探究5G移动通信网络基于能效的资源管理

蒙天双

（中国移动通信集团广西有限公司 荔浦分公司，广西 桂林 546600）

0 引 言

能源消耗问题在5G移动通信网络建设的过程中是一个非常关键的问题。目前，在建设过程中能源的消耗非常大，所以要通过具体的措施对能源消耗进行优化管理，促进5G移动通信网络发展的同时贯彻可持续发展战略。本文通过阐述5G移动通信网络的发展过程，提出了具体的措施。

1 什么是5G移动通信技术

5G移动通信技术就是第五代宽带移动通信技术，它能够将人、机、物三者联系起来，最突出的特点就是其网络速度。据可靠测试，其最高传输网速每秒钟能够达到数百兆，是4G网络的数百倍，这将给用户带来更加良好的数据使用体验，能够极大地满足用户对网络质量的要求。从5G的信号频率波段来看，主要是高频段，所以在进行信号传输过程中将会造成大量能源的损耗。同时，5G网络的全覆盖需要波束聚合和大规模MIMO等关键技术在信号传递和放大等过程中发挥作用。

波束聚合技术能够将毫米波集中，进一步放大信号，但在研究中发现它的绕射和衍射能力较低，导致在实际的5G网络测试中信号传输的距离较短。大规模MIMO能够有效地解决这个问题，进一步扩大延长天线传输的信号，使其能够辐射到更远的地方[1]。

2 4G、5G无线通信网设备的特点对比

网络信号是无线通信网基站发射产生的，5G无线通信网基站更加复杂。在无线通信网设备方面，建设4G无线通信网基站需要1台基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）和3台射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）作为主要的无线通信网发射信号器。但是随着5G网络的面世，5G网络对无线通信网发射信号的要求更高，需要1台集中式单元（Centralized Unit，CU）/分布式单元（Distributed Unit，DU）和3台64T64R有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）。

在能耗方面，经过测试发现，设备在4G无线通信网下工作会产生1.3 kW左右的能耗，但是设备在5G无线通信网下工作则会产生4.8 kW左右的能耗。在设备的体积方面，相比于4G无线通信网产生射频拉远单元的设备RRU而言，5G无线通信网中的AAU设备具有更大的体积，重量也更重。在天面安装方面，RRU+天线的模式在4G无线通信网设备的天面安装中发挥着重要的作用，另外4G无线通信网的天线无需重新安装，可以与之前3G网络的天线共用，这样就降低了重新安装天线的成本，只需要安装4G无线通信网RRU设备的天面空间，便可以工作产生4G信号。而产生5G信号的设备则是需要AAU设备兼具天线的功能，而且AAU设备需要与其他物体隔开，在单独的空间安装天面空间，安装程序更加复杂。可见，5G无线通信网在所需设备、设备能耗、设备体积以及天面安装方面都要比4G无线通信网更加复杂，在后续工作中尤其需要对设备的能耗方面做进一步的优化[2]。

3 5G移动通信网络能耗进行优化管理的目的

在5G移动通信网络覆盖的过程中，有相关部门对全世界的能耗项目进行了统计，其中移动通信行业的能耗占全世界所有项目建设总能耗的3%以上，因此需要采取措施对5G移动通信网络进行优化管理。

4 5G移动通信网络能耗优化管理的具体措施

4.1 将同厂家设备串联使用

根据机房空间站点的不同特点，采取不同的设备使用情况。对于被机房空间影响着的站点，应该将同厂家的设备串联起来共同使用，如4G无线通信网的天线可以继续使用原有3G无线通信网的天线，因此可以将3G和4G的BBU合并使用。4G的BBU与5G的CU/DU在功能上都是相同的，因此也可以合并使用。对于一些按照多模RRU模式进行建造的站点，可以将多模RRU建设模式大面积应用在5G移动通信网络建设的过程中，大面积减少天面空间资源的浪费。这种方法对于减少能耗方面的好处是显而易见的，缺点就是在整个5G移动通信网络串联系统中但凡有一个环节出现了问题，就会导致整个系统瘫痪。因此需要谨慎，做好完善的准备工作后使用，并且要时常进行设备维护，保证设备正常工作。华为TD-LTE规模试验网无线产品如图1所示。

