智能MIMO技术提升4G网络效益的应用研究

［］

1 背景

随着4G网络大规模部署，通信网络能耗也快速增长，能源费占付现成本的比例越来越高，节能降耗成为网络降本增效的有效途径之一。而传统的设备节能重点放在对基站的蓄电池、空调等配套设备的更新换代上，而随着配套设备的节能措施不断更新和完善，环境用电节能可发掘的空间变得越来越有限。而4G时代，3GPP在协议TS 36.300中明确指出了基站需要支持节能技术，如何创新举措针对不同业务场景实现4G基站节能显得更具价值。通过智能通道关断技术，DTX技术的基本原理、应用场景、实施效果等内容进行分析研究，实现低负载时关断MIMO功能，降低射频功耗，既能达到保证网络覆盖、速率感知的目的，又能达到降本增效的目的，提升4G网络运营效率。同时综合考虑流量负荷和服务质量感知，探索方案适用场景。

2 智能MIMO技术方案

根据对3GPP TS 36.300协议研究和厂家设备方案支持情况，对4G基站节能技术的基本原理、处理流程、关键参数配置进行研究，考虑SON控制实现及实际应用可行性，主要对通道智能关断和载波智能关断方案进行研究，而在现网实际实施时，载波关断主要是根据时间段及流量来关断高频点小区，从而节省高频点小区的RRU静态功耗，主要是适用于高容量的多频组网场景。

因此，本文主要创新实施应用智能MIMO关断技术，动态的实现根据流量负荷配置单、双通道传输，进而动态降低功耗，保证了低流量场景下的覆盖需求，及时恢复双通道，能够及时保证流量和容量需求，节约了射频能耗，解决了低流量、低负荷4G基站功率浪费的问题。针对不同的网络负荷场景，制定基站的节能策略来实施管理，实现有效的节能。

2.1 动态启用单、双通道

当小区负荷低于某门限时，关断一个天线通道，仅剩下单通道覆盖，此时可以节省一个功放的静态功耗，约为40W或30W左右。如图1所示，在2x2 MIMO模式下，满足时段、门限、用户负荷条件后，小区的1路Tx被关断，小区继续在SIMO模式下工作。

图1 动态启用单、双通道

关键流程如图2所示，以中兴设备为例，其他厂商设备类似。当OMC同步ES策略信息到节能小区所在的eNodeB。配置节能开关为开启，此时eNodeB开启ES功能；当ES策略配置的节能开始时间到达后，与OMC进行断点交互或监控上报。当ES运行模式为受控模式，且ES策略中配置该参考点为断点，则执行断点交互，否则只上报监控无断点交互。当ES运行模式为自由模式，且监控上报开关打开，则只上报监控无断点交互。当ES运行模式为受控模式，用户确认进行节能或ES运行模式为自由模式，开始进行节能判决。若连续两次检查到节能小区中用户数为0，节能小区用户数满足通道关断条件，进行通道关断。成功关断通道后，向OMC上报监控，在网管上呈现节能小区已经进入节能状态。否则，根据策略配置，周期性重复进行节能判决。

2.2 及时恢复双通道传输

为了达到不影响业务的目的，基站进入节能状态后，当流量、用户负荷变高，需要及时恢复双通道传输。需要根据PRB利用率、PRB占用数、用户数等变化情况进行判断，制定恢复策略，关键流程如图3所示，若节能小区处于通道关断状态，当节能小区中下行负荷高于配置门限或者处于RRC连接态的UE数目超过配置门限，需要打开关断的通道，若在策略配置的时间t2内，打开通道失败，则再等时间重复打开；若成功打开通道以后，向OMC上报监控，在网管上呈现节能小区已经退出节能状态。

图2 通道关断节能开启流程示意图

图3 及时恢复双通道流程

2.3 应用场景

根据网络负荷分布场景，在农村区域和夜间室分楼宇区域，网络处于业务量低的状态或者小区中没有用户时，网络资源利用率低，此时可以实施通道关断，通过减少发射天线数来达到节能的目的。实现低流量场景、潮汐效应场景下节约功耗。

实际工作中，根据维护规程，可进一步根据基站分等分级维护实施基站节能技术，提高网络维护效率和网络效益。

3 应用分析

3.1 实测验证

考虑环境用电对结果准确性的影响，排除空调、开关电源等配套设备的功耗影响，选取具备双通道的室外滴灌站点6处，节能时段选定夜间0：00至6：00时自动执行实施，流量负荷按照30%恢复，以本次实施通道关断节能模式的铜山伊庄卢套站点(241738)为例，如图4所示，该站点为2T2R配置，且该站点接入用户较少，具备实施验证的条件。

到达节能模板设置的节能时间后通过节能监控来查看是否进行节能模式，如图5所示。

通过节能监控中的信息可以查看节能站点的小区是否进入节能状态，在详细信息中可以查看对应的站号及小区号。

图4 节能基站实施条件

图5 节能小区进入节能模式

如果在节能监控中已经确认小区进入节能模式，则通过诊断测试中进行RRU功率检测。(如图6所示)

在启动节能功能之前RRU功率情况如下：（如图7所示）

在启动节能功能之后RRU功率情况如下：ANT4端口被关闭。（如图8所示）

3.2 节能效果

经过一个月的运行观察，实施智能通道关断技术节能效果可达25%以上，随着话务量的增加，节能效果最高可达30%。从图9中的实际电表读数可以更直观地看出节电度数，实施节能技术，每天数据流量变化平稳正常。

按照单滴灌站点年正常耗电25*365=9125度计算，单站点设备可节点2281度，折合电费约2000元/年。全网若对1000个基站实施应用，年均即可节约成本200万元。

图6 发射功率检测

图7 节能前发射功率

图8 节能后发射功率

实际上，当网络负荷较低，还可扩大时间范围，若仍按照业务负荷在30%以下，启用智能通道关断节能策略，单个RRU按15小时负荷低于30%计算，日平均节能0.8度，若1000个基站扩大节能时间范围，全年可再节约77万元。

4 总结

智能MIMO关断技术的应用，易于实施，无需资金投入，无需增加额外的节能设备即可实施，且在性能上达到满足覆盖、速率、容量的要求，达到了降本增效的目的。节能功能的开启对网络KPI可能会有影响，例如进入节能状态，要将节能小区中的终端切换到基本覆盖小区，可能会影响切换成功率，同时有可能影响一定的峰值速率感知。但总体上，达到了降低基站能耗，提高网络运营效益的目的。

图9 智能MIMO节能实施后实测数据

智能MIMO技术方案节能效果显著，单个站点设备可节点2281度/年，折合电费约2000元/年。1000个基站实施应用，年均可节约成本200万元。本方案主要集中在智能通道关断技术应用，实际应用中，还可根据基站流量实际情况，可采取智能OFDM符号关断技术、载波关断、基站关断等方式进行。本方案可适用于农村低流量、夜间室分楼宇以及具有明显潮汐效应的场景。随着800M等低频段设备规模应用，该方案将应用更广泛，有效的降低运营成本。