謝慧芝 郭昊
(1.井岡山大學(xué)電信學(xué)院 江西省吉安市 343000)
(2.中國移動通信集團(tuán)江西有限公司吉安分公司無線中心 江西省吉安市 343000)
為響應(yīng)國家戰(zhàn)略,5G網(wǎng)絡(luò)已開始大規(guī)模建設(shè)。5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時(shí)延、大連接等特性及大規(guī)模MIMO技術(shù)應(yīng)用,勢必導(dǎo)致5G無線基站的能耗高于以往的234G網(wǎng)絡(luò)無線基站。目前5G單站額定功耗約為3800W、是現(xiàn)有4G基站耗電量的3倍多,高額的用電成本給運(yùn)營商帶來巨大挑戰(zhàn)。
無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量與手機(jī)用戶作息時(shí)間強(qiáng)相關(guān),在全天各時(shí)段分布存在忙閑的差異性,如何在無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)較低時(shí)進(jìn)行能耗降低是節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵。站點(diǎn)級節(jié)能技術(shù)主要根據(jù)無線業(yè)務(wù)的忙閑、無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的高低、無線網(wǎng)絡(luò)資源配置的多少來分析判決的可關(guān)閉的無線網(wǎng)絡(luò)資源。
在無線基站設(shè)備中,功率放大器(PA)的能耗最多,即使沒有輸出信號時(shí),功率放大器也會產(chǎn)生靜態(tài)能耗。符號關(guān)斷是一種時(shí)域節(jié)能技術(shù),指的是無線基站實(shí)時(shí)檢測下行符號的數(shù)據(jù)傳送情況,若無數(shù)據(jù)傳送則在本周期內(nèi)關(guān)閉功率放大器,以降低靜態(tài)功耗;當(dāng)檢測到有數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí),會重新啟動射頻模塊的功率放大器,以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。符號關(guān)斷或開啟的時(shí)間粒度為微秒級。通過實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場驗(yàn)證測試發(fā)現(xiàn)符號關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用在低業(yè)務(wù)場景下可節(jié)電10%左右。
以中國移動5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為例,現(xiàn)階段主要采用2.6GHz的64T64R/32T32R的AAU (Active Antenna Unit)宏基站設(shè)備做5G連續(xù)覆蓋。無線設(shè)備通道數(shù)越多,對應(yīng)的無線業(yè)務(wù)承載能力越強(qiáng),也意味著更高的功耗。
當(dāng)某區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較低時(shí),且明顯低于無線網(wǎng)絡(luò)承載能力,此時(shí)射頻模塊的所有發(fā)射通道若仍處于工作狀態(tài),會產(chǎn)生不必要的能耗。通道關(guān)閉技術(shù)是一種空域節(jié)能技術(shù),指的是無線基站關(guān)閉(或休眠)部分發(fā)射通道,以降低射頻模塊功耗。一旦無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷提升至某個(gè)閾值,可快速自動開啟射頻通道。
如圖2,當(dāng)64T64R的5G站點(diǎn)業(yè)務(wù)量較低時(shí),可關(guān)閉32個(gè)通道,在滿足業(yè)務(wù)需求的同時(shí),也可節(jié)省無效功耗。通過實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場驗(yàn)證測試發(fā)現(xiàn)通道關(guān)斷技術(shù)應(yīng)用在低業(yè)務(wù)場景下可節(jié)電15%。
非邊緣用戶不存在功率受限的問題,基站將根據(jù)無線信道質(zhì)量或及業(yè)務(wù)需求自適應(yīng)調(diào)整下行發(fā)射功率,既保證用戶感知,也減小基站功耗。
圖1:符號關(guān)斷技術(shù)方案示意圖
圖2:通道關(guān)斷技術(shù)方案示意圖
圖3:深度休眠技術(shù)方案示意圖
圖4:載波關(guān)斷示意圖
圖5:宏站C-RAN改造示意圖
基站下行功率優(yōu)化分為靜態(tài)控制和動態(tài)控制。靜態(tài)功控根據(jù)各個(gè)信道或信號的覆蓋能力,通過功率偏置參數(shù)配置調(diào)整發(fā)射功率;動態(tài)功控根據(jù)各個(gè)信道或信號的實(shí)際傳輸情況和UE反饋信息,自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)射功率。目前PDCCH信道動態(tài)功控是基于其BLER(Block Error Rate)目標(biāo)值自適應(yīng)地調(diào)整PDCCH的發(fā)射功率,PDSCH信道動態(tài)功控是基于PDSCH的調(diào)度MCS(Modulation and Coding Scheme)或者調(diào)度后的剩余功率自適應(yīng)地調(diào)整用戶發(fā)射功率譜密度。
