劉 欣

（西安歐亞學(xué)院，陜西 西安 710065）

5G是在第4代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的新技術(shù)，既解決了傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中速度慢、安全性低的問題，也促進(jìn)了通信技術(shù)與信息技術(shù)的融合發(fā)展。但是，隨著5G基站建設(shè)數(shù)量、用戶增多，電源、基站、設(shè)備、鏈路等能耗有所增長。根據(jù)目前的基站功能實(shí)測結(jié)果看，5G基站比4G高出3～4倍，電費(fèi)支持大于2萬元/年。在新時(shí)期高質(zhì)量發(fā)展階段，電信企業(yè)結(jié)合生態(tài)文明思想、“雙碳”目標(biāo)等，普遍加強(qiáng)了對(duì)綠色通信技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了較好的節(jié)能降耗效果。因而，有必要加強(qiáng)對(duì)綠色通信技術(shù)的研討，為5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量建設(shè)與高水準(zhǔn)運(yùn)營賦能。下面先對(duì)5G綠色通信發(fā)展現(xiàn)狀做出簡要概述。

1 5G綠色通信應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中主要采用大規(guī)模MIMO技術(shù)、新波形技術(shù)、RNA無線接入技術(shù)等，此類技術(shù)既有利于提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率與應(yīng)用效果，也會(huì)產(chǎn)生較大能耗。以RNA無線接入技術(shù)為例，能耗可以達(dá)到基站整體功率的40%～70%。電信企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、控制運(yùn)營成本、提高綜合效益產(chǎn)出，在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)諸環(huán)節(jié)應(yīng)用了不同類型的綠色通信技術(shù)。

例如：①在網(wǎng)絡(luò)部署中，應(yīng)用自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；②在設(shè)備通信方面，配置D2D技術(shù)；③在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，選擇超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；④在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，對(duì)開發(fā)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)加以應(yīng)用等。除此之外，5G綠色通信技術(shù)應(yīng)用過程中，往往配套應(yīng)用其他節(jié)能技術(shù)，如在基站節(jié)能方面配置自清潔新風(fēng)系統(tǒng)，并根據(jù)不同環(huán)節(jié)的節(jié)能需求，應(yīng)用AI技術(shù)節(jié)能自適應(yīng)方案、無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)、數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)及部署策略等。

2 5G綠色通信實(shí)踐路徑

綠色通信技術(shù)有利于提高5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率，降低其能耗，推動(dòng)其向著高質(zhì)量方向發(fā)展。目前，隨著綠色通信理念被廣泛接受，電信企業(yè)普遍擴(kuò)大了對(duì)綠色通信的應(yīng)用。近幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，綠色通信的實(shí)踐路徑主要集中在器件節(jié)能化、鏈路高效化、小站密集化等方面。

2.1 器件節(jié)能化

基站接入網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的能耗相對(duì)較大，為了有效降低其能耗，電信企業(yè)一般會(huì)從器件出發(fā)降低基站工作能耗。具體操作時(shí)，主要是在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上結(jié)合計(jì)算業(yè)務(wù)，對(duì)其基站能耗進(jìn)行監(jiān)測、調(diào)度，并對(duì)功率放大器能耗支出進(jìn)行管控。例如，當(dāng)前對(duì)于動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)軟件的大量配置和基站運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，有利于降低器件能耗等。

2.2 鏈路高效化

除無線機(jī)站接入時(shí)的能耗外，基站射頻的能耗也不容小覷。通常而言，能量使用效率受基站傳輸效率決定。對(duì)鏈路傳輸效率進(jìn)行持續(xù)提升，可以降低鏈路傳輸功耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能降耗目標(biāo)。