图1 华为TD-LTE

4.2 采取合适的资源管理技术

资源管理技术是通过改变网络的性能来进行资源管理，但是其并不改变任何物理设备。网络接入选择是资源管理技术中的重要一个部分，当新用户首次将设备连接网络或者用户因为网络状况不佳断开连接后重新连接进网络时，要经过网络接入选择为用户选择网络性能好的网络进行接入，同时需要优化网络的整体性能，给用户带来更加舒服的网络体验[4]。具体的网络接入选择的方法有以下3点，一是根据以往的经验选择网络，二是运用数学方法选择网络，三是通过用户的网络使用习惯进行对比给用户连接到最适的网络等。在5G的使用中，用户也不必过于追求较快的网速，在一些地方4G的网速就足够使用，选择合适的网络使用，既能满足用户的使用需求，又能降低能源的消耗[3]。

4.3 将2G、3G、4G天线合并使用

一些地区网络信号基站的天面无法进行改造，可以将原有的2G、3G、4G天线合并使用，给5G基站的建设留下足够的空间。但是天线合并的使用会导致原有的天线系统不能兼容支持2G、3G、4G网络，给网络的优化带来困难[5]。5G和4G天线系统对比如图2所示。因此，2G、3G、4G天线合并使用时，需要经常对网络进行优化处理，满足不同用户的用网需求[6]。

图2 5G和4G天线系统对比

4.4 未来网络D2D的发展架构设想

5G通信计划是在5G网络面世后提出的5G网络使用计划。首先是5G异构网络，但是由于用户使用的设备不同导致兼容性也不同，用户在不同情境下使用网络的需求、各种无线设备的接入使用等影响因素都会给5G异构网络的构建带来挑战[7]。5G异构网络的出现会使D2D通信在资源的分配方面失去平衡，因此需要设计出一个很好的控制器对网络进行集中的管理和网络接入的优化。同时，大规模D2D设备在5G网络建设中使用，有可能会导致工业自动化网络在使用中崩溃，所以需要后续利用SDN/NFV技术进行资源的调度，合理分配资源[8]。D2D和非D2D对比如图3所示。

图3 D2D和非D2D对比图

4.5 采用功率控制技术

无线电磁波在介质中的传播过程中会产生信号，这就是无线通信网产生网络信号的理论基础，如图4所示。在这一过程中，需要对功率进行控制，包括开环功率、反向功率、闭环功率、外环功率以及前向功率等[9]。开环功率是无限电磁波的发射功率，对其进行控制就是要将功率控制在较小的范围内，这样能够保证移动通信设备的信号强度。反向功率指的是移动设备的上行发射功率，对其进行控制能够有效地减少网络带来的延迟问题。闭环功率通信是指一方向另一方发送信号的发射功率，通过对其进行控制可以使网络质量有较高的精准度，但是会产生网络延迟，给用户带来不好的网络体验。外环功率控制指的是对接收机传输的误码率进行调整控制，以达到正确的传输目的，但是控制方式更为复杂。前向功率指的是基站的下行发射功率，对其进行控制能够有效避免出现信号干扰现象[10]。

图4 无线电磁波的传播原理

5 结 论

5G移动通信网络在未来必将覆盖全球，给用户带来更加良好的使用体验。但是目前由于5G的建设还在处于试验阶段，能源消耗方面十分巨大，所以需要从将同厂家设备串联使用、采取合适的资源管理技术、将2G、3G、4G天线合并使用、未来网络D2D的发展架构设想以及采用功率控制技术等方面出发，优化管理5G移动通信网络建设过程中的能源消耗，在发展科学技术的同时，也要贯彻落实可持续发展战略。