因5G網(wǎng)絡(luò)尚處于建網(wǎng)初期,5G終端占比低,5G業(yè)務(wù)分流能力待提升。4G網(wǎng)絡(luò)仍作為無線業(yè)務(wù)主力承載網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量都有保證。將部分5G用戶遷移到4G網(wǎng)絡(luò),并讓5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)入深度休眠以降低功耗。
深度休眠指的是關(guān)閉AAU的功率放大器、絕大部分射頻及數(shù)字電路,僅保留最基本的數(shù)字接口電路。有業(yè)務(wù)時(shí),直接將AAU恢復(fù)至正常狀態(tài)。也可下發(fā)定時(shí)任務(wù)完成5G無線設(shè)備深度休眠的開啟和關(guān)停動作。通過實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場驗(yàn)證測試發(fā)現(xiàn)深度休眠技術(shù)預(yù)計(jì)可將5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗降低50%左右。
多層網(wǎng)同覆蓋可保證無線網(wǎng)絡(luò)容量,若同扇區(qū)某個(gè)載波負(fù)荷下降,在不影響客戶感知的同時(shí)減容若干載波,以降低無線設(shè)備功耗。
多層網(wǎng)的低頻段小區(qū)作為基礎(chǔ)覆蓋層,而高頻段小區(qū)作為容量層,提升系統(tǒng)容量。當(dāng)覆蓋區(qū)域內(nèi)負(fù)荷下降到較低水平時(shí),將同扇區(qū)容量小區(qū)的用戶遷移至基礎(chǔ)覆蓋小區(qū),并關(guān)斷相應(yīng)的容量小區(qū)載波,達(dá)到節(jié)能減排的效果。如圖4所示。
在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,通過C-RAN組網(wǎng)將BBU、SPN等設(shè)備集中可以有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的成本。
在5G宏站建設(shè)時(shí)通過C-ran組網(wǎng),將各類小機(jī)房規(guī)整為大機(jī)房,實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等設(shè)備的集中供電,可減少機(jī)房過多導(dǎo)致設(shè)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(diǎn)5G設(shè)備歸屬的C-RAN機(jī)房進(jìn)行設(shè)備集中化改造,最大化C-RAN機(jī)房組網(wǎng)優(yōu)勢,更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
在城區(qū)、縣城區(qū)域,當(dāng)機(jī)房和傳輸線路均具備條件時(shí),原則上應(yīng)采用C-RAN組網(wǎng),集中度以5-15個(gè)基站為宜,以節(jié)約建設(shè)和運(yùn)維成本。受客觀因素影響,可采用D-RAN組網(wǎng)。
在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村區(qū)域,因基站較為分散,一般采用D-RAN組網(wǎng),除個(gè)別熱點(diǎn)區(qū)域有條件較好的自有機(jī)房,且能夠滿足5個(gè)以上基站集中外。
在高校、大型園區(qū)、醫(yī)院等場景,因業(yè)務(wù)量大且基站分布密集、光纜路由條件較好等,原則上該區(qū)域的245G站點(diǎn)采用C-RAN組網(wǎng),節(jié)省機(jī)房及相應(yīng)的傳輸設(shè)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(yīng)采用C-RAN組網(wǎng),綜合考慮站間距、光纖拉遠(yuǎn)距離與傳輸投資的關(guān)系、覆蓋方式、網(wǎng)絡(luò)載波容量需求、設(shè)備處理能力、網(wǎng)絡(luò)安全性等因素,合理設(shè)置基站集中度。
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中,結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)量情況,通過符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、下行功控、基站深度休眠、載波關(guān)斷、C-RAN組網(wǎng)等技術(shù)可以在保證用戶上網(wǎng)感知體驗(yàn)的同時(shí)降低無線設(shè)備無效功耗,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的降本增效。