基于5G移动网络的绿色通信技术探究

刘 欣

（西安欧亚学院，陕西 西安 710065）

5G是在第4代移动通信网络技术基础上开发的新技术，既解决了传统移动网络中速度慢、安全性低的问题，也促进了通信技术与信息技术的融合发展。但是，随着5G基站建设数量、用户增多，电源、基站、设备、链路等能耗有所增长。根据目前的基站功能实测结果看，5G基站比4G高出3～4倍，电费支持大于2万元/年。在新时期高质量发展阶段，电信企业结合生态文明思想、“双碳”目标等，普遍加强了对绿色通信技术的研发及推广应用，产生了较好的节能降耗效果。因而，有必要加强对绿色通信技术的研讨，为5G移动网络高质量建设与高水准运营赋能。下面先对5G绿色通信发展现状做出简要概述。

1 5G绿色通信应用现状

目前，在5G移动网络建设过程中主要采用大规模MIMO技术、新波形技术、RNA无线接入技术等，此类技术既有利于提高网络建设效率与应用效果，也会产生较大能耗。以RNA无线接入技术为例，能耗可以达到基站整体功率的40%～70%。电信企业为了实现节能降耗、控制运营成本、提高综合效益产出，在5G移动网络诸环节应用了不同类型的绿色通信技术。

例如：①在网络部署中，应用自组织网络技术；②在设备通信方面，配置D2D技术；③在网络架构中，选择超密集异构网络技术；④在网络传输方面，对开发内容分发网络通信技术加以应用等。除此之外，5G绿色通信技术应用过程中，往往配套应用其他节能技术，如在基站节能方面配置自清洁新风系统，并根据不同环节的节能需求，应用AI技术节能自适应方案、无线网络节能技术、数据中心节能技术及部署策略等。

2 5G绿色通信实践路径

绿色通信技术有利于提高5G移动网络运营效率，降低其能耗，推动其向着高质量方向发展。目前，随着绿色通信理念被广泛接受，电信企业普遍扩大了对绿色通信的应用。近几年的实践经验表明，绿色通信的实践路径主要集中在器件节能化、链路高效化、小站密集化等方面。

2.1 器件节能化

基站接入网络产生的能耗相对较大，为了有效降低其能耗，电信企业一般会从器件出发降低基站工作能耗。具体操作时，主要是在优化设计方案的基础上结合计算业务，对其基站能耗进行监测、调度，并对功率放大器能耗支出进行管控。例如，当前对于动态业务软件的大量配置和基站运行参数的调整，有利于降低器件能耗等。

2.2 链路高效化

除无线机站接入时的能耗外，基站射频的能耗也不容小觑。通常而言，能量使用效率受基站传输效率决定。对链路传输效率进行持续提升，可以降低链路传输功耗，进而实现5G移动网络的节能降耗目标。

2.3 小站密集化

5G移动网络中主要采用三级分布式管理机制，在不同的网络级别中，电信企业通常会以链路网节能为基础结合引入的无线通信，增强对绿色通信技术的运用。实施过程中，可借助布置超密集型小站的方法，完成对此类技术的有效接入，使基站设计环节降低其能耗，并提高网络容量与网络服务质量。

3 5G绿色通信技术分析

3.1 自组织网络技术

电信企业应用5G绿色通信网络时，主要按绿色网络理念研发设计绿色通信方案。具体而言传统移动网络系统中应用的网络部署与运维方式不能满足5G时代的部署需求，此类企业为了更好地提高移动网络运营维护效果，可以选择自组织网络技术配置绿色通信网络，一方面提高5G绿色通信网络的智能化部署水平，另一方面提高运营管理效率。部分网络部署中采用的集中式网络架构、分布式网络架构等，已表明此类部署方案的有效性。

例如，选择端到端的节能部署策略时，首先可以在基站侧选择基站共享、设备设施共享的方式，让不同的运营商通过共用基站减少其数量。同时，针对基础用电、业务用电，配置AI技术。具体实施时，实践主体可以选择符号关断、通道关断、载频判断、小区休眠四种常用方法。以其中的通道关断为例，通道级节能时可以将业务流量作为条件，划分其低谷期、高峰期，进入低谷期后，可以采用多通道RRU关闭部分发射通道，通过减少通道承载业务，使其轻量化后再达到节省能耗的目的。当业务流量有所提升时则可以打开其中被关闭的通道。近几年的实践中主要采用基于同站址的5G流量、基于特定时间段触发其通道关闭功能。

其次，将BBU侧进行集中放置时，大容量的BBU板卡布置有利于节约其算力，使设备利用率获得大幅度提高，进而通过降低其实际配置数量，让5G绿色通信网络整体功耗获控制。一般而言，部署BBU时可以将重点放在机房容量和设备部署数量方面，辅以综合业务接入区的配置设置，提高其节能降耗效果（如表1）。具体实施过程中，可以选择竖插机框、板卡液冷技术。例如，在模块化设计理念下可以设计三个仓位，按竖插新型节能机框本体、进风通道、出风通道三大模块进行结构设计，并将热风出风通道设置在上部仓位，冷风进风通道设置在下部仓，BBU安装到中部仓位。另外，在应用板卡液冷技术时可以选择喷淋式或浸没式，确保水冷二次换热效果等。

