基于LTE網絡的智能關斷技術研究

李韶英　莊湛海　倪偉彬

通過對基站射頻智能關斷、載頻智能關斷、PSU智能關斷、通道智能關斷、符號智能關斷、MBSFN子幀調整關斷等智能關斷技術進行研究，分析比較各種智能關斷技術的優缺點和適用場景，為運營商在4G網絡建設的同時實施節能減排提供了技術參考。

Based on the research on the intelligent shutdown technologies of base station， such as radio frequency， carrier frequency， PSU， channel， symbol， MBSFN sub-frame adjustment， the advantages and disadvantages and applicable scenarios of the intelligent shutdown technologies are analyzed. It provides a reference for the 4G network construction of operators with energy conservation and emission reduction.

LTE energy conservation and emission reduction intelligent shutdown

1 前言

與傳統的通信技術相比，LTE通信技術最明顯的優勢在于通話質量及數據通信速度。因此，LTE被運營商寄予厚望，全球主流運營商無一例外都投入了LTE的建設和部署，推動LTE網絡范圍不斷擴大，用戶規模更是快速增長。

然而，在LTE移動網絡快速推進的同時，也會帶來能耗的快速增長。以某省運營商為例，前期部署1.8萬個LTE基站，1年的耗電量約為4.7億度，而隨著網絡的不斷發展建設，能耗將會進一步增加。針對以上問題，本文將對基于LTE網絡的智能關斷技術進行研究。

2 智能關斷技術方案

移動通信網絡具有典型的“潮汐效應”，在不同時間、不同地域網絡容量差別非常大，目前的網絡是按照用戶的最大需求來設計的，因此在移動網絡運營中一般為了達到更大的容量和更好的網絡質量，基站會盡可能地以最大功率發射，而這樣會產生較高的能耗，造成密集基站間的干擾，在抬升整體底噪的同時降低了系統的服務質量。為了降低基站能耗，提升服務質量，可采用多種智能關斷技術，即當1個小區的資源利用率相當低時，基站在保證網絡基本KPI的基礎上，可通過相應的節能手段以減少單個基站功率消耗，對節能減排有重要的應用價值。

如圖1所示，移動網絡每天的話務量基本都有閑時和忙時的概念，一般在10點和19點會出現峰值忙時，此時忙時話務量達到最高，而在其他時間（如0—8點）話務量就比較低，無線網絡在做容量配置時一般要滿足忙時話務量的需求，所以在閑時利用率會比較低。智能關斷技術正是利用了話務量的這一特性，在閑時話務量低時通過硬件或軟件關斷等方法，以達到節能減排的目的。

現階段業界支持的共有6種智能關斷技術，分別是基站射頻智能關斷、載頻智能關斷、PSU智能關斷、通道智能關斷、符號智能關斷、MBSFN子幀調整關斷。

2.1 基站射頻智能關斷

基站射頻智能關斷的技術原理是當本基站的用戶數目小、基站的負載較低時，可以關閉本基站射頻，同時周圍基站進入節能補償模式，通過提高發射功率等一系列措施擴大其覆蓋范圍，以彌補節能基站射頻休眠時產生的網絡覆蓋區域的空白。

在城區和密集城區環境中，運營商有可能會用多個LTE頻點來進行覆蓋，在保證覆蓋的同時滿足數據容量的要求。一般來說，低頻段頻點作為覆蓋小區，高頻段頻點作為容量小區，在業務量低時，可以選擇關閉容量小區，僅保留覆蓋小區，以維持原有的LTE數據覆蓋和基本流量要求；在業務量高時，則喚醒小區來滿足大數據量的要求。

智能小區關斷流程如圖2所示。基站1為容量小區，在流量低時，通過X2接口的基站配置更新消息通知基站2、3、4，告知基站1即將關閉，此時基站2、3、4測試自身業務量較低時，回復基站1可以進行關斷。

根據實驗室測試數據，假設1個LTE基站帶3個RRU，關閉所有的RRU最高可以節約80%的耗電量，FDD與TDD基站設備節電效果較好，但考慮到目前仍是4G網絡的建設初期，LTE基站分布稀疏，為了保證LTE的網絡覆蓋，不建議現階段大規模地使用基站射頻智能關斷技術，可以在體育館、展覽館等話務突發性場景少量應用。

