智能MIMO技術提升4G網絡效益的應用研究

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1 背景

隨著4G網絡大規模部署，通信網絡能耗也快速增長，能源費占付現成本的比例越來越高，節能降耗成為網絡降本增效的有效途徑之一。而傳統的設備節能重點放在對基站的蓄電池、空調等配套設備的更新換代上，而隨著配套設備的節能措施不斷更新和完善，環境用電節能可發掘的空間變得越來越有限。而4G時代，3GPP在協議TS 36.300中明確指出了基站需要支持節能技術，如何創新舉措針對不同業務場景實現4G基站節能顯得更具價值。通過智能通道關斷技術，DTX技術的基本原理、應用場景、實施效果等內容進行分析研究，實現低負載時關斷MIMO功能，降低射頻功耗，既能達到保證網絡覆蓋、速率感知的目的，又能達到降本增效的目的，提升4G網絡運營效率。同時綜合考慮流量負荷和服務質量感知，探索方案適用場景。

2 智能MIMO技術方案

根據對3GPP TS 36.300協議研究和廠家設備方案支持情況，對4G基站節能技術的基本原理、處理流程、關鍵參數配置進行研究，考慮SON控制實現及實際應用可行性，主要對通道智能關斷和載波智能關斷方案進行研究，而在現網實際實施時，載波關斷主要是根據時間段及流量來關斷高頻點小區，從而節省高頻點小區的RRU靜態功耗，主要是適用于高容量的多頻組網場景。

因此，本文主要創新實施應用智能MIMO關斷技術，動態的實現根據流量負荷配置單、雙通道傳輸，進而動態降低功耗，保證了低流量場景下的覆蓋需求，及時恢復雙通道，能夠及時保證流量和容量需求，節約了射頻能耗，解決了低流量、低負荷4G基站功率浪費的問題。針對不同的網絡負荷場景，制定基站的節能策略來實施管理，實現有效的節能。

2.1 動態啟用單、雙通道

當小區負荷低于某門限時，關斷一個天線通道，僅剩下單通道覆蓋，此時可以節省一個功放的靜態功耗，約為40W或30W左右。如圖1所示，在2x2 MIMO模式下，滿足時段、門限、用戶負荷條件后，小區的1路Tx被關斷，小區繼續在SIMO模式下工作。

圖1 動態啟用單、雙通道

關鍵流程如圖2所示，以中興設備為例，其他廠商設備類似。當OMC同步ES策略信息到節能小區所在的eNodeB。配置節能開關為開啟，此時eNodeB開啟ES功能；當ES策略配置的節能開始時間到達后，與OMC進行斷點交互或監控上報。當ES運行模式為受控模式，且ES策略中配置該參考點為斷點，則執行斷點交互，否則只上報監控無斷點交互。當ES運行模式為自由模式，且監控上報開關打開，則只上報監控無斷點交互。當ES運行模式為受控模式，用戶確認進行節能或ES運行模式為自由模式，開始進行節能判決。若連續兩次檢查到節能小區中用戶數為0，節能小區用戶數滿足通道關斷條件，進行通道關斷。成功關斷通道后，向OMC上報監控，在網管上呈現節能小區已經進入節能狀態。否則，根據策略配置，周期性重復進行節能判決。

2.2 及時恢復雙通道傳輸

為了達到不影響業務的目的，基站進入節能狀態后，當流量、用戶負荷變高，需要及時恢復雙通道傳輸。需要根據PRB利用率、PRB占用數、用戶數等變化情況進行判斷，制定恢復策略，關鍵流程如圖3所示，若節能小區處于通道關斷狀態，當節能小區中下行負荷高于配置門限或者處于RRC連接態的UE數目超過配置門限，需要打開關斷的通道，若在策略配置的時間t2內，打開通道失敗，則再等時間重復打開；若成功打開通道以后，向OMC上報監控，在網管上呈現節能小區已經退出節能狀態。

圖2 通道關斷節能開啟流程示意圖

圖3 及時恢復雙通道流程

2.3 應用場景

根據網絡負荷分布場景，在農村區域和夜間室分樓宇區域，網絡處于業務量低的狀態或者小區中沒有用戶時，網絡資源利用率低，此時可以實施通道關斷，通過減少發射天線數來達到節能的目的。實現低流量場景、潮汐效應場景下節約功耗。

實際工作中，根據維護規程，可進一步根據基站分等分級維護實施基站節能技術，提高網絡維護效率和網絡效益。

3 應用分析

3.1 實測驗證

考慮環境用電對結果準確性的影響，排除空調、開關電源等配套設備的功耗影響，選取具備雙通道的室外滴灌站點6處，節能時段選定夜間0：00至6：00時自動執行實施，流量負荷按照30%恢復，以本次實施通道關斷節能模式的銅山伊莊盧套站點(241738)為例，如圖4所示，該站點為2T2R配置，且該站點接入用戶較少，具備實施驗證的條件。

到達節能模板設置的節能時間后通過節能監控來查看是否進行節能模式，如圖5所示。

通過節能監控中的信息可以查看節能站點的小區是否進入節能狀態，在詳細信息中可以查看對應的站號及小區號。

圖4 節能基站實施條件

圖5 節能小區進入節能模式

如果在節能監控中已經確認小區進入節能模式，則通過診斷測試中進行RRU功率檢測。(如圖6所示)

在啟動節能功能之前RRU功率情況如下：（如圖7所示）

在啟動節能功能之后RRU功率情況如下：ANT4端口被關閉。（如圖8所示）

3.2 節能效果

經過一個月的運行觀察，實施智能通道關斷技術節能效果可達25%以上，隨著話務量的增加，節能效果最高可達30%。從圖9中的實際電表讀數可以更直觀地看出節電度數，實施節能技術，每天數據流量變化平穩正常。

按照單滴灌站點年正常耗電25*365=9125度計算，單站點設備可節點2281度，折合電費約2000元/年。全網若對1000個基站實施應用，年均即可節約成本200萬元。

圖6 發射功率檢測

圖7 節能前發射功率

圖8 節能后發射功率

實際上，當網絡負荷較低，還可擴大時間范圍，若仍按照業務負荷在30%以下，啟用智能通道關斷節能策略，單個RRU按15小時負荷低于30%計算，日平均節能0.8度，若1000個基站擴大節能時間范圍，全年可再節約77萬元。

4 總結

智能MIMO關斷技術的應用，易于實施，無需資金投入，無需增加額外的節能設備即可實施，且在性能上達到滿足覆蓋、速率、容量的要求，達到了降本增效的目的。節能功能的開啟對網絡KPI可能會有影響，例如進入節能狀態，要將節能小區中的終端切換到基本覆蓋小區，可能會影響切換成功率，同時有可能影響一定的峰值速率感知。但總體上，達到了降低基站能耗，提高網絡運營效益的目的。

圖9 智能MIMO節能實施后實測數據

智能MIMO技術方案節能效果顯著，單個站點設備可節點2281度/年，折合電費約2000元/年。1000個基站實施應用，年均可節約成本200萬元。本方案主要集中在智能通道關斷技術應用，實際應用中，還可根據基站流量實際情況，可采取智能OFDM符號關斷技術、載波關斷、基站關斷等方式進行。本方案可適用于農村低流量、夜間室分樓宇以及具有明顯潮汐效應的場景。隨著800M等低頻段設備規模應用，該方案將應用更廣泛，有效的降低運營成本。