2.3 小站密集化

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中主要采用三級(jí)分布式管理機(jī)制，在不同的網(wǎng)絡(luò)級(jí)別中，電信企業(yè)通常會(huì)以鏈路網(wǎng)節(jié)能為基礎(chǔ)結(jié)合引入的無線通信，增強(qiáng)對(duì)綠色通信技術(shù)的運(yùn)用。實(shí)施過程中，可借助布置超密集型小站的方法，完成對(duì)此類技術(shù)的有效接入，使基站設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)降低其能耗，并提高網(wǎng)絡(luò)容量與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

3 5G綠色通信技術(shù)分析

3.1 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

電信企業(yè)應(yīng)用5G綠色通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主要按綠色網(wǎng)絡(luò)理念研發(fā)設(shè)計(jì)綠色通信方案。具體而言傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)維方式不能滿足5G時(shí)代的部署需求，此類企業(yè)為了更好地提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)效果，可以選擇自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)配置綠色通信網(wǎng)絡(luò)，一方面提高5G綠色通信網(wǎng)絡(luò)的智能化部署水平，另一方面提高運(yùn)營管理效率。部分網(wǎng)絡(luò)部署中采用的集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等，已表明此類部署方案的有效性。

例如，選擇端到端的節(jié)能部署策略時(shí)，首先可以在基站側(cè)選擇基站共享、設(shè)備設(shè)施共享的方式，讓不同的運(yùn)營商通過共用基站減少其數(shù)量。同時(shí)，針對(duì)基礎(chǔ)用電、業(yè)務(wù)用電，配置AI技術(shù)。具體實(shí)施時(shí)，實(shí)踐主體可以選擇符號(hào)關(guān)斷、通道關(guān)斷、載頻判斷、小區(qū)休眠四種常用方法。以其中的通道關(guān)斷為例，通道級(jí)節(jié)能時(shí)可以將業(yè)務(wù)流量作為條件，劃分其低谷期、高峰期，進(jìn)入低谷期后，可以采用多通道RRU關(guān)閉部分發(fā)射通道，通過減少通道承載業(yè)務(wù)，使其輕量化后再達(dá)到節(jié)省能耗的目的。當(dāng)業(yè)務(wù)流量有所提升時(shí)則可以打開其中被關(guān)閉的通道。近幾年的實(shí)踐中主要采用基于同站址的5G流量、基于特定時(shí)間段觸發(fā)其通道關(guān)閉功能。

其次，將BBU側(cè)進(jìn)行集中放置時(shí)，大容量的BBU板卡布置有利于節(jié)約其算力，使設(shè)備利用率獲得大幅度提高，進(jìn)而通過降低其實(shí)際配置數(shù)量，讓5G綠色通信網(wǎng)絡(luò)整體功耗獲控制。一般而言，部署B(yǎng)BU時(shí)可以將重點(diǎn)放在機(jī)房容量和設(shè)備部署數(shù)量方面，輔以綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的配置設(shè)置，提高其節(jié)能降耗效果（如表1）。具體實(shí)施過程中，可以選擇豎插機(jī)框、板卡液冷技術(shù)。例如，在模塊化設(shè)計(jì)理念下可以設(shè)計(jì)三個(gè)倉位，按豎插新型節(jié)能機(jī)框本體、進(jìn)風(fēng)通道、出風(fēng)通道三大模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并將熱風(fēng)出風(fēng)通道設(shè)置在上部倉位，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)通道設(shè)置在下部倉，BBU安裝到中部倉位。另外，在應(yīng)用板卡液冷技術(shù)時(shí)可以選擇噴淋式或浸沒式，確保水冷二次換熱效果等。