2.2 載頻智能關斷

載頻智能關斷的技術原理是當本載頻上的用戶數較少時，將用戶遷移到別的負荷允許的目標基礎載頻上，關閉本載頻以節約能耗；當其他小區的負載超過門限時，再打開載頻。

在載頻智能關斷的控制上，可以從時間和話務量這2個維度上進行控制。在時間維度上，可以設置載頻智能關斷的時間，如每天的0—7點開啟此功能；在話務量維度上，當某個小區的信道占用數低于某個值時，選擇1個空閑載頻進行關斷，當某個小區的信道占用數高于某個值時，可以開啟1個關斷的載頻。這2個維度可以單個使用，也可以同時使用，不同設備廠商的實施策略會有一定的差異。

根據實驗室測試數據，采用載頻智能關斷技術在話務閑時RRU能夠節能20%左右，但是目前大多數的LTE基站只配置了1個載頻，能夠關斷載頻的基站數量并不是很多。另外，該技術的成熟度也有待驗證，主要是因為依據話務量進行載頻開關不能實時進行，一般是5—15分鐘為1個判斷周期，當有突發話務發生時，就會造成接入失敗或者掉話。因此，該技術不建議在VIP基站中使用。

2.3 PSU智能關斷

PSU模塊為電源供電單元，支持將110V/220V AC轉換成-48V DC。一般情況下，PSU的個數根據基站最大功耗要求進行配置，以確保基站在最大負荷下也能正常工作。但是在大多數場景下，基站不會滿負荷地運行，這就意味著PSU并非始終滿功率輸出，通常PSU的轉換效率與其輸出功率成正比，而轉換效率的降低將會直接影響基站的整體功耗，基站在使用多個PSU供電時，PSU智能關斷功能可根據實際的負載情況關閉1個或者多個PSU。endprint

PSU智能關斷技術原理如圖3所示。基站在閑時可以通過關閉多個PSU模塊來減少功耗，在忙時通過開啟多個PSU模塊來滿足高負荷。此功能使PSU始終保持在高轉換效率，從而達到降低基站功耗的目的。

根據實驗室測試數據，基站使用該功能在閑時最多能夠節能20%，FDD與TDD設備幾乎沒有差異，需要運用在有多個電源模塊的基站，對現網影響小，可操作性強。

2.4 通道智能關斷

通道關斷是針對多通道的RRU，其中通道即收發鏈路，如8通道RRU有8個振元，所以需要8根饋線，RRU的每個通道就對應了一路天饋。

如圖4所示，通道智能關斷的技術原理是當本小區上沒有用戶且當前進入某個設定時間段時，關閉本小區的部分發射通道以節省能耗。由于該功能是在沒有用戶的情況下關閉部分通道上的載頻，關閉通道后eNodeB會提升參考信號的發射功率，以保證系統的覆蓋。

對于LTE基站，由于采用了2*2MIMO，可以在話務量少的情況下關閉一定比例的通道。以8通道設備為例，在凌晨話務少時關閉一半的通道（共4個通道），采用該技術可以節約15%的電量。

根據實驗室測試數據，基站使用該功能在閑時能夠節能15%，現階段FDD以4通道、TDD以8通道為例，適用于話務量低的場景，由于現網多配置多通道RRU，可以在話務量低時關閉一定比例的通道，可實施性強。

2.5 符號智能關斷

符號智能關斷的技術原理是當小區在業務量負載低時，部分時隙上的一些符號處于空載狀態，系統會自動關閉“沒有數據發送”的符號周期內的功放，以達到節省功耗的目的；當有新的業務接入時，關閉的時隙則立即進入工作狀態，不影響正常業務。

在1個子幀中，eNodeB動態檢測哪些Symbol沒有數據發送，并在這些“沒有數據發送”的Symbol周期內關閉功放。如圖5所示，在Symbol中1、2、3、5、6周期內可以關閉功放，閑時可節省約10%的RRU功耗。

該技術在閑時最多可以節省10%的耗電量，適用于話務變化明顯的站點，如商場、辦公樓等，但是系統實現要求較高，會造成系統調度效率的降低，故不適合大規模使用。

2.6 MBSFN子幀調整關斷

MBSFN用來發送多媒體廣播多播業務。MBSFN子幀調整關斷是指在部分子幀沒有用戶數據收送時，將沒有用戶數據收送的子幀配置成MBSFN子幀，以便關閉更多符號，達到節能的目的。

MBSFN子幀的配置信息位于廣播消息SIB2中，當MBSFN子幀的配置信息發生變化后，基站可以利用尋呼消息通知空閑態終端，采用RRC消息通知連接態終端其配置發生變化。

