區(qū)物業(yè)的幫助，從小區(qū)取電，而這些轉(zhuǎn)供電的電價(jià)普遍要比直供電電價(jià)高。直供電改造可以解決上述問題，直供電是指供電局直接供電，供電局直接向用電方收取費(fèi)用。直供電改造是將轉(zhuǎn)供電改造成直供電，經(jīng)直供電改造后，電費(fèi)單價(jià)下降明顯。

●智能電表和用電綜合管理系統(tǒng)

5G 基站安裝智能電表，加強(qiáng)基站用電管理，建立能夠?qū)χ悄茈姳韺?shí)施遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集、抄收、檢測(cè)的用電綜合管理系統(tǒng)。通過管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、分類整理，形成相應(yīng)的管理報(bào)表，同時(shí)制定有針對(duì)性的用電管理制度，以達(dá)到節(jié)能降費(fèi)的目的。

通過智能電表建立用電綜合管理系統(tǒng)，可以依據(jù)得到的數(shù)據(jù)建立5G 基站電量規(guī)律模型，該模型可以達(dá)到3 個(gè)目的：一是準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有5G 基站能耗數(shù)據(jù)，監(jiān)控站點(diǎn)能耗情況，找出并分析能耗發(fā)生異常變化的5G 基站；二是測(cè)試、評(píng)估站點(diǎn)所采用的各種節(jié)能技術(shù)帶來的實(shí)際節(jié)能效果；三是通過不同場(chǎng)景建立相應(yīng)模型，可以分析得到不同場(chǎng)景下最優(yōu)的節(jié)能措施和方法，作為5G 基站節(jié)能減排方案和降低公司成本提供決策的依據(jù)。

●制冷系統(tǒng)

基站配套節(jié)能也屬于站點(diǎn)級(jí)節(jié)能的一環(huán)，基站配套能耗主要占比是制冷系統(tǒng)，基站通信設(shè)備的功耗受環(huán)境溫度和業(yè)務(wù)負(fù)荷的影響。通常，環(huán)境溫度越高，器件的漏電流越大，基站的功耗也隨之增加。制冷系統(tǒng)目的就是讓基站通信設(shè)備保持在正常的工作溫度，保障通信設(shè)備在恒溫下運(yùn)行，不因?yàn)闇囟冗^高而宕機(jī)。

目前，基站主要還是采用傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式。為了排出機(jī)房?jī)?nèi)的熱量，基站空調(diào)幾乎需要全天不間斷運(yùn)行，空調(diào)耗電量非常大，占整個(gè)基站能耗的四成左右，降低制冷系統(tǒng)的能耗是基站配套節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn)。

現(xiàn)有基站的空調(diào)應(yīng)該優(yōu)先選擇中國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)認(rèn)可的高能效指標(biāo)空調(diào)，如采用二級(jí)能效空調(diào)作為節(jié)能空調(diào)。同時(shí)，機(jī)房可以考慮引入智能新風(fēng)系統(tǒng)，以風(fēng)機(jī)抽入室外新鮮冷空氣，經(jīng)凈化處理后直接引入機(jī)房，為機(jī)房降溫，降低機(jī)房對(duì)空調(diào)的需求。

制冷系統(tǒng)可以進(jìn)一步考慮使用新能源，如太陽能、風(fēng)能、液冷降溫等，引入新能源能有效減少碳排放，是企業(yè)綠色持續(xù)發(fā)展的有效途徑。目前，新能源行業(yè)發(fā)展迅速，可以預(yù)見，不久以后新能源行業(yè)有望在基站節(jié)能方面大放光彩。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)能

網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)主要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思考節(jié)能方案，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有助于降低無線接入網(wǎng)的能耗、建設(shè)和運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商的可持續(xù)的業(yè)務(wù)和利潤(rùn)增長(zhǎng)。

●集中式無線接入網(wǎng)

集中式無線接入網(wǎng)（C-RAN）是根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件和技術(shù)進(jìn)步的趨勢(shì)所提出的新型無線網(wǎng)架構(gòu)，也是一種基于集中化處理的綠色無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

采取C-RAN 方式集中部署B(yǎng)BU 設(shè)備，可以減少機(jī)房數(shù)量及其配套設(shè)備（如空調(diào)、備用電池），實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。在C-RAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，射頻單元AAU 可以在室外直接部署安裝，BBU 集中放置在機(jī)房里實(shí)現(xiàn)資源共享，這樣可以大大減少對(duì)基站中心機(jī)房和基站配套的需求，從而降低整個(gè)無線接入網(wǎng)絡(luò)的部署成本。同時(shí)，由于基帶處理設(shè)備集中放置，能夠減少基站維護(hù)成本，方便維護(hù)人員管理。網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)主要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思考節(jié)能方案，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有助于降低無線接入網(wǎng)的能耗、建設(shè)和運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商的可持續(xù)的業(yè)務(wù)和利潤(rùn)增長(zhǎng)。

●接入網(wǎng)虛擬化

接入網(wǎng)虛擬化是集中式無線接入網(wǎng)的延伸演進(jìn)，是比BBU 池組化更大的概念。接入網(wǎng)虛擬化是指除了基站射頻外，其他設(shè)備均實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化部署和編排。

采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能轉(zhuǎn)換到虛擬機(jī)中，容易實(shí)現(xiàn)資源的分配與分離，實(shí)現(xiàn)軟件功能與硬件能力的解耦，從而支撐5G網(wǎng)絡(luò)切片。不同業(yè)務(wù)按需使用不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF），可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)負(fù)荷靈活配置處理能力，同時(shí)還可以根據(jù)時(shí)延的需求將網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)置在邊緣虛擬機(jī)或是核心虛擬機(jī)。

接入網(wǎng)虛擬化能夠大大減少機(jī)房數(shù)量，減少電力消耗，降低成本和運(yùn)行維護(hù)開支。同時(shí)，基帶資源共享能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。

5G 基站建設(shè)數(shù)量還將持續(xù)增加，在節(jié)能減排方面有大量可挖掘的空間。在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)下，5G 基站節(jié)能減排更是迫在眉睫。這就需要我們對(duì)基站節(jié)能技術(shù)不斷探索，敢于嘗試，去建設(shè)一張綠色可持續(xù)發(fā)展的高性能5G 網(wǎng)絡(luò)。