表1 不同機(jī)房規(guī)模下BBU集中部署及數(shù)量

第三，針對(duì)核心網(wǎng)，采用軟硬件解耦方式進(jìn)行云化部署，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)?；档湍繕?biāo)。如在分級(jí)式布局的云化部署方案下，可以結(jié)合全國/大區(qū)級(jí)→省級(jí)→地市級(jí)→邊緣級(jí)四個(gè)層級(jí)，使全國級(jí)網(wǎng)元或系統(tǒng)、全省核心網(wǎng)元、地市網(wǎng)元（如vUPE、MEC）、下沉網(wǎng)元（如vCDN、Vupf、MEC）等不同節(jié)點(diǎn)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心關(guān)聯(lián)起來，利用離散計(jì)算聚集更大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，提高其數(shù)據(jù)管理效率，更為精準(zhǔn)的進(jìn)行資源配置。具體實(shí)施時(shí)，可以從設(shè)備機(jī)架選擇、低耗設(shè)備配置、供電方案與設(shè)備優(yōu)化、空調(diào)機(jī)組制冷與運(yùn)營模式開發(fā)、特殊設(shè)備針對(duì)性設(shè)置、機(jī)房密封隔熱處理等綜合措施，確保核心網(wǎng)節(jié)能。

3.2 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G綠色通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量和能量效率的整合有利于提高對(duì)綠色通信運(yùn)行期間的管理效率。例如，在可控化管理模式下，可以選擇超密異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，圍繞關(guān)鍵效率指標(biāo)建立適用于聯(lián)合組網(wǎng)異網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)模式。具體操作時(shí)，實(shí)質(zhì)上以高效能小站密集化部署方案進(jìn)行實(shí)施。具體而言，初步部署期間，電信企業(yè)通常會(huì)結(jié)合系統(tǒng)容量和場景應(yīng)用方面的并行控制模式，對(duì)回傳鏈路進(jìn)行處理，降低網(wǎng)絡(luò)干擾的影響，進(jìn)而在綠色可控技術(shù)體系下向用戶提供相當(dāng)于宏基站的服務(wù)，基本結(jié)構(gòu)為核心網(wǎng)→宏基站→小基站→WiFi、緩存，網(wǎng)絡(luò)同層結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)同層結(jié)構(gòu)示意

應(yīng)用超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，5G小基站（Small Cell）執(zhí)行休眠和喚醒處理工序可以有效調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。作為一種高效能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制，應(yīng)用時(shí)需建立規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的網(wǎng)絡(luò)能效拓?fù)溥\(yùn)行結(jié)構(gòu)。具體而言，小基站密集化部署場景期間，操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵循順序分析小站組合休眠/喚醒對(duì)網(wǎng)絡(luò)能將的貢獻(xiàn)值，確定與其相關(guān)的關(guān)鍵指標(biāo)。例如，常用小站組合休眠/喚醒流程主要包括：①計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)能效Eusual；②逐個(gè)計(jì)算、估算執(zhí)行休眠喚醒小站組后的網(wǎng)絡(luò)能效，得到高于當(dāng)前能效排序序列A；③判定序列A是否為空。如果“是”則不進(jìn)行休眠喚醒小站，直接結(jié)束，如果“否”則應(yīng)進(jìn)一步計(jì)算A中Emax中需遷移業(yè)務(wù)量和功耗；④在基站可用資源限制條件方面，應(yīng)判定其是否滿足限定條件，如果“否”則應(yīng)刪除Emax更新序列A，如果“是”則對(duì)Emax小站組進(jìn)行休眠喚醒操作，完成后結(jié)束整個(gè)流程?？紤]到評(píng)估時(shí)的精準(zhǔn)性與實(shí)際情況存在差異，電信企業(yè)在應(yīng)用該機(jī)制時(shí)往往會(huì)選擇一些適配的仿真模型先對(duì)其進(jìn)行設(shè)置進(jìn)行驗(yàn)證分析，再完成對(duì)規(guī)范能耗模型的優(yōu)化。如根據(jù)小區(qū)數(shù)量、每小區(qū)小基站數(shù)量、用戶數(shù)量（閑時(shí)、常時(shí)、忙時(shí)）等，確定仿真參數(shù)后對(duì)其進(jìn)行仿真分析，有利于確保該機(jī)制的應(yīng)用效果評(píng)估，進(jìn)而更為合理的部署扇開臉小基站等。