如圖6所示，普通子幀由于存在導頻等符號，正常可以關斷的符號個數是10個，當配置成MBSFN子幀時，可關斷的符號個數達到13個，提升30%。MBSFN調整關斷技術可以降低基站的能耗，并且經過3GPP的評估后認為該技術對于網絡和終端都無影響，但是目前存在的主要問題是現網的大多數廠家并不支持該技術，因此該技術不建議大規模使用。

3 總結與建議

綜上所述，針對多種智能關斷技術的節能效果、運用場景與建議具體如表1所示。

通過研究分析可知，PSU智能關斷、通道智能關斷的可實施性較強，具有良好的節能效果，對現網和業務的影響較小，因此建議在現網進行推廣。下面給出一些場景中的基本原則：

（1）學校：根據寒暑假對高校的基站進行擴容載頻的關停，只保留基本載頻，在假期結束后重新開啟。

（2）城區：在凌晨對夜間話務量較低的覆蓋型基站進行容量載頻的關閉，對重疊覆蓋較多的容量型基站可以進行射頻關斷。

（3）農村：在夜晚對覆蓋作用不大的容量型基站進行射頻關斷，保留覆蓋型基站，以保證網絡的基本覆蓋。特殊場所如體育場館、大型劇院等在夜晚可以進行射頻關斷，在其他的一些話務量較低的時段可以保留基本載頻，關斷容量載頻。

（4）熱點地區室分系統：對于商場、寫字樓、地鐵中的室分系統，在夜晚無人區可以進行射頻關斷。

（5）保證網絡的基本覆蓋，對于基站屬性為高速覆蓋以及重要機關和場所不做關斷。在實施的過程中需要注意如下：

4 結束語

本文通過對基于LTE網絡的智能關斷技術進行研究，比較分析了各種智能關斷技術的優缺點和適用場景，能幫助運營商制定合理、有效的LTE基站節能減排措施，減少網絡運營的耗電量，降低成本支出，提高經濟效益，為運營商的節能減排工作提供了參考。

參考文獻：

[1] 彭軍. 推動“綠色行動計劃”營造健康產業環境[J]. 通信技術與標準， 2010（4）： 26-38.

[2] 劉濤. 移動通信基站的綜合節能[J]. 電信工程技術與標準化， 2006（6）： 32-34.

[3] 秦延奎，等. 電信行業節能減排技術、方法與案例[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[4] 王澤力. 中興通訊綠色基站構建無線環保網絡[N]. 通信產業報， 2012-02-20.

[5] 3GPP R2-101824. Energy Saving Techniques for LTE[S].endprint

PSU智能關斷技術原理如圖3所示。基站在閑時可以通過關閉多個PSU模塊來減少功耗，在忙時通過開啟多個PSU模塊來滿足高負荷。此功能使PSU始終保持在高轉換效率，從而達到降低基站功耗的目的。

根據實驗室測試數據，基站使用該功能在閑時最多能夠節能20%，FDD與TDD設備幾乎沒有差異，需要運用在有多個電源模塊的基站，對現網影響小，可操作性強。

2.4 通道智能關斷

通道關斷是針對多通道的RRU，其中通道即收發鏈路，如8通道RRU有8個振元，所以需要8根饋線，RRU的每個通道就對應了一路天饋。

如圖4所示，通道智能關斷的技術原理是當本小區上沒有用戶且當前進入某個設定時間段時，關閉本小區的部分發射通道以節省能耗。由于該功能是在沒有用戶的情況下關閉部分通道上的載頻，關閉通道后eNodeB會提升參考信號的發射功率，以保證系統的覆蓋。

對于LTE基站，由于采用了2*2MIMO，可以在話務量少的情況下關閉一定比例的通道。以8通道設備為例，在凌晨話務少時關閉一半的通道（共4個通道），采用該技術可以節約15%的電量。

根據實驗室測試數據，基站使用該功能在閑時能夠節能15%，現階段FDD以4通道、TDD以8通道為例，適用于話務量低的場景，由于現網多配置多通道RRU，可以在話務量低時關閉一定比例的通道，可實施性強。

2.5 符號智能關斷

符號智能關斷的技術原理是當小區在業務量負載低時，部分時隙上的一些符號處于空載狀態，系統會自動關閉“沒有數據發送”的符號周期內的功放，以達到節省功耗的目的；當有新的業務接入時，關閉的時隙則立即進入工作狀態，不影響正常業務。

