基于AI 的5G 基站節能技術探究

汪金萍

（中國移動通信集團青海有限公司，青海 西寧 810000）

1 5G 基站總成

從宏觀意義上來看，5G 基站可以看成是信號發射和數據交換轉發的系統，通過信號的定向發送，滿足各類設備載體的數據傳輸功能。從具體組成來看，5G 基站是基于功能劃分，將核心網、UE 之間進行有效鏈接，保證協議處理是按照固有的基帶邏輯框架而執行的。通過高層與底層的基帶協議處理機構、射頻機構向基站內的各個處理單元傳達指令，保證基站內AAU、BBU、DU、CU 等結構，可實現功能化運轉，以此來滿足不同情況下的信息傳輸需求。從功能屬性來看，高層與底層的基帶協議處理機構在具體作用到協議棧時，可由不同種的組合形式，保證各項功能的落實可精準的作用到系統運行中，但目前應用于協議棧驅動最主要的組成方式為PDCP-RLC 結構，通過高層、底層的獨立處理模式，分別完成RRC 與MAC 的功能驅動，且兩者均可與射頻單元的前端對接口相連接。考慮到5G 組網多元化的特性，其在建設過程中是建立在原有的4G 網絡結構之上實現運作的，這就要求整個基站同時滿足5G、4G 網絡的信息傳輸需求，在設備選取方面，則應保證組網形態的獨立化。首先，CU 網絡結構中，其需要以硬件平臺為載體，保證平臺可將運算模塊、交換模塊等功能進行集成，進而為人工智能技術的實現提供技術支撐。其次，BBU 網絡，其可與CU 支持下的DU 結構共用一個平臺，考慮到DU 與BBU 之間存在的功能差異問題，可通過軟件修改將兩者之間的功能進行整合，以此提高功能實現的穩定性與拓展性。最后，AAU 網絡結構中，其作為5G 網絡運行的核心，通過與射頻模塊、天線模塊等進行整合，可進一步實現數據信息的高效率傳輸，但其功能組成具有一定的復雜性，需要密集節點進行支持，以滿足不同數據傳輸場景的需求。

2 5G 基站能耗分析

5G 基站的建設，可有效提高數據傳輸效率，真正實現數據的多節點、無延時傳輸。但從5G 實際布局形式來看，5G 基站要想實現全范圍覆蓋，區域內的基站數量要高于原有的4G 基站數量，且數據信息在傳輸過程中將消耗一定的網絡資源。目前，5G 正逐漸向商業化所轉變，針對現有的結構屬性來講，大容量數據信息的傳輸，令數據呈現出指數型增長的趨勢，如果地區內基站建設進度無法滿足網絡運行需求，必然造成整體基站能源的過量損耗，降低產業收益，無法發揮出5G 網絡應有的經濟價值。如圖1所示，為5G 基站能源消耗的關鍵點。在計算消耗方面，基站需對數據信息與指令傳輸模式進行精準預算，查證出不同資源在網絡空間中呈現出的能源損耗值，例如主控模塊、基帶模塊、傳輸模塊、電源模塊、風扇模塊在實際運行過程中產生的能源消耗，BBU 網絡在運行過程中，需要對相關聯的數據信息進行多功能運算，以保證不同組網之間數據流量的可溝通性。在傳輸消耗方面，承接設備運行的主要是由功率放大模塊、射頻模塊等，保證資源消耗與功率消耗呈現出一個均衡值，這樣便可為信息的定向化傳輸提供能源供給載體，令基帶信號可精準執行轉換指令、反饋指令等，且整項傳輸工作的拓展也可在傳輸能源的消耗系數之內，以此來提高實際處理效率。在其他能耗方面，則是5G 基站監測系統、照明系統以及系統無用功所產生的能耗，例如5G 基站與市政供電網絡之間的線損、全天候監控系統所造成的損耗等。與傳統4G 基站消耗結構相比，5G 網絡由于消耗更多的能源，機房所承載的能源值消耗比高達75%，且承接AAU 的設備功能性較為繁瑣，特別是在功放、信號收發等方面的能源消耗值更大，這就造成原有的4G 傳輸結構無法滿足5G 網絡的建設需求，當能源消耗值超出固有的承載值時，將對原有的電力網絡結構造成損壞。為此，必須對5G 基站進行節能處理，降低能源消耗比值，增強基站的運行效率。

