5G基站節能降耗策略應用研究

滕建軍

（中國電信股份有限公司 廣西分公司，廣西 南寧 530000）

1 5G能耗分析

目前5G基站的能耗主要集中在基站主設備部分，對于普遍使用的基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）、有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）以及射頻拉遠單元（Radio Remote Unit，RRU）架構，AAU/RRU設備的功耗遠高于BBU，單站超過90%的能耗來自AAU/RRU[1]。5G在網主設備空載功耗單扇區為300～600 W，滿載功耗為900～1 200 W[2]。在同等配置的情況下，5G BBU的功耗基本與4G BBU相同。

2 5G能耗節電策略分析

2.1 軟件節能策略

軟件節能策略主要應用在AAU/RRU側，AAU/RRU側的功耗包含靜態功耗與動態功耗兩部分。靜態功耗取決于設備的硬件性能，與業務負荷無關；動態功耗則隨業務負荷波動而變化，業務負荷越高，功耗越大。結合無線業務忙閑分布情況，在AAU/RRU閑時合理關閉部分器件，降低設備動態功耗，實現節能的目的。目前，軟件節能技術有符號關斷、通道關斷、載波關斷以及深度休眠等[3]。

（1）符號關斷。在實際通信過程中，AAU/RRU不是任何時候都處于最大流量的狀態。當AAU檢測到部分下行符號發送時刻沒有數據發送時，關閉功率放大器（Power Amplifier，PA）電源開關；在有數據調度的符號周期內，打開PA電源開關。通過功放的不連續發射，可以在不影響業務傳輸的情況下降低AAU/RRU功耗。采用符號關斷的節能比例約為20%，喚醒周期為毫秒級[4]。

（2）通道關斷。通道關斷適用于多通道AAU設備，基于業務量的變化適時休眠部分通道射頻單元及功放，達到節能的效果。通道關斷后，由于AAU射頻通道數減少、發射功率降低，因此空間分集增益減少，基站的覆蓋能力及容量將受到一定影響。為了保障網絡性能，通道關閉時需要提高控制信道的發射功率，同時保持上行接收通道處于開啟狀態，避免影響終端的接入。由于通道關斷的關閉通道數相對固定，因此在網絡負載很小的情況下節能效果不如符號關斷明顯。采用通道關斷的節能比例約為15%，喚醒周期為秒級。

（3）載波關斷。通過判斷載波的覆蓋情況和容量狀態，識別出容量層低業務載波，并對該載波進行關斷，以實現節能的目的。在容量層載波關斷前，還需要將用戶遷移至覆蓋層載波并建立網絡連接，避免影響覆蓋區域內用戶的業務接續。采用載波關斷的節能比例約為30%，喚醒周期為30 s[5]。

（4）深度休眠。在AAU/RRU零負載時，休眠AAU/RRU并關閉盡量多的元器件以達到降低能耗的目的。由于深度休眠后對AAU/RRU業務無法進行監測，因此需要定期關注同覆蓋4G小區流量，判斷5G業務發展及用戶增長情況，制定合理休眠時間。深度休眠易造成5G網絡覆蓋空洞，弱覆蓋區域增多，需謹慎使用。采用深度休眠的節能比例約為55%，喚醒周期為分鐘級[6]。

2.2 硬件節能策略

在AAU/RRU的節能方面，可以通過部署智能開關實現設備精細化節能管控。智能開關接收遠程控制指令，實現定時關斷AAU/RRU或遠程關斷AAU/RRU，從而達到節能降耗的目的[7]。其功能與深度休眠類似，但應選擇在用戶使用率極低的時段實施，例如商城停業時段等。采用硬件智能關斷時需要新購智能開關及配套平臺，其工作原理及試點安裝如圖1所示。

圖1 智能開關應用

此外，在BBU的部署方面可采用集中部署、BBU專用機柜應用等策略，提高設備利用率，節約機房使用空間。采用BBU節能機柜，通過冷熱隔離精準送風/排風，可以有效解決局部熱島效應，降低BBU整體能耗。經過測試，采用BBU節能機柜，BBU整體功耗可降低12%左右。

2.3 應用效果

根據各節能措施的特點，選取現網超過500個5G小區進行節能應用測試，00:00—06:59時段采用深度休眠，07:00—23:00時段采用符號關斷和通道關斷。測試結果如表1所示。

表1 5G基站軟件節能應用測試結果

從測試結果來看，開啟軟件節能后的節能效果明顯。在軟件節能應用的基礎上增加硬件節能措施，00:00—06:59時段采用智能開關關斷方式，具體測試結果如表2所示。

表2 5G基站軟件+硬件節能測試結果

除此之外，采用5G BBU專用機柜安裝BBU也能有效降低能耗。對5G BBU專用機柜和傳統網絡機柜的進出風口溫度進行測試，兩者在溫度上差異較大，具體數據如表3所示。

表3 BBU進出風口溫度變化（單位：℃）

從測試結果來看，相比傳統模式機柜，采用5G BBU專用機柜后，進風口和出風口溫度相對傳統機柜均有明顯下降且差值較大，降溫效果顯著[8-10]。

3 5G能耗節電策略應用建議

為了制定精準的節能措施，需充分考慮網絡現狀及用戶行為，在對網絡性能及用戶體驗影響最小的前提下，最大限度降低設備能耗。通過對一定數量（＞5 000個）的5G基站進行負載指標跟蹤，得出下行物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）零小區時間分布及低流量小區數量變化。根據統計分析，現階段5G基站負載在時間上存在明顯的潮汐效應，呈現出忙閑不均的特征。綜合各節能措施優劣及測試情況，各類節能策略的應用建議如表4所示。

表4 5G基站節能策略

4 結 論

基于5G基站設備特點，重點分析AAU/RRU側的軟件節能和硬件節能策略及其應用場景。結合現網測試數據，對各類節能策略的應用場景提出有效的建議，并結合BBU部署、管理精細化等手段從多個角度降低5G基站設備總體能耗，節約5G網絡運營成本，促進5G通信行業實現綠色低碳、可持續發展。