在1個子幀中，eNodeB動態檢測哪些Symbol沒有數據發送，并在這些“沒有數據發送”的Symbol周期內關閉功放。如圖5所示，在Symbol中1、2、3、5、6周期內可以關閉功放，閑時可節省約10%的RRU功耗。

該技術在閑時最多可以節省10%的耗電量，適用于話務變化明顯的站點，如商場、辦公樓等，但是系統實現要求較高，會造成系統調度效率的降低，故不適合大規模使用。

2.6 MBSFN子幀調整關斷

MBSFN用來發送多媒體廣播多播業務。MBSFN子幀調整關斷是指在部分子幀沒有用戶數據收送時，將沒有用戶數據收送的子幀配置成MBSFN子幀，以便關閉更多符號，達到節能的目的。

MBSFN子幀的配置信息位于廣播消息SIB2中，當MBSFN子幀的配置信息發生變化后，基站可以利用尋呼消息通知空閑態終端，采用RRC消息通知連接態終端其配置發生變化。

如圖6所示，普通子幀由于存在導頻等符號，正常可以關斷的符號個數是10個，當配置成MBSFN子幀時，可關斷的符號個數達到13個，提升30%。MBSFN調整關斷技術可以降低基站的能耗，并且經過3GPP的評估后認為該技術對于網絡和終端都無影響，但是目前存在的主要問題是現網的大多數廠家并不支持該技術，因此該技術不建議大規模使用。

3 總結與建議

綜上所述，針對多種智能關斷技術的節能效果、運用場景與建議具體如表1所示。

通過研究分析可知，PSU智能關斷、通道智能關斷的可實施性較強，具有良好的節能效果，對現網和業務的影響較小，因此建議在現網進行推廣。下面給出一些場景中的基本原則：

（1）學校：根據寒暑假對高校的基站進行擴容載頻的關停，只保留基本載頻，在假期結束后重新開啟。

（2）城區：在凌晨對夜間話務量較低的覆蓋型基站進行容量載頻的關閉，對重疊覆蓋較多的容量型基站可以進行射頻關斷。

（3）農村：在夜晚對覆蓋作用不大的容量型基站進行射頻關斷，保留覆蓋型基站，以保證網絡的基本覆蓋。特殊場所如體育場館、大型劇院等在夜晚可以進行射頻關斷，在其他的一些話務量較低的時段可以保留基本載頻，關斷容量載頻。

（4）熱點地區室分系統：對于商場、寫字樓、地鐵中的室分系統，在夜晚無人區可以進行射頻關斷。

（5）保證網絡的基本覆蓋，對于基站屬性為高速覆蓋以及重要機關和場所不做關斷。在實施的過程中需要注意如下：

4 結束語

本文通過對基于LTE網絡的智能關斷技術進行研究，比較分析了各種智能關斷技術的優缺點和適用場景，能幫助運營商制定合理、有效的LTE基站節能減排措施，減少網絡運營的耗電量，降低成本支出，提高經濟效益，為運營商的節能減排工作提供了參考。

參考文獻：

[1] 彭軍. 推動“綠色行動計劃”營造健康產業環境[J]. 通信技術與標準， 2010（4）： 26-38.

[2] 劉濤. 移動通信基站的綜合節能[J]. 電信工程技術與標準化， 2006（6）： 32-34.

[3] 秦延奎，等. 電信行業節能減排技術、方法與案例[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[4] 王澤力. 中興通訊綠色基站構建無線環保網絡[N]. 通信產業報， 2012-02-20.

[5] 3GPP R2-101824. Energy Saving Techniques for LTE[S].endprint

PSU智能關斷技術原理如圖3所示。基站在閑時可以通過關閉多個PSU模塊來減少功耗，在忙時通過開啟多個PSU模塊來滿足高負荷。此功能使PSU始終保持在高轉換效率，從而達到降低基站功耗的目的。

根據實驗室測試數據，基站使用該功能在閑時最多能夠節能20%，FDD與TDD設備幾乎沒有差異，需要運用在有多個電源模塊的基站，對現網影響小，可操作性強。

2.4 通道智能關斷

通道關斷是針對多通道的RRU，其中通道即收發鏈路，如8通道RRU有8個振元，所以需要8根饋線，RRU的每個通道就對應了一路天饋。

如圖4所示，通道智能關斷的技術原理是當本小區上沒有用戶且當前進入某個設定時間段時，關閉本小區的部分發射通道以節省能耗。由于該功能是在沒有用戶的情況下關閉部分通道上的載頻，關閉通道后eNodeB會提升參考信號的發射功率，以保證系統的覆蓋。