圖1 5G基站能源消耗類型

3 基于AI 的5G 基站節能技術研究

3.1 硬件節能

硬件設備作為5G 基站的重要組成部分，其在運行過程中，也將消耗更多的能源。伴隨著5G 技術的商用，集成功能的拓展對硬件設備提出更高的運行需求。對于此，針對5G 基站中的硬件系統進行節能處理時，可從固有的結構、安裝工藝、運行原理等為出發點，分析出不同工作狀態下，BBU、AAU 結構在運行過程中的能量消耗值，只有這樣才可最大限度保證在固有能源消耗值內，系統運行功效的最大化。首先，針對硬件結構進行優化時，可通過5G 基帶協議的界定，分析出獨立運行模式、過渡運行模式之間的能源消耗值，并查證出基站內部的高消耗部件，通過部件替換，降低功耗器件的能源消耗值。例如，將原有的FPGA 替換為ASIC 芯片，其不僅可提高整個系統的運行效率，還可通過系統集成功能，降低基礎功率系數。其次，針對安裝工藝來講，可以現有的硬件集成裝置為基礎，將硬件平臺進行功能化設定，例如將原有的28nm 技術，升級到10nm 技術，這樣在安裝過程中，相應組件所造成的損耗將隨之降低，以減輕基站的整體能耗量。最后，在功耗方面，可適當引入高新技術，對相應運行機構進行封裝處理，這樣便可為系統提供持續性的優化功能，令設備在同等能源支持下，產生更多的經濟效益值。

3.2 軟件節能

5G 通信網絡業務的開展在時間、空間上呈現出一定的集群性特點，其對于基站靜態運行所產生的功耗來講，則為軟件系統提供耦合特性的節能路徑。軟件節能技術在具體落實時，不是單獨作用到靜態運行體系內，而是結合不同業務之間的處理特性，查證出當前網絡工作開展時的硬件耗損需求，然后結合系統無用消耗程序，適當關閉相應的硬件系統，這樣便可減小AAU 結構的運行負擔，達到相應的節能需求。目前，軟件節能技術可通過三個模塊進行實現。第一，符號關斷模塊。5G 基站內AAU 結構運行過程中，可通過斷續結構的射頻形式，增強信號系統的容錯性。即為AAU 結構在運行過程中，其所產生信號傳輸具有一定的周期性，當下行符號沒有進行信號發送時，則將自動關閉即時傳送功能，如果系統呈現出信息傳輸屬性時，則AAU 結構立即運行，兩者之間所形成的時間差不會對網絡造成接收功能的影響。為此，可對原有的算法進行更新，將用戶符號集中在是某一個信息節點上進行定位，便可真正實現智能斷接處理，以減輕系統運行中的能源消耗。第二，通道關斷模塊。此類模塊的設定主要是針對AAU 設備來講的，受到不同業務的處理訴求，在對其進行業務處理時，為達到相應的節能效果，則需在多業務處理時，保證系統處于多節點頻發狀態。但考慮到通斷關閉時，系統所呈現出的約束性問題，則需適當增加信道控制基數，通過提升信道功放值，保證信號上行與下行傳輸處于一個均衡狀態，以增強實際輸入效率。第三，小區關斷模塊。其主要是針對當前區域內5G 信號的覆蓋程度，對區域內的容量屬性與數據傳輸屬性進行關聯分析，確保在整個覆蓋體系下，由具體容量決定著小區關斷狀態，這樣便可進一步強化業務容量高與業務容量低之間的權重性，以增強實際節能效果。但在此過程中，應注意的是在針對業務小區進行關斷處理時，必須保證業務可全面遷移到覆蓋區域內，以滿足用戶的業務訴求，以真正實現業務域級的處理能力。

4 結束語

綜上所述，5G 基站的建設，將加大原有網絡能源的消耗比，對于整個網絡體系設定而言，不同工藝組成、設備類型等，所產生的消耗值具有一定差異特點。為進一步加強5G 基站的節能效果，則應全面分析出不同操控視域下，設備機構運行所具備的消耗值，然后結合系統功能制定出更為完善的技術體系，提高5G 基站的節能效果。