5G基站節能減排的應用

謝慧芝 郭昊

（1.井岡山大學電信學院 江西省吉安市 343000）

（2.中國移動通信集團江西有限公司吉安分公司無線中心 江西省吉安市 343000）

1 引言

為響應國家戰略，5G網絡已開始大規模建設。5G網絡的高帶寬、低時延、大連接等特性及大規模MIMO技術應用，勢必導致5G無線基站的能耗高于以往的234G網絡無線基站。目前5G單站額定功耗約為3800W、是現有4G基站耗電量的3倍多，高額的用電成本給運營商帶來巨大挑戰。

2 基站級節電技術

無線網絡業務量與手機用戶作息時間強相關，在全天各時段分布存在忙閑的差異性，如何在無線網絡業務較低時進行能耗降低是節能技術的關鍵。站點級節能技術主要根據無線業務的忙閑、無線網絡負載的高低、無線網絡資源配置的多少來分析判決的可關閉的無線網絡資源。

2.1 符號關斷

在無線基站設備中，功率放大器（PA）的能耗最多，即使沒有輸出信號時，功率放大器也會產生靜態能耗。符號關斷是一種時域節能技術，指的是無線基站實時檢測下行符號的數據傳送情況，若無數據傳送則在本周期內關閉功率放大器，以降低靜態功耗；當檢測到有數據調度時，會重新啟動射頻模塊的功率放大器，以確保數據傳輸的完整性。符號關斷或開啟的時間粒度為微秒級。通過實驗分析及現場驗證測試發現符號關斷技術應用在低業務場景下可節電10%左右。

2.2 通道關斷

以中國移動5G網絡設備為例，現階段主要采用2.6GHz的64T64R/32T32R的AAU (Active Antenna Unit)宏基站設備做5G連續覆蓋。無線設備通道數越多，對應的無線業務承載能力越強，也意味著更高的功耗。

當某區域無線網絡負荷較低時，且明顯低于無線網絡承載能力，此時射頻模塊的所有發射通道若仍處于工作狀態，會產生不必要的能耗。通道關閉技術是一種空域節能技術，指的是無線基站關閉（或休眠）部分發射通道，以降低射頻模塊功耗。一旦無線網絡負荷提升至某個閾值，可快速自動開啟射頻通道。

如圖2，當64T64R的5G站點業務量較低時，可關閉32個通道，在滿足業務需求的同時，也可節省無效功耗。通過實驗分析及現場驗證測試發現通道關斷技術應用在低業務場景下可節電15%。

2.3 基站下行功率優化

非邊緣用戶不存在功率受限的問題，基站將根據無線信道質量或及業務需求自適應調整下行發射功率，既保證用戶感知，也減小基站功耗。

圖1：符號關斷技術方案示意圖

圖2：通道關斷技術方案示意圖

圖3：深度休眠技術方案示意圖

圖4：載波關斷示意圖

圖5：宏站C-RAN改造示意圖

基站下行功率優化分為靜態控制和動態控制。靜態功控根據各個信道或信號的覆蓋能力，通過功率偏置參數配置調整發射功率；動態功控根據各個信道或信號的實際傳輸情況和UE反饋信息，自適應地調整發射功率。目前PDCCH信道動態功控是基于其BLER（Block Error Rate）目標值自適應地調整PDCCH的發射功率，PDSCH信道動態功控是基于PDSCH的調度MCS（Modulation and Coding Scheme）或者調度后的剩余功率自適應地調整用戶發射功率譜密度。

2.4 深度休眠

因5G網絡尚處于建網初期，5G終端占比低，5G業務分流能力待提升。4G網絡仍作為無線業務主力承載網，網絡覆蓋、容量、質量都有保證。將部分5G用戶遷移到4G網絡，并讓5G網絡設備進入深度休眠以降低功耗。

深度休眠指的是關閉AAU的功率放大器、絕大部分射頻及數字電路，僅保留最基本的數字接口電路。有業務時，直接將AAU恢復至正常狀態。也可下發定時任務完成5G無線設備深度休眠的開啟和關停動作。通過實驗分析及現場驗證測試發現深度休眠技術預計可將5G網絡設備能耗降低50%左右。

2.5 載波關斷

多層網同覆蓋可保證無線網絡容量，若同扇區某個載波負荷下降，在不影響客戶感知的同時減容若干載波，以降低無線設備功耗。

多層網的低頻段小區作為基礎覆蓋層，而高頻段小區作為容量層，提升系統容量。當覆蓋區域內負荷下降到較低水平時，將同扇區容量小區的用戶遷移至基礎覆蓋小區，并關斷相應的容量小區載波，達到節能減排的效果。如圖4所示。

3 網絡級節電技術

在5G網絡建設中，通過C-RAN組網將BBU、SPN等設備集中可以有效降低網絡建設和運行維護的成本。

3.1 C-RAN組網改造方案

在5G宏站建設時通過C-ran組網，將各類小機房規整為大機房，實現無線網、傳輸網等設備的集中供電，可減少機房過多導致設備冗余度高而形成的無效功耗。而對于存量2G&4G的BBU，也參照同物理站點5G設備歸屬的C-RAN機房進行設備集中化改造，最大化C-RAN機房組網優勢，更進一步實現節能減排。

3.2 C-RAN分場景部署要求

在城區、縣城區域，當機房和傳輸線路均具備條件時，原則上應采用C-RAN組網，集中度以5-15個基站為宜，以節約建設和運維成本。受客觀因素影響，可采用D-RAN組網。

在鄉鎮、農村區域，因基站較為分散，一般采用D-RAN組網，除個別熱點區域有條件較好的自有機房，且能夠滿足5個以上基站集中外。

在高校、大型園區、醫院等場景，因業務量大且基站分布密集、光纜路由條件較好等，原則上該區域的245G站點采用C-RAN組網，節省機房及相應的傳輸設備。

在高鐵、高速公路、地鐵等交通沿線場景，因基站基本為鏈狀分布，應采用C-RAN組網，綜合考慮站間距、光纖拉遠距離與傳輸投資的關系、覆蓋方式、網絡載波容量需求、設備處理能力、網絡安全性等因素，合理設置基站集中度。

4 結束語

在無線通信網絡中，結合實際業務量情況，通過符號關斷、通道關斷、下行功控、基站深度休眠、載波關斷、C-RAN組網等技術可以在保證用戶上網感知體驗的同時降低無線設備無效功耗，實現網絡的降本增效。