對于LTE基站，由于采用了2*2MIMO，可以在話務量少的情況下關閉一定比例的通道。以8通道設備為例，在凌晨話務少時關閉一半的通道（共4個通道），采用該技術可以節約15%的電量。

根據實驗室測試數據，基站使用該功能在閑時能夠節能15%，現階段FDD以4通道、TDD以8通道為例，適用于話務量低的場景，由于現網多配置多通道RRU，可以在話務量低時關閉一定比例的通道，可實施性強。

2.5 符號智能關斷

符號智能關斷的技術原理是當小區在業務量負載低時，部分時隙上的一些符號處于空載狀態，系統會自動關閉“沒有數據發送”的符號周期內的功放，以達到節省功耗的目的；當有新的業務接入時，關閉的時隙則立即進入工作狀態，不影響正常業務。

在1個子幀中，eNodeB動態檢測哪些Symbol沒有數據發送，并在這些“沒有數據發送”的Symbol周期內關閉功放。如圖5所示，在Symbol中1、2、3、5、6周期內可以關閉功放，閑時可節省約10%的RRU功耗。

該技術在閑時最多可以節省10%的耗電量，適用于話務變化明顯的站點，如商場、辦公樓等，但是系統實現要求較高，會造成系統調度效率的降低，故不適合大規模使用。

2.6 MBSFN子幀調整關斷

MBSFN用來發送多媒體廣播多播業務。MBSFN子幀調整關斷是指在部分子幀沒有用戶數據收送時，將沒有用戶數據收送的子幀配置成MBSFN子幀，以便關閉更多符號，達到節能的目的。

MBSFN子幀的配置信息位于廣播消息SIB2中，當MBSFN子幀的配置信息發生變化后，基站可以利用尋呼消息通知空閑態終端，采用RRC消息通知連接態終端其配置發生變化。

如圖6所示，普通子幀由于存在導頻等符號，正常可以關斷的符號個數是10個，當配置成MBSFN子幀時，可關斷的符號個數達到13個，提升30%。MBSFN調整關斷技術可以降低基站的能耗，并且經過3GPP的評估后認為該技術對于網絡和終端都無影響，但是目前存在的主要問題是現網的大多數廠家并不支持該技術，因此該技術不建議大規模使用。

3 總結與建議

綜上所述，針對多種智能關斷技術的節能效果、運用場景與建議具體如表1所示。

通過研究分析可知，PSU智能關斷、通道智能關斷的可實施性較強，具有良好的節能效果，對現網和業務的影響較小，因此建議在現網進行推廣。下面給出一些場景中的基本原則：

（1）學校：根據寒暑假對高校的基站進行擴容載頻的關停，只保留基本載頻，在假期結束后重新開啟。

（2）城區：在凌晨對夜間話務量較低的覆蓋型基站進行容量載頻的關閉，對重疊覆蓋較多的容量型基站可以進行射頻關斷。

（3）農村：在夜晚對覆蓋作用不大的容量型基站進行射頻關斷，保留覆蓋型基站，以保證網絡的基本覆蓋。特殊場所如體育場館、大型劇院等在夜晚可以進行射頻關斷，在其他的一些話務量較低的時段可以保留基本載頻，關斷容量載頻。

（4）熱點地區室分系統：對于商場、寫字樓、地鐵中的室分系統，在夜晚無人區可以進行射頻關斷。

（5）保證網絡的基本覆蓋，對于基站屬性為高速覆蓋以及重要機關和場所不做關斷。在實施的過程中需要注意如下：

4 結束語

本文通過對基于LTE網絡的智能關斷技術進行研究，比較分析了各種智能關斷技術的優缺點和適用場景，能幫助運營商制定合理、有效的LTE基站節能減排措施，減少網絡運營的耗電量，降低成本支出，提高經濟效益，為運營商的節能減排工作提供了參考。

參考文獻：

[1] 彭軍. 推動“綠色行動計劃”營造健康產業環境[J]. 通信技術與標準， 2010（4）： 26-38.

[2] 劉濤. 移動通信基站的綜合節能[J]. 電信工程技術與標準化， 2006（6）： 32-34.

[3] 秦延奎，等. 電信行業節能減排技術、方法與案例[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[4] 王澤力. 中興通訊綠色基站構建無線環保網絡[N]. 通信產業報， 2012-02-20.

[5] 3GPP R2-101824. Energy Saving Techniques for LTE[S].endprint