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(shè)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(yuǎn)單元（Radio Remote Unit，RRU）架構(gòu)，AAU/RRU設(shè)備的功耗遠(yuǎn)高于BBU，單站超過90%的能耗來自AAU/RRU[1]。5G在網(wǎng)主設(shè)備空載功耗單扇區(qū)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(jié)電策略分析

2.1 軟件節(jié)能策略

軟件節(jié)能策略主要應(yīng)用在AAU/RRU側(cè)，AAU/RRU側(cè)的功耗包含靜態(tài)功耗與動態(tài)功耗兩部分。靜態(tài)功耗取決于設(shè)備的硬件性能，與業(yè)務(wù)負(fù)荷無關(guān)；動態(tài)功耗則隨業(yè)務(wù)負(fù)荷波動而變化，業(yè)務(wù)負(fù)荷越高，功耗越大。結(jié)合無線業(yè)務(wù)忙閑分布情況，在AAU/RRU閑時合理關(guān)閉部分器件，降低設(shè)備動態(tài)功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。目前，軟件節(jié)能技術(shù)有符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、載波關(guān)斷以及深度休眠等[3]。

（1）符號關(guān)斷。在實(shí)際通信過程中，AAU/RRU不是任何時候都處于最大流量的狀態(tài)。當(dāng)AAU檢測到部分下行符號發(fā)送時刻沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，關(guān)閉功率放大器（Power Amplifier，PA）電源開關(guān)；在有數(shù)據(jù)調(diào)度的符號周期內(nèi)，打開PA電源開關(guān)。通過功放的不連續(xù)發(fā)射，可以在不影響業(yè)務(wù)傳輸?shù)那闆r下降低AAU/RRU功耗。采用符號關(guān)斷的節(jié)能比例約為20%，喚醒周期為毫秒級[4]。

（2）通道關(guān)斷。通道關(guān)斷適用于多通道AAU設(shè)備，基于業(yè)務(wù)量的變化適時休眠部分通道射頻單元及功放，達(dá)到節(jié)能的效果。通道關(guān)斷后，由于AAU射頻通道數(shù)減少、發(fā)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(wǎng)絡(luò)性能，通道關(guān)閉時需要提高控制信道的發(fā)射功率，同時保持上行接收通道處于開啟狀態(tài)，避免影響終端的接入。由于通道關(guān)斷的關(guān)閉通道數(shù)相對固定，因此在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很小的情況下節(jié)能效果不如符號關(guān)斷明顯。采用通道關(guān)斷的節(jié)能比例約為15%，喚醒周期為秒級。

（3）載波關(guān)斷。通過判斷載波的覆蓋情況和容量狀態(tài)，識別出容量層低業(yè)務(wù)載波，并對該載波進(jìn)行關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。在容量層載波關(guān)斷前，還需要將用戶遷移至覆蓋層載波并建立網(wǎng)絡(luò)連接，避免影響覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶的業(yè)務(wù)接續(xù)。采用載波關(guān)斷的節(jié)能比例約為30%，喚醒周期為30 s[5]。

（4）深度休眠。在AAU/RRU零負(fù)載時，休眠AAU/RRU并關(guān)閉盡量多的元器件以達(dá)到降低能耗的目的。由于深度休眠后對AAU/RRU業(yè)務(wù)無法進(jìn)行監(jiān)測，因此需要定期關(guān)注同覆蓋4G小區(qū)流量，判斷5G業(yè)務(wù)發(fā)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(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞，弱覆蓋區(qū)域增多，需謹(jǐn)慎使用。采用深度休眠的節(jié)能比例約為55%，喚醒周期為分鐘級[6]。

2.2 硬件節(jié)能策略

在AAU/RRU的節(jié)能方面，可以通過部署智能開關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備精細(xì)化節(jié)能管控。智能開關(guān)接收遠(yuǎn)程控制指令，實(shí)現(xiàn)定時關(guān)斷AAU/RRU或遠(yuǎn)程關(guān)斷AAU/RRU，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的[7]。其功能與深度休眠類似，但應(yīng)選擇在用戶使用率極低的時段實(shí)施，例如商城停業(yè)時段等。采用硬件智能關(guān)斷時需要新購智能開關(guān)及配套平臺，其工作原理及試點(diǎn)安裝如圖1所示。

圖1 智能開關(guān)應(yīng)用

此外，在BBU的部署方面可采用集中部署、BBU專用機(jī)柜應(yīng)用等策略，提高設(shè)備利用率，節(jié)約機(jī)房使用空間。采用BBU節(jié)能機(jī)柜，通過冷熱隔離精準(zhǔn)送風(fēng)/排風(fēng)，可以有效解決局部熱島效應(yīng)，降低BBU整體能耗。經(jīng)過測試，采用BBU節(jié)能機(jī)柜，BBU整體功耗可降低12%左右。

2.3 應(yīng)用效果

根據(jù)各節(jié)能措施的特點(diǎn)，選取現(xiàn)網(wǎng)超過500個5G小區(qū)進(jìn)行節(jié)能應(yīng)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(guān)斷和通道關(guān)斷。測試結(jié)果如表1所示。

表1 5G基站軟件節(jié)能應(yīng)用測試結(jié)果

從測試結(jié)果來看，開啟軟件節(jié)能后的節(jié)能效果明顯。在軟件節(jié)能應(yīng)用的基礎(chǔ)上增加硬件節(jié)能措施，00:00—06:59時段采用智能開關(guān)關(guān)斷方式，具體測試結(jié)果如表2所示。

表2 5G基站軟件+硬件節(jié)能測試結(jié)果

除此之外，采用5G BBU專用機(jī)柜安裝BBU也能有效降低能耗。對5G BBU專用機(jī)柜和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜的進(jìn)出風(fēng)口溫度進(jìn)行測試，兩者在溫度上差異較大，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 BBU進(jìn)出風(fēng)口溫度變化（單位：℃）

從測試結(jié)果來看，相比傳統(tǒng)模式機(jī)柜，采用5G BBU專用機(jī)柜后，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口溫度相對傳統(tǒng)機(jī)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(jié)電策略應(yīng)用建議

為了制定精準(zhǔn)的節(jié)能措施，需充分考慮網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及用戶行為，在對網(wǎng)絡(luò)性能及用戶體驗(yàn)影響最小的前提下，最大限度降低設(shè)備能耗。通過對一定數(shù)量（＞5 000個）的5G基站進(jìn)行負(fù)載指標(biāo)跟蹤，得出下行物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）零小區(qū)時間分布及低流量小區(qū)數(shù)量變化。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，現(xiàn)階段5G基站負(fù)載在時間上存在明顯的潮汐效應(yīng)，呈現(xiàn)出忙閑不均的特征。綜合各節(jié)能措施優(yōu)劣及測試情況，各類節(jié)能策略的應(yīng)用建議如表4所示。

表4 5G基站節(jié)能策略

4 結(jié) 論

基于5G基站設(shè)備特點(diǎn)，重點(diǎn)分析AAU/RRU側(cè)的軟件節(jié)能和硬件節(jié)能策略及其應(yīng)用場景。結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)，對各類節(jié)能策略的應(yīng)用場景提出有效的建議，并結(jié)合BBU部署、管理精細(xì)化等手段從多個角度降低5G基站設(shè)備總體能耗，節(jié)約5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本，促進(jìn)5G通信行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展。