基于用户位置的5G智能化数字室分点控节能应用

李毅潇，王飞

（中国移动通信集团河南有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

随着移动终端数量的大规模爆发增长，室分接入系统开始承载网络中的绝大部分业务流量。据不完全统计，4G 移动网络中有超过70%的业务流量发生在室内；随着5G 网络和业务的不断发展，业界预测未来会有更多的移动业务发生在室内。因此室分接入系统的功耗降低就是急需解决的问题[1]。除此之外，数字室分系统的密集排布，会带来邻小区电磁波信号的严重干扰，影响系统整体性能。特别是人流密集的公共场所，像写字楼、车站、机场、学校场景，存在着业务潮汐现象，在不影响性能的前提下，降低系统功耗有着重大意义。

有源的数字室分接入系统主要由基带单元（Base Band Unit,BBU）、远端汇聚单元（PB，Pbridge）、远端射频单元（pRRU）构成[2]。目前数字室分系统节能技术主要包括：通过系统检测小区内有无接入设备或者接入设备长时间未做业务，存在上述情形则进行整个小区全部远端射频单元关断，此外在整个小区没有发送业务数据的符号上关断射频器件实现节能；或者是基于小区整体话务负荷，关断射频通道节能[3]。其中节能技术均以小区为单位，整个小区所有pRRU 节能状态保持同步，并且所有射频合并的pRRU 都会按逻辑小区发送信号，在其覆盖范围内无话务需求时仍进行信号发射，造成能源浪费。当一个小区中仅有单点pRRU 高负荷时，整个小区都无法进入节能状态，并且由于不同点位人群分布、话务需求不一致，小区统一时段节能增益低。

本文提出一种基于数字室分的新型节能方法，通过识别各pRRU 对上行信号的接收和测量，确定终端归属pRRU 的集合，从而确定每个pRRU 下的用户业务情况，对于无用户分布或者无业务发送的pRRU 进行时隙级功放关断，实现pRRU 级别的关断控制[4-5]。相比于现有的室分系统节能降干扰方式，本方法可以根据移动终端分布的位置信息，做到有针对性的信号发送，关闭冗余pRRU功放实现节能，在任何场景都可以获得节能收益且能有效降低对相邻小区的电磁干扰[6-11]。

这种方法为什么在4G 新型室分中无法应用？主要原因是LTE 系统中，小区特定的参考信号（Cell Reference Signal,CRS）对小区内的所有用户设备（User Equipment,UE）都有效，并在所有下行时隙中进行发送，用于终端进行信道估计、信道状态测量以及移动性测量等任务，pRRU 级快速关断会导致UE 接收到的CRS 信号强度频繁变化，影响在网UE 对CRS 的测量，进而影响下行信道质量测量和下行信道估计，从而影响4G 网络指标和UE 速率，因此这种方法在4G 新型室分中无法应用[12-15]；而NR 系统以UE 级参考信号为主的模式为点控节能的应用提供了条件；NR 系统中取消了CRS，其大部分功能改为由UE级参考信号来承载。点控节能的核心思想就是，在小区公共消息发送时隙内所有头端全部保持正常工作状态，在非小区公共消息发送时隙基于用户分布控制小区pRRU 以时隙为粒度进行按需关断休眠[16-21]。

1 数字室分点控节能的主要实现步骤

有源数字室分点控节能的实现包括如下3 点主要步骤：

步骤一：基站为小区中用户终端分配上行参考信号，用户终端发送上行参考信号后，基站通过对终端上行参考信号强度进行测量以确定终端归属pRRU，具体特征为：

功能开关打开，BBU 接收到每个pRRU 对移动终端的上行参考信号测量，得到pRRU 级的上行参考信号功率，选取上行参考信号功率超过门限的pRRU 作为当前移动终端的归属pRRU，也称为该移动终端的pRRU 激活集。遍历小区所有pRRU，直至小区所有用户终端和pRRU 的映射关系确定完成。终端的识别周期取决于信道探测参考信号（Sounding Reference Signal,SRS）周期和pRRU个数，目前可以实现毫秒级的UE 识别周期，满足点控节能开启后UE 用户的移动实时需求。如图1 所示：

图1 确定用户终端归属pRRU示意图

步骤二：基带单元基于步骤一确定的用户终端和pRRU 的映射关系，按pRRU 统计话务情况，识别小区中无话务pRRU 的分布情况，如图2 所示：

图2 确定小区无话务pRRU示意图

步骤三：基带单元基于步骤二确定的pRRU 话务情况，对于有话务pRRU，保持处于正常工作状态，对于无话务pRRU（该pRRU 下无终端驻留&该pRRU 下有终端驻留但是无业务发送），进入到时隙级功放关断节能状态，清除数据且关闭功放。实现室分系统节能并降低对于邻小区的干扰。

