5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)研究

林澤淳

（中通服中睿科技有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

為了順應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)匹配的技術(shù)變革發(fā)展趨勢，需要整合5G移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系，發(fā)揮關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，共同打造完整的技術(shù)運(yùn)行方案，從而整合技術(shù)流程，在滿足業(yè)務(wù)需求、頻率規(guī)劃以及技術(shù)處理方案的同時(shí)，提高綠色通信的時(shí)效性。

1 5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

一方面，對設(shè)備級節(jié)能技術(shù)的研究，主要是借助優(yōu)化基站耗能器件一定程度上提高整體基站運(yùn)行過程的能量效率，從而減少工作能耗產(chǎn)生的影響，匹配業(yè)務(wù)特性，維持耗能器件調(diào)度方式的靈活性，進(jìn)一步滿足節(jié)能降耗的目標(biāo)。目前，對其展開的研究主要集中在器件基本性能升級方面，利用更加合理的功放處理機(jī)制，為業(yè)務(wù)傳輸打造更加合理的控制模式，依據(jù)業(yè)務(wù)量的變化以及用戶QoS調(diào)控器件的具體功率參數(shù)[1]。

另一方面，主要集中在對站點(diǎn)級節(jié)能技術(shù)的研究，在傳統(tǒng)的基站功耗應(yīng)用控制體系內(nèi)，受天線、饋線等基礎(chǔ)器件應(yīng)用效率的影響，基站射頻的總功耗比重較大，而利用設(shè)備級節(jié)能技術(shù)應(yīng)用體系能配合資源調(diào)度策略建立更加高效的傳輸機(jī)制，維持鏈路傳輸功率模式，從而維持傳輸功耗的合理性。

綜上所述，結(jié)合《5G基站節(jié)能技術(shù)白皮書（2020）》的相關(guān)內(nèi)容可知，目前5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)將重點(diǎn)落在設(shè)備級和站點(diǎn)級，并且也逐漸延伸到網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能技術(shù)方案，從而打造更加多元的綠色通信平臺。

2 5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

2.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)方案內(nèi)，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系具有重要優(yōu)勢，能在滿足5G移動網(wǎng)絡(luò)對流量增長需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)功率的處理，增加對應(yīng)節(jié)點(diǎn)，從而維持技術(shù)應(yīng)用效果，并且為進(jìn)一步創(chuàng)設(shè)良好技術(shù)方案和應(yīng)用框架提供保障[2]。

首先，5G移動網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系內(nèi)，部署的站點(diǎn)數(shù)量若是超出預(yù)期，則需要在滿足無限節(jié)點(diǎn)數(shù)量要求的同時(shí)，確保對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)布置模式能為用戶創(chuàng)設(shè)更加合理的應(yīng)用空間，并且實(shí)現(xiàn)1∶1用戶數(shù)和站點(diǎn)數(shù)的比例模式，用戶也能和節(jié)點(diǎn)形成對應(yīng)匹配體系，提高通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的整體應(yīng)用效率。

其次，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用過程中，其應(yīng)用流程就是綠色通信應(yīng)用體系的關(guān)鍵，但是也會增加網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｊ降膹?fù)雜程度。相較于移動通信系統(tǒng)不兼容的問題，技術(shù)應(yīng)用方面的升級更加關(guān)鍵。因此，在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)的過程中建構(gòu)更加合理且有序的節(jié)點(diǎn)感知模式，匹配網(wǎng)絡(luò)動態(tài)部署方案和節(jié)能處理模式，能有助于技術(shù)升級[3]。

再次，在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用體系中，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署最關(guān)鍵要解決的問題就是部署位置和密度，在統(tǒng)一扇形區(qū)域內(nèi)增設(shè)小站，從而維持基站網(wǎng)絡(luò)流量分擔(dān)目標(biāo)，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效能的合理性，也能最大程度上減少布設(shè)能耗，降低干擾和用戶稀疏區(qū)的能量損耗[4]。

最后，借助高效能的Pico部署機(jī)制，配合有線處理方式就能實(shí)現(xiàn)回傳，建構(gòu)完整的宏觀-微觀協(xié)同體系，確保能借助X2接口建立應(yīng)用平臺，且網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力和抗干擾管理能力也隨之增強(qiáng)。例如，eNodeB站之間扇區(qū)半徑為500 m，其整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)仿真數(shù)量為170次，配合網(wǎng)元能效變化就能甄選最佳的部署方案，最終結(jié)合站點(diǎn)數(shù)量的密集性，確保部署方案應(yīng)用效果符合預(yù)期[5]。密集化高效能部署中，距離為370 m，角度為60°，在相應(yīng)位置或者是附近位置設(shè)置Pico，按照（370 m，60°）（320 m，30°）（370 m，60°）以及（320 m，90°）等情況完成Pico的部署配置，此外還包括（320 m，30°）（370 m，60°）（370 m，60°）（320 m，90°）等模式配置。

2.2 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在推廣5G移動通信網(wǎng)絡(luò)下綠色通信方案的過程中，還要全面整合具體的技術(shù)應(yīng)用框架，匹配自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，維持多元應(yīng)用結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。并且，在自組織網(wǎng)絡(luò)模型中要將網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維方式轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)化管理體系，改善傳統(tǒng)人工處理方式產(chǎn)生的資源浪費(fèi)，從而整合具體的部署結(jié)構(gòu)，為綜合發(fā)展提供保障[6]。此外，應(yīng)用自組織技術(shù)還能升級智能化部署、運(yùn)維目標(biāo)以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥耘渲玫龋貌煌问降膽?yīng)用結(jié)構(gòu)最大程度上提升SON分布式架構(gòu)的運(yùn)行效率，維持技術(shù)處理水平的同時(shí)，夯實(shí)技術(shù)控制和綠色通信應(yīng)用基礎(chǔ)。

