5G時代基站兩大場景節(jié)能方案的應(yīng)用分析

陳建煌

（中國聯(lián)通莆田市分公司，福建 莆田 351100）

0 引 言

2019年，各級政府都在大力推進5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及產(chǎn)業(yè)布局。目前，5G典型的10大應(yīng)用場景如圖示1所示。國家需要在5G通信及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域占有一席之地，但是網(wǎng)絡(luò)投資巨大，市場培育還不夠成熟。此外，2019年兩會政府報告中明確要求，運營商移動網(wǎng)絡(luò)流量資費降低20%。在用戶低資費需求和企業(yè)運營成本增加的大背景下，如何降本增效是各運營商需要重點考慮的問題。

圖1 十大應(yīng)用場景示意圖

根據(jù)中國聯(lián)通莆田市分公司目前的資料，2G、3G及4G基站能耗占總運維成本的30%，5G基站能耗估算更是可能達到45%（同數(shù)量級站點）。5G運營成本主要體現(xiàn)在基站電費支出，所以要重點關(guān)注其基站能耗情況。除了由廠家推進和開發(fā)新節(jié)能AAU設(shè)備、BBU設(shè)備（低耗能的ROC芯片、中頻芯片及基帶芯片），在現(xiàn)有機房空調(diào)管理技術(shù)、開關(guān)電源模塊休眠技術(shù)等節(jié)能技術(shù)已充分應(yīng)用的情況下，應(yīng)從其他渠道挖掘潛力，多路徑的降功耗、省電費。

本文將簡要分析基站兩大場景節(jié)能方案在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

1 5G射頻、基帶設(shè)備單元

5G基站AAU設(shè)備是射頻和多天線堆（Mass Mimo）完美結(jié)合、高度集成，如圖2所示。但是5G基站AAU設(shè)備功率和能耗大幅增加，約是4G設(shè)備的3倍。5G基站電費是4G基站電費的3～4倍。目前，廠家公布單個AAU功耗1 000 W左右，有業(yè)界廠家公布配置S1/1/1單個站，最低能耗達到2 660 W。BBU設(shè)備半寬單板功耗約250 W。圖3為BBU設(shè)備外觀示意圖。

圖2 AAU設(shè)備外觀示意圖

圖3 BBU設(shè)備外觀示意圖

2 5G采用BBU池云化集中部署模式

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從廣覆蓋向深覆蓋的不斷推進，基站站點需求急劇增加，造成可用站點資源數(shù)量不斷減少。站點資源不足嚴重影響無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，進而影響企業(yè)口碑，是當前開展工程建設(shè)面臨的棘手問題。減少傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，5G BBU建議優(yōu)先采用集中放置方式。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃，進行架構(gòu)節(jié)點機房和BBU集中機房的統(tǒng)籌規(guī)劃，減少機房新建和租賃，降低物業(yè)協(xié)調(diào)難度，節(jié)省光纜投資及機房能耗。中國聯(lián)通莆田市分公司遠期的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是構(gòu)建4G+5G極簡目標網(wǎng)。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實際情況，同一個市級區(qū)域基帶設(shè)備是同一廠家。這為基帶設(shè)備整合、節(jié)省投資創(chuàng)造了條件。中國聯(lián)通莆田市分公司已按此方案開始實施，在投資節(jié)支、建網(wǎng)速度及節(jié)能等方面效果明顯[1]。對于顯性費用，利舊現(xiàn)網(wǎng)BBU，（圖4為共BBU典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖），僅少量站點需新增單板，避免復(fù)雜施工；一個BBU，節(jié)省約150 W功耗，一年可節(jié)省電費1 300元，1 000個站點年省130萬元。對于隱性工程成本費用，新增了BBU安裝施工、調(diào)測等隱性成本。

圖4 共BBU典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

3 無線節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，AI大數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)同控制節(jié)能

當前無線網(wǎng)絡(luò)2G、3G及4G多制式共存。根據(jù)相關(guān)消息，福建聯(lián)通2G網(wǎng)絡(luò)將于2019年6月底退網(wǎng)。如果聯(lián)通計劃開通VoLTE，那么3G基站也將關(guān)停，最后形成4G和5G兩個制式共存（相當長時間內(nèi)以NSA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為主）。日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)帶來能耗快速增加，多模多制式之間的耦合，也給節(jié)能帶來了極大挑戰(zhàn)。為了保證網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗不受影響，運營商對現(xiàn)網(wǎng)的節(jié)能設(shè)置了嚴格的生效門限，僅釋放了小部分節(jié)能增益，網(wǎng)絡(luò)還存在巨大的節(jié)能空間?；诰W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)集中化處理、云計算平臺及無線節(jié)能方案技術(shù)應(yīng)用，利用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負載在時間和空間上的波動性，實現(xiàn)在低話務(wù)情況下，盡量遷移用戶到低頻（負荷轉(zhuǎn)移），關(guān)閉高頻做深度節(jié)能（頻率越高，帶寬就越大，降低速率與網(wǎng)絡(luò)的連接速度，可以暫時降低設(shè)備能耗），特別是在24:00—6:00時間段（基站休眠模式）。AI大數(shù)據(jù)應(yīng)用協(xié)同，構(gòu)建節(jié)能和性能的關(guān)聯(lián)模型；將基站分為零負荷、輕負荷、正常負荷及重負荷四種工作狀態(tài)；依據(jù)模型，并根據(jù)基站工作狀態(tài)動態(tài)調(diào)整節(jié)能參數(shù)（關(guān)制式、關(guān)載波、關(guān)通道、關(guān)頻段及負荷均衡等動態(tài)調(diào)節(jié)措施），調(diào)整各個基站發(fā)射功率，從而達到基站覆蓋面積伸縮的效果，如圖5所示。

圖5 基站發(fā)射功率

保證網(wǎng)絡(luò)性能的同時，充分挖掘網(wǎng)絡(luò)節(jié)能潛力，實現(xiàn)從單制式節(jié)能走向系統(tǒng)級調(diào)度。運營商已應(yīng)用此成熟技術(shù)，且節(jié)能效果明顯，如表1所示。其中，對于現(xiàn)網(wǎng)測試，每站點電費年節(jié)省電費支出1 350元左右；頻段為1 800 MHz與2 100 MHz。典型網(wǎng)絡(luò)配置下，可以降低基站能耗10%～15%，有效降低了運營成本支出（OPEX）。如果將該技術(shù)應(yīng)用于5G，能耗降低會更為顯著[2]。

表1 站點節(jié)省省電數(shù)據(jù)表

4 結(jié) 論

降低能耗、降低運營成本及提高經(jīng)濟效益一直是各運營商的目標，以上兩種基站節(jié)能場景方案規(guī)模應(yīng)用已成熟，效果可期。