5G時代基站兩大場景節能方案的應用分析

陳建煌

（中國聯通莆田市分公司，福建 莆田 351100）

0 引 言

2019年，各級政府都在大力推進5G通信網絡建設及產業布局。目前，5G典型的10大應用場景如圖示1所示。國家需要在5G通信及產業領域占有一席之地，但是網絡投資巨大，市場培育還不夠成熟。此外，2019年兩會政府報告中明確要求，運營商移動網絡流量資費降低20%。在用戶低資費需求和企業運營成本增加的大背景下，如何降本增效是各運營商需要重點考慮的問題。

圖1 十大應用場景示意圖

根據中國聯通莆田市分公司目前的資料，2G、3G及4G基站能耗占總運維成本的30%，5G基站能耗估算更是可能達到45%（同數量級站點）。5G運營成本主要體現在基站電費支出，所以要重點關注其基站能耗情況。除了由廠家推進和開發新節能AAU設備、BBU設備（低耗能的ROC芯片、中頻芯片及基帶芯片），在現有機房空調管理技術、開關電源模塊休眠技術等節能技術已充分應用的情況下，應從其他渠道挖掘潛力，多路徑的降功耗、省電費。

本文將簡要分析基站兩大場景節能方案在5G網絡中的應用。

1 5G射頻、基帶設備單元

5G基站AAU設備是射頻和多天線堆（Mass Mimo）完美結合、高度集成，如圖2所示。但是5G基站AAU設備功率和能耗大幅增加，約是4G設備的3倍。5G基站電費是4G基站電費的3～4倍。目前，廠家公布單個AAU功耗1 000 W左右，有業界廠家公布配置S1/1/1單個站，最低能耗達到2 660 W。BBU設備半寬單板功耗約250 W。圖3為BBU設備外觀示意圖。

圖2 AAU設備外觀示意圖

圖3 BBU設備外觀示意圖

2 5G采用BBU池云化集中部署模式

隨著網絡建設從廣覆蓋向深覆蓋的不斷推進，基站站點需求急劇增加，造成可用站點資源數量不斷減少。站點資源不足嚴重影響無線網絡覆蓋質量，進而影響企業口碑，是當前開展工程建設面臨的棘手問題。減少傳輸網絡節點，實現網絡扁平化，5G BBU建議優先采用集中放置方式。結合網絡及業務發展規劃，進行架構節點機房和BBU集中機房的統籌規劃，減少機房新建和租賃，降低物業協調難度，節省光纜投資及機房能耗。中國聯通莆田市分公司遠期的網絡規劃是構建4G+5G極簡目標網。根據現有網絡實際情況，同一個市級區域基帶設備是同一廠家。這為基帶設備整合、節省投資創造了條件。中國聯通莆田市分公司已按此方案開始實施，在投資節支、建網速度及節能等方面效果明顯[1]。對于顯性費用，利舊現網BBU，（圖4為共BBU典型網絡結構示意圖），僅少量站點需新增單板，避免復雜施工；一個BBU，節省約150 W功耗，一年可節省電費1 300元，1 000個站點年省130萬元。對于隱性工程成本費用，新增了BBU安裝施工、調測等隱性成本。

圖4 共BBU典型網絡結構示意圖

3 無線節能技術應用，AI大數據應用協同控制節能

當前無線網絡2G、3G及4G多制式共存。根據相關消息，福建聯通2G網絡將于2019年6月底退網。如果聯通計劃開通VoLTE，那么3G基站也將關停，最后形成4G和5G兩個制式共存（相當長時間內以NSA網絡架構為主）。日益復雜的網絡帶來能耗快速增加，多模多制式之間的耦合，也給節能帶來了極大挑戰。為了保證網絡性能和用戶體驗不受影響，運營商對現網的節能設置了嚴格的生效門限，僅釋放了小部分節能增益，網絡還存在巨大的節能空間。基于網絡架構集中化處理、云計算平臺及無線節能方案技術應用，利用網絡業務負載在時間和空間上的波動性，實現在低話務情況下，盡量遷移用戶到低頻（負荷轉移），關閉高頻做深度節能（頻率越高，帶寬就越大，降低速率與網絡的連接速度，可以暫時降低設備能耗），特別是在24:00—6:00時間段（基站休眠模式）。AI大數據應用協同，構建節能和性能的關聯模型；將基站分為零負荷、輕負荷、正常負荷及重負荷四種工作狀態；依據模型，并根據基站工作狀態動態調整節能參數（關制式、關載波、關通道、關頻段及負荷均衡等動態調節措施），調整各個基站發射功率，從而達到基站覆蓋面積伸縮的效果，如圖5所示。

圖5 基站發射功率

保證網絡性能的同時，充分挖掘網絡節能潛力，實現從單制式節能走向系統級調度。運營商已應用此成熟技術，且節能效果明顯，如表1所示。其中，對于現網測試，每站點電費年節省電費支出1 350元左右；頻段為1 800 MHz與2 100 MHz。典型網絡配置下，可以降低基站能耗10%～15%，有效降低了運營成本支出（OPEX）。如果將該技術應用于5G，能耗降低會更為顯著[2]。

表1 站點節省省電數據表

4 結 論

降低能耗、降低運營成本及提高經濟效益一直是各運營商的目標，以上兩種基站節能場景方案規模應用已成熟，效果可期。