謝慧芝 郭昊

（1.井岡山大學(xué)電信學(xué)院 江西省吉安市 343000）

（2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江西有限公司吉安分公司無(wú)線中心 江西省吉安市 343000）

1 引言

為響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略，5G網(wǎng)絡(luò)已開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時(shí)延、大連接等特性及大規(guī)模MIMO技術(shù)應(yīng)用，勢(shì)必導(dǎo)致5G無(wú)線基站的能耗高于以往的234G網(wǎng)絡(luò)無(wú)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(yíng)商帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

2 基站級(jí)節(jié)電技術(shù)

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

2.1 符號(hào)關(guān)斷

在無(wú)線基站設(shè)備中，功率放大器（PA）的能耗最多，即使沒(méi)有輸出信號(hào)時(shí)，功率放大器也會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)能耗。符號(hào)關(guān)斷是一種時(shí)域節(jié)能技術(shù)，指的是無(wú)線基站實(shí)時(shí)檢測(cè)下行符號(hào)的數(shù)據(jù)傳送情況，若無(wú)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(cè)到有數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí)，會(huì)重新啟動(dòng)射頻模塊的功率放大器，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴７?hào)關(guān)斷或開(kāi)啟的時(shí)間粒度為微秒級(jí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證測(cè)試發(fā)現(xiàn)符號(hào)關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用在低業(yè)務(wù)場(chǎng)景下可節(jié)電10%左右。

2.2 通道關(guān)斷

以中國(guó)移動(dòng)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 (Active Antenna Unit)宏基站設(shè)備做5G連續(xù)覆蓋。無(wú)線設(shè)備通道數(shù)越多，對(duì)應(yīng)的無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較低時(shí)，且明顯低于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)承載能力，此時(shí)射頻模塊的所有發(fā)射通道若仍處于工作狀態(tài)，會(huì)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(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷提升至某個(gè)閾值，可快速自動(dòng)開(kāi)啟射頻通道。

如圖2，當(dāng)64T64R的5G站點(diǎn)業(yè)務(wù)量較低時(shí)，可關(guān)閉32個(gè)通道，在滿足業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，也可節(jié)省無(wú)效功耗。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證測(cè)試發(fā)現(xiàn)通道關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用在低業(yè)務(wù)場(chǎng)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(wèn)題，基站將根據(jù)無(wú)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。

圖1：符號(hào)關(guān)斷技術(shù)方案示意圖

圖2：通道關(guān)斷技術(shù)方案示意圖

圖3：深度休眠技術(shù)方案示意圖

圖4：載波關(guān)斷示意圖

圖5：宏站C-RAN改造示意圖

基站下行功率優(yōu)化分為靜態(tài)控制和動(dòng)態(tài)控制。靜態(tài)功控根據(jù)各個(gè)信道或信號(hào)的覆蓋能力，通過(guò)功率偏置參數(shù)配置調(diào)整發(fā)射功率；動(dòng)態(tài)功控根據(jù)各個(gè)信道或信號(hào)的實(shí)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(dòng)態(tài)功控是基于其BLER（Block Error Rate）目標(biāo)值自適應(yīng)地調(diào)整PDCCH的發(fā)射功率，PDSCH信道動(dòng)態(tài)功控是基于PDSCH的調(diào)度MCS（Modulation and Coding Scheme）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(wú)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(shí)，直接將AAU恢復(fù)至正常狀態(tài)。也可下發(fā)定時(shí)任務(wù)完成5G無(wú)線設(shè)備深度休眠的開(kāi)啟和關(guān)停動(dòng)作。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證測(cè)試發(fā)現(xiàn)深度休眠技術(shù)預(yù)計(jì)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量，若同扇區(qū)某個(gè)載波負(fù)荷下降，在不影響客戶感知的同時(shí)減容若干載波，以降低無(wú)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(shí)，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(jí)節(jié)電技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，通過(guò)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。

3.1 C-RAN組網(wǎng)改造方案

在5G宏站建設(shè)時(shí)通過(guò)C-ran組網(wǎng)，將各類小機(jī)房規(guī)整為大機(jī)房，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等設(shè)備的集中供電，可減少機(jī)房過(guò)多導(dǎo)致設(shè)備冗余度高而形成的無(wú)效功耗。而對(duì)于存量2G&4G的BBU，也參照同物理站點(diǎn)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(shì)，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.2 C-RAN分場(chǎng)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(shí)，原則上應(yīng)采用C-RAN組網(wǎng)，集中度以5-15個(gè)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(gè)別熱點(diǎn)區(qū)域有條件較好的自有機(jī)房，且能夠滿足5個(gè)以上基站集中外。

在高校、大型園區(qū)、醫(yī)院等場(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)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(yǔ)

在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)量情況，通過(guò)符號(hào)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(yàn)的同時(shí)降低無(wú)線設(shè)備無(wú)效功耗，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的降本增效。