2.3 高效能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制

主要是利用高效能Small Cell建構(gòu)控制機(jī)制，并兼具休眠、喚醒功能模塊，可以匹配5G技術(shù)的密集化部署要求，在建構(gòu)完整判別準(zhǔn)則的同時(shí)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維系結(jié)構(gòu)中，為網(wǎng)絡(luò)能效最優(yōu)化提供保障[7]。

2.3.1 Small Cell休眠-喚醒機(jī)制

結(jié)合移動網(wǎng)絡(luò)流量的應(yīng)用狀態(tài)，建構(gòu)更加貼合不均勻特性和動態(tài)波動特性的應(yīng)用模式，在維持?jǐn)?shù)據(jù)量休眠-運(yùn)行狀態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，還能結(jié)合數(shù)據(jù)量激活小站，并減少干擾方法。目前，較為常見的處理方式分為以下幾種。一是不進(jìn)行休眠-喚醒，二是大時(shí)間尺度節(jié)能休眠-喚醒三是半靜態(tài)休眠-喚醒，四是理想動態(tài)休眠-喚醒。其中，應(yīng)用最為廣泛且時(shí)間持續(xù)處理方面最靈活的是半靜態(tài)休眠-喚醒方案，能夠利用移動通信流量負(fù)載參數(shù)、用戶到達(dá)或離開的數(shù)量以及數(shù)據(jù)包傳輸完成率等評判準(zhǔn)則進(jìn)行評估。對應(yīng)的性能增益數(shù)值如表1所示。

表1 性能效益分析數(shù)值

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制實(shí)施流程

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)能效的判定準(zhǔn)則，結(jié)合宏觀-微觀協(xié)同判定的方式，全面分析休眠-喚醒狀態(tài)的應(yīng)用要點(diǎn)，從而落實(shí)具體的處理工序，以便于各個(gè)活躍小站和休眠小站都能實(shí)現(xiàn)能效最優(yōu)Small Cell聯(lián)合處理目標(biāo)[8]。

首先，設(shè)定小區(qū)具體情況參數(shù)，結(jié)合計(jì)算分析網(wǎng)絡(luò)效能數(shù)值。其次，計(jì)算并且估算休眠時(shí)各個(gè)小組活躍度以及網(wǎng)絡(luò)能效數(shù)值，將其和預(yù)估參數(shù)予以對比，篩選出高于預(yù)估參數(shù)的小組站，然后對其進(jìn)行針對性的順序指導(dǎo)和計(jì)量分析，并且要依據(jù)休眠狀態(tài)喚醒要求、宏觀順序處理機(jī)制以及休眠喚醒操作要點(diǎn)，確保小站聯(lián)合休眠-喚醒狀態(tài)符合預(yù)期。具體流程如圖1所示。

圖1 流程圖

2.4 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

相較于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)小區(qū)架構(gòu)體系，為了更好地滿足5G應(yīng)用要求，要對小區(qū)架構(gòu)予以更加合理的控制，并且解決5G應(yīng)用模式中對架構(gòu)體系運(yùn)行和更新產(chǎn)生的問題。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)可知，無線用戶在室內(nèi)的時(shí)間約占80%以上，室內(nèi)語音業(yè)務(wù)和室內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的對應(yīng)比例一般是在50%和60%左右。利用新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)就是為了能打造更加合理的場景模式，減少建筑物穿透損耗產(chǎn)生的資源浪費(fèi)，并且利用新型的蜂窩架構(gòu)將室內(nèi)用戶和室內(nèi)無線接入點(diǎn)連接在一起，建構(gòu)完整的通信連接模式，不僅能保證接地點(diǎn)信息發(fā)射和接收的規(guī)范性，還能打造多距離高速率通信體系[9]。

這種技術(shù)體系和應(yīng)用方案充分順應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢，將全網(wǎng)優(yōu)化作為能耗處理的關(guān)鍵，利用小站縮短用戶和接入點(diǎn)之間的傳輸距離，確保能減少傳輸功耗，并且配合UDN技術(shù)，更好地減少系統(tǒng)處理的復(fù)雜度，維持協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的整體水平。

2.5 D2D綠色通信技術(shù)

隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)容量的拓展及頻譜效率的升級非常關(guān)鍵，因此豐富通信模式的綠色通信技術(shù)方案更加具有應(yīng)用優(yōu)越性，能在蜂窩系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立更加合理的數(shù)據(jù)傳輸模式，確保數(shù)據(jù)終端傳輸?shù)恼w效果符合預(yù)期。與此同時(shí)，D2D綠色通信技術(shù)還能結(jié)合無線資源分配機(jī)制以及計(jì)費(fèi)識別機(jī)制實(shí)現(xiàn)端通信目標(biāo)，為節(jié)能降耗提供保障，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的和諧統(tǒng)一[10]。

3 結(jié) 論

節(jié)能減耗理念不斷滲透到各個(gè)行業(yè)，將其應(yīng)用在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模式時(shí)要秉持能源節(jié)約原則，將層級化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用流程作為關(guān)鍵，整合技術(shù)要點(diǎn)，維持5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的合理性、規(guī)范性以及可靠性，共同促進(jìn)移動通信網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)健康發(fā)展。