2 数字室分点控节能外场测试验证

本次测试选择信阳楚城天街1-Z5M-2662-FP（5244453-102）进行功能验证，共涉及4 个测试用例：

1）pRRU 用户识别测试；

2）pRRU 点控节能单UE 定点测试；

3）pRRU 点控节能多UE 定点测试；

4）pRRU 点控节能单UE 移动性测试；

pRRU 具体的分布如图3 所示。

图3 测试pRRU的编号和分布图

2.1 pRRU用户识别测试

分别在pRRU 33、32、31、37 近点做下行文件传输协议（File Transfer Protocol,FTP）业务，后台通过指标跟踪统计（Metrics Trace Statistics,MTS）筛选出大包业务的无线网络临时标识（Radio Network Temporary Identity,RNTI），然后依据RNTI 可筛选出小区的pRRU_ID，如图4 所示，基站侧可以准确识别发生业务的pRRU 位置。

图4 PPRU定位测试功率（W）

现场在第1 个测试点位pRRU 33 近点做下行FTP 业务，后台MTS 跟踪测试、监控pRRU 功率变化情况，MTS 跟踪测试数据、后台监控pRRU 功率变化与现场测试情况吻合。

通过对4 个不同位置pRRU 近点测试数据分析，可以得到如下结论：基站侧可以准确识别发生业务的pRRU位置。

2.2 pRRU点控节能单UE定点测试

UE 在pRRU 37 近点做下行FTP 业务，功能关闭时所有pRRU 的电源平均功率均抬升至45 W 左右，功能打开后只有pRRU 37 的功率抬升至45 W 左右，其他pRRU的功率在39 W 左右。如图5 所示。

功能关闭时该小区下所有pRRU 的电源平均功率45.47 W（采样点144 个），功能打开时该小区下的所有pRRU 的电源平均功率39.80 W（采样点144 个），整体来看该小区电源平均功率节省45.36 W【（45.47-39.80)×8=45.36 W】，节省电源功率12.47%【（45.47-39.80)/45.47=12.47%】。

UE 在pRRU37 远点做下行FTP 业务，功能关闭时所有pRRU 的电源平均功率均抬升至46 W 左右，功能打开后只有pRRU 37 的功率抬升至46 W，其他pRRU 的功率在40 W 左右。如图6 所示：

图6 单UE定点测试功率-远点（W）

功能关闭时该小区下所有pRRU 的电源平均功率46.31 W（采样点144 个），功能打开时该小区下的所有pRRU 的电源平均功率40.54 W（采样点136 个），整体来看该小区电源平均功率节省46.16 W【（46.31-40.54)×8=46.16 W】，节省电源功率百分比12.46%【（46.31-40.54）/46.31=12.46%】。

终端侧数据：终端在近点测试功能打开相对于功能关闭下行速率提升约28 Mbps。在远点测试功能打开相对于功能关闭下行速率提升约47 Mbps。测试如表1 所示。

表1 单UE在远近点功能打开后速率对比

2.3 pRRU点控节能多UE定点测试

3 个UE 分别在pRRU 31、32、33 下做下行FTP 业务，功能关闭时所有pRRU 的电源平均功率均抬升至46 W 左右，功能打开后只有pRRU 31、32、33 的功率抬升至43 W，其他pRRU 的功率在41 W 左右。如图7 所示。

功能关闭时该小区下所有pRRU 的电源平均功率45.83 W（采样点152 个），功能打开时该小区下的所有pRRU 的电源平均功率41.00 W（采样点144 个），整体来看该小区电源平均功率节省38.64 W【（45.83-41.00)×8=38.64 W】，节省电源功率10.54%【（45.83-41.00）/45.83=10.54%】。

终端侧数据：功能打开相对于功能关闭下行速率下降约9 Mbps。测试结果如表2 所示。

表2 多UE在功能打开后速率对比

2.4 pRRU点控节能单UE移动性测试

单UE 移动性测试，分别就功能打开、关闭做移动性对比测试，UE 移动顺序为pRRU（38->34->35->31->32->33->37），UE 在pRRU 38 开始做下行FTP 业务并进行缓慢移动，功能关闭时所有pRRU 的电源平均功率抬升至46 W 左右，功能打开后只有当UE 处于当前pRRU 位置时pRRU 才进行功率抬升，其他时间段不进行抬升，当位于2 个pRRU 的交界位置时，临近的2 个pRRU 均进行功率抬升。如图8 所示。

图8 单UE移动性测试功率（W）

功能关闭时该小区下所有pRRU 的电源平均功率46.07 W（采样点152 个），功能打开时该小区下的所有pRRU 的电源平均功率40.91 W（采样点152 个），整体来看该小区电源平均功率节省41.28 W【（46.07-40.91)×8=41.28 W】，节省电源功率8.96%【（46.07-40.91）/46.07=8.96%】。

终端侧数据：功能打开相对于功能关闭下行速率提升5.98 Mbps。测试结果如表3 所示。

表3 功能打开后单UE移动性测试速率对比

3 结束语

通过4 个测试用例数据比对分析得到如下结论：基站侧可以准确识别发生业务的UE 对应的pRRU 位置；功能打开后UE 下行速率保持稳定；pRRU 符号关断时长增加；8 个pRRU 小区最大可节省功率为12.47%；平均功率节省约6 W；此功能目前仅局限于TDD NR 系统中进行部署应用，LTE 系统中无法应用，且设备如果支持4G/5G 混模的情况下，由于受4G LTE 的影响，点控节能效果会打折扣；后续将会在符合条件的现网中大规模的试点应用点控节能技术，保障用户体验的同时，最大限度地降低数字化室分的功耗。