表1 不同机房规模下BBU集中部署及数量

第三，针对核心网，采用软硬件解耦方式进行云化部署，进而实现规模化降低目标。如在分级式布局的云化部署方案下，可以结合全国/大区级→省级→地市级→边缘级四个层级，使全国级网元或系统、全省核心网元、地市网元（如vUPE、MEC）、下沉网元（如vCDN、Vupf、MEC）等不同节点的云计算数据中心关联起来，利用离散计算聚集更大规模的数据中心，提高其数据管理效率，更为精准的进行资源配置。具体实施时，可以从设备机架选择、低耗设备配置、供电方案与设备优化、空调机组制冷与运营模式开发、特殊设备针对性设置、机房密封隔热处理等综合措施，确保核心网节能。

3.2 超密集异构网络技术

5G绿色通信网络系统容量和能量效率的整合有利于提高对绿色通信运行期间的管理效率。例如，在可控化管理模式下，可以选择超密异构网络技术，围绕关键效率指标建立适用于联合组网异网网络的指标模式。具体操作时，实质上以高效能小站密集化部署方案进行实施。具体而言，初步部署期间，电信企业通常会结合系统容量和场景应用方面的并行控制模式，对回传链路进行处理，降低网络干扰的影响，进而在绿色可控技术体系下向用户提供相当于宏基站的服务，基本结构为核心网→宏基站→小基站→WiFi、缓存，网络同层结构如图1。

图1 网络同层结构示意

应用超密集异构网络技术时，5G小基站（Small Cell）执行休眠和唤醒处理工序可以有效调整网络拓扑结构。作为一种高效能网络拓扑控制机制，应用时需建立规范化、标准化程度较高的网络能效拓扑运行结构。具体而言，小基站密集化部署场景期间，操作人员应严格遵循顺序分析小站组合休眠/唤醒对网络能将的贡献值，确定与其相关的关键指标。例如，常用小站组合休眠/唤醒流程主要包括：①计算当前网络能效Eusual；②逐个计算、估算执行休眠唤醒小站组后的网络能效，得到高于当前能效排序序列A；③判定序列A是否为空。如果“是”则不进行休眠唤醒小站，直接结束，如果“否”则应进一步计算A中Emax中需迁移业务量和功耗；④在基站可用资源限制条件方面，应判定其是否满足限定条件，如果“否”则应删除Emax更新序列A，如果“是”则对Emax小站组进行休眠唤醒操作，完成后结束整个流程。考虑到评估时的精准性与实际情况存在差异，电信企业在应用该机制时往往会选择一些适配的仿真模型先对其进行设置进行验证分析，再完成对规范能耗模型的优化。如根据小区数量、每小区小基站数量、用户数量（闲时、常时、忙时）等，确定仿真参数后对其进行仿真分析，有利于确保该机制的应用效果评估，进而更为合理的部署扇开脸小基站等。

需要注意的是，在5G绿色通信网络架构体系下小基站部署点数量和用户无限节点数量相一致，在部署对应节点过程中应从用户应用空间基本标准出发，根据站点数量与用户数量之比为1∶1的比例进行控制模式设置。同时，绿色通信应用标准是一个逐步落实的应用流程并不能一蹴而就的进行，此时电信企业应结合传统网络系统的兼容性、技术升级的实际需求，利用结构节点感知模式完成对节能处理、部署方案的并行控制。例如，当前部分地区采用了统一扇形区域内增设小站的方案，既可以确保基站网络流量分担方面的均衡，也能够使部署后的能耗水平获得控制，保障对用户稀疏区能量损耗的控制，使用户在不受干扰因素影响的情况下获得高质量服务。除此之外，处理回传控制时可以选择Pico部署机制，使宏观与微观标准协同起来，实现对X2接口应用平台控制交通的优化，提高移动网络系统的抗干扰能力等。

3.3 D2D绿色通信技术

5G绿色网络容量拓展与频谱效率优化十分关键，实施时可以从通信模式入手，对其进行丰富与优化。例如，当前应用的D2D绿色通信技术，重点放在D2D用户与基站的关系方面，当基站向蜂窝用户、D2D用户提供服务的过程中，电信企业应充分考虑数据多元传输处理的必要性，并在数据终端应用效果方面进行一些合理优化。具体而言，D2D绿色通信技术属于一种设备到设备的处理技术，实施过程中可以将无线资源分配机制、计费识别处理机制统筹起来，进而设计一些适配性较高的专属控制模块，使模块运营过程中的管理更加精准与合理，进而降低设备使用时的能耗水平。需要注意的是，在应用该技术时，牵涉到蜂窝用户与基站的关系处理，应同时考虑对新型网络架构技术的引入，更为科学的实现对蜂窝网络小区的可控制化分析与处理，有效化解不同网络架构体系中运行与更新不足的弊端。如在建筑物穿透损耗方面存在资源浪费，可以将室内用户、室外用户无线接入点关联起来优化通信连接模式等。

4 结束语

总之，5G移动网络已成为日常生活与工业生产的重要组成部分，电信企业应在内涵式、集约型、高质量经济增长模式下，通过扩大对绿色通信技术要素的配置为其实践赋能。结合上述分析，5G绿色通信技术正处于快速发展过程中，主要通过器件节能化、链路高效化、小站密集化等实践路径配置绿色通信技术。建议此类企业在当前阶段的实践中加强对不同绿色通信技术的研讨，并结合5G移动网络构成要素选择适配性较高的技术进行配置，有效实现该网络的节能降耗，为各行业的高质量发展提供技术支持。