需要注意的是，在5G綠色通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系下小基站部署點(diǎn)數(shù)量和用戶無限節(jié)點(diǎn)數(shù)量相一致，在部署對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)過程中應(yīng)從用戶應(yīng)用空間基本標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，根據(jù)站點(diǎn)數(shù)量與用戶數(shù)量之比為1∶1的比例進(jìn)行控制模式設(shè)置。同時(shí)，綠色通信應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)逐步落實(shí)的應(yīng)用流程并不能一蹴而就的進(jìn)行，此時(shí)電信企業(yè)應(yīng)結(jié)合傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的兼容性、技術(shù)升級(jí)的實(shí)際需求，利用結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)感知模式完成對(duì)節(jié)能處理、部署方案的并行控制。例如，當(dāng)前部分地區(qū)采用了統(tǒng)一扇形區(qū)域內(nèi)增設(shè)小站的方案，既可以確保基站網(wǎng)絡(luò)流量分擔(dān)方面的均衡，也能夠使部署后的能耗水平獲得控制，保障對(duì)用戶稀疏區(qū)能量損耗的控制，使用戶在不受干擾因素影響的情況下獲得高質(zhì)量服務(wù)。除此之外，處理回傳控制時(shí)可以選擇Pico部署機(jī)制，使宏觀與微觀標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)X2接口應(yīng)用平臺(tái)控制交通的優(yōu)化，提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾能力等。

3.3 D2D綠色通信技術(shù)

5G綠色網(wǎng)絡(luò)容量拓展與頻譜效率優(yōu)化十分關(guān)鍵，實(shí)施時(shí)可以從通信模式入手，對(duì)其進(jìn)行豐富與優(yōu)化。例如，當(dāng)前應(yīng)用的D2D綠色通信技術(shù)，重點(diǎn)放在D2D用戶與基站的關(guān)系方面，當(dāng)基站向蜂窩用戶、D2D用戶提供服務(wù)的過程中，電信企業(yè)應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)多元傳輸處理的必要性，并在數(shù)據(jù)終端應(yīng)用效果方面進(jìn)行一些合理優(yōu)化。具體而言，D2D綠色通信技術(shù)屬于一種設(shè)備到設(shè)備的處理技術(shù)，實(shí)施過程中可以將無線資源分配機(jī)制、計(jì)費(fèi)識(shí)別處理機(jī)制統(tǒng)籌起來，進(jìn)而設(shè)計(jì)一些適配性較高的專屬控制模塊，使模塊運(yùn)營過程中的管理更加精準(zhǔn)與合理，進(jìn)而降低設(shè)備使用時(shí)的能耗水平。需要注意的是，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，牽涉到蜂窩用戶與基站的關(guān)系處理，應(yīng)同時(shí)考慮對(duì)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)的引入，更為科學(xué)的實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)小區(qū)的可控制化分析與處理，有效化解不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系中運(yùn)行與更新不足的弊端。如在建筑物穿透損耗方面存在資源浪費(fèi)，可以將室內(nèi)用戶、室外用戶無線接入點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來優(yōu)化通信連接模式等。

4 結(jié)束語

總之，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)已成為日常生活與工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，電信企業(yè)應(yīng)在內(nèi)涵式、集約型、高質(zhì)量經(jīng)濟(jì)增長模式下，通過擴(kuò)大對(duì)綠色通信技術(shù)要素的配置為其實(shí)踐賦能。結(jié)合上述分析，5G綠色通信技術(shù)正處于快速發(fā)展過程中，主要通過器件節(jié)能化、鏈路高效化、小站密集化等實(shí)踐路徑配置綠色通信技術(shù)。建議此類企業(yè)在當(dāng)前階段的實(shí)踐中加強(qiáng)對(duì)不同綠色通信技術(shù)的研討，并結(jié)合5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成要素選擇適配性較高的技術(shù)進(jìn)行配置，有效實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能降耗，為各行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支持。