5G基站节能减排的应用

谢慧芝 郭昊

（1.井冈山大学电信学院 江西省吉安市 343000）

（2.中国移动通信集团江西有限公司吉安分公司无线中心 江西省吉安市 343000）

1 引言

为响应国家战略，5G网络已开始大规模建设。5G网络的高带宽、低时延、大连接等特性及大规模MIMO技术应用，势必导致5G无线基站的能耗高于以往的234G网络无线基站。目前5G单站额定功耗约为3800W、是现有4G基站耗电量的3倍多，高额的用电成本给运营商带来巨大挑战。

2 基站级节电技术

无线网络业务量与手机用户作息时间强相关，在全天各时段分布存在忙闲的差异性，如何在无线网络业务较低时进行能耗降低是节能技术的关键。站点级节能技术主要根据无线业务的忙闲、无线网络负载的高低、无线网络资源配置的多少来分析判决的可关闭的无线网络资源。

2.1 符号关断

在无线基站设备中，功率放大器（PA）的能耗最多，即使没有输出信号时，功率放大器也会产生静态能耗。符号关断是一种时域节能技术，指的是无线基站实时检测下行符号的数据传送情况，若无数据传送则在本周期内关闭功率放大器，以降低静态功耗；当检测到有数据调度时，会重新启动射频模块的功率放大器，以确保数据传输的完整性。符号关断或开启的时间粒度为微秒级。通过实验分析及现场验证测试发现符号关断技术应用在低业务场景下可节电10%左右。

2.2 通道关断

以中国移动5G网络设备为例，现阶段主要采用2.6GHz的64T64R/32T32R的AAU (Active Antenna Unit)宏基站设备做5G连续覆盖。无线设备通道数越多，对应的无线业务承载能力越强，也意味着更高的功耗。

当某区域无线网络负荷较低时，且明显低于无线网络承载能力，此时射频模块的所有发射通道若仍处于工作状态，会产生不必要的能耗。通道关闭技术是一种空域节能技术，指的是无线基站关闭（或休眠）部分发射通道，以降低射频模块功耗。一旦无线网络负荷提升至某个阈值，可快速自动开启射频通道。

如图2，当64T64R的5G站点业务量较低时，可关闭32个通道，在满足业务需求的同时，也可节省无效功耗。通过实验分析及现场验证测试发现通道关断技术应用在低业务场景下可节电15%。

2.3 基站下行功率优化

非边缘用户不存在功率受限的问题，基站将根据无线信道质量或及业务需求自适应调整下行发射功率，既保证用户感知，也减小基站功耗。

图1：符号关断技术方案示意图

图2：通道关断技术方案示意图

图3：深度休眠技术方案示意图

图4：载波关断示意图

图5：宏站C-RAN改造示意图

基站下行功率优化分为静态控制和动态控制。静态功控根据各个信道或信号的覆盖能力，通过功率偏置参数配置调整发射功率；动态功控根据各个信道或信号的实际传输情况和UE反馈信息，自适应地调整发射功率。目前PDCCH信道动态功控是基于其BLER（Block Error Rate）目标值自适应地调整PDCCH的发射功率，PDSCH信道动态功控是基于PDSCH的调度MCS（Modulation and Coding Scheme）或者调度后的剩余功率自适应地调整用户发射功率谱密度。

2.4 深度休眠

因5G网络尚处于建网初期，5G终端占比低，5G业务分流能力待提升。4G网络仍作为无线业务主力承载网，网络覆盖、容量、质量都有保证。将部分5G用户迁移到4G网络，并让5G网络设备进入深度休眠以降低功耗。

深度休眠指的是关闭AAU的功率放大器、绝大部分射频及数字电路，仅保留最基本的数字接口电路。有业务时，直接将AAU恢复至正常状态。也可下发定时任务完成5G无线设备深度休眠的开启和关停动作。通过实验分析及现场验证测试发现深度休眠技术预计可将5G网络设备能耗降低50%左右。

2.5 载波关断

多层网同覆盖可保证无线网络容量，若同扇区某个载波负荷下降，在不影响客户感知的同时减容若干载波，以降低无线设备功耗。

多层网的低频段小区作为基础覆盖层，而高频段小区作为容量层，提升系统容量。当覆盖区域内负荷下降到较低水平时，将同扇区容量小区的用户迁移至基础覆盖小区，并关断相应的容量小区载波，达到节能减排的效果。如图4所示。

3 网络级节电技术

在5G网络建设中，通过C-RAN组网将BBU、SPN等设备集中可以有效降低网络建设和运行维护的成本。

3.1 C-RAN组网改造方案

在5G宏站建设时通过C-ran组网，将各类小机房规整为大机房，实现无线网、传输网等设备的集中供电，可减少机房过多导致设备冗余度高而形成的无效功耗。而对于存量2G&4G的BBU，也参照同物理站点5G设备归属的C-RAN机房进行设备集中化改造，最大化C-RAN机房组网优势，更进一步实现节能减排。

3.2 C-RAN分场景部署要求

在城区、县城区域，当机房和传输线路均具备条件时，原则上应采用C-RAN组网，集中度以5-15个基站为宜，以节约建设和运维成本。受客观因素影响，可采用D-RAN组网。

在乡镇、农村区域，因基站较为分散，一般采用D-RAN组网，除个别热点区域有条件较好的自有机房，且能够满足5个以上基站集中外。

在高校、大型园区、医院等场景，因业务量大且基站分布密集、光缆路由条件较好等，原则上该区域的245G站点采用C-RAN组网，节省机房及相应的传输设备。

在高铁、高速公路、地铁等交通沿线场景，因基站基本为链状分布，应采用C-RAN组网，综合考虑站间距、光纤拉远距离与传输投资的关系、覆盖方式、网络载波容量需求、设备处理能力、网络安全性等因素，合理设置基站集中度。

4 结束语

在无线通信网络中，结合实际业务量情况，通过符号关断、通道关断、下行功控、基站深度休眠、载波关断、C-RAN组网等技术可以在保证用户上网感知体验的同时降低无线设备无效功耗，实现网络的降本增效。