5G時代基站兩大場景節(jié)能方案的應(yīng)用研究

汪金萍

【摘要】? ? 5G時代基站兩大場景節(jié)能方案應(yīng)用，需要從技術(shù)特點、技術(shù)問題兩個層面做好分析，充分掌握5G時代基站節(jié)能基本策略，以期，推動5G時代基站兩大場景節(jié)能方案推廣應(yīng)用，切實強(qiáng)化5G技術(shù)應(yīng)用水平。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G時代? ? 場景? ? 節(jié)能方案? ? 應(yīng)用

引言

現(xiàn)今，5G技術(shù)發(fā)展普及，為部分行業(yè)發(fā)展提供新的機(jī)遇。為更好保證5G技術(shù)應(yīng)用有效性、穩(wěn)定性，做好5G基站兩大場景節(jié)能方案應(yīng)用，有助于更好降低5G基站運營、維護(hù)成本，對于提高5G技術(shù)應(yīng)用水平及加速技術(shù)普及具有一定幫助。

一、5G時代核心技術(shù)應(yīng)用的主導(dǎo)性優(yōu)勢

1.1提高移動互聯(lián)網(wǎng)體系信息傳輸效率

5G技術(shù)在信號傳輸速率、信息吞吐容量等諸多方面具有基礎(chǔ)優(yōu)勢。不同于4G技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，5G技術(shù)在數(shù)據(jù)帶寬方面呈現(xiàn)幾何式提升，由于采用毫米波與厘米波兩種信號傳輸模式，使5G技術(shù)在信號延遲方面相對較低，可以有效彌補(bǔ)4G技術(shù)應(yīng)用不足。

例如，5G技術(shù)支持500公里每小時高速移動，而4G技術(shù)則僅支持350公里每小時移動速度，因此，在高鐵等高速運載交通工具上，5G技術(shù)相比4G技術(shù)更為穩(wěn)定，給予用戶使用體驗相對更好。正是由于5G技術(shù)在穩(wěn)定、高效進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳導(dǎo)與處理，使5G技術(shù)可以在各個領(lǐng)域得以廣泛運用，極大提高社會生產(chǎn)力水平，解決4G網(wǎng)絡(luò)時代移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用存在部分基礎(chǔ)問題，為未來階段移動網(wǎng)絡(luò)傳輸效率全面提高夯實技術(shù)基礎(chǔ)，從根本上構(gòu)建5G技術(shù)應(yīng)用發(fā)展新生態(tài)。

1.2完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用體系

5G技術(shù)信息傳輸延遲相對較低，可以在滿足用戶日常網(wǎng)絡(luò)使用需求同時，實現(xiàn)多平臺、多體系服務(wù)對接，從而，有效助力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展。早期階段，自動駕駛技術(shù)開發(fā)，部分依賴于集成單一系統(tǒng)設(shè)備人工智能，但由于初期階段型號傳輸速率相對較低，導(dǎo)致早期階段自動駕駛技術(shù)適用范圍較小，無法在當(dāng)代技術(shù)條件下實現(xiàn)廣泛普及。

而5G技術(shù)應(yīng)用，則能有效解決信息傳輸速度及延遲問題，提高自動駕駛技術(shù)發(fā)展水平，彌補(bǔ)自動駕駛技術(shù)內(nèi)容缺失。

正是由于5G技術(shù)在降低信息傳輸延遲方面具有實際優(yōu)勢，使其在自動駕駛、遠(yuǎn)程控制等多個方面均能廣泛運用，對于我國建立物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)體系創(chuàng)造良好技術(shù)條件，有效填補(bǔ)我國在信息技術(shù)開發(fā)應(yīng)用方面空白，為未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展做好充分鋪墊。

二、5G時代基站建設(shè)及技術(shù)發(fā)展面臨問題

2.1 5G信號傳導(dǎo)范圍不足

5G技術(shù)應(yīng)用開發(fā)初期階段，5G技術(shù)主要采用毫米波進(jìn)行信息傳輸，雖然在信息吞吐量及信號傳遞速度方面與4G相比具有更多優(yōu)勢。但毫米波信號傳輸仍然存在一定的弱點，即在信號對障礙物穿透率方面有所不足，面對建筑物相對密集城區(qū)，5G信號傳輸范圍較小，無法基于單一基站設(shè)備使用，實現(xiàn)大范圍信號覆蓋。而以華為集團(tuán)為主導(dǎo)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊，改變對5G技術(shù)研發(fā)技術(shù)方向，從毫米波技術(shù)應(yīng)用向厘米波技術(shù)開發(fā)進(jìn)行遞進(jìn)，一定程度解決5G信號傳輸范圍及覆蓋范圍不足問題。

雖然采用厘米波信號傳導(dǎo)模式，進(jìn)一步解決5G信號穿透性不足問題，但相比于4G技術(shù)而言，5G技術(shù)在信號穿透性方面技術(shù)優(yōu)勢并不明顯，部分地區(qū)采用疊加高頻段信號天線及增加基站設(shè)備方法解決這一問題，使5G基站信號穿透性不足問題得以初步解決。

2.2 5G技術(shù)資源應(yīng)用成本過高

從本質(zhì)上來說，采用增加高頻段信號天線及增加硬件設(shè)備方法解決5G信息穿透性不足問題，可以一定程度彌補(bǔ)5G技術(shù)應(yīng)用部分不足，但是同時也衍生出另一問題，即5G信號基站基礎(chǔ)能耗呈現(xiàn)高速增長，能耗比無法達(dá)到相對平衡階段。

在5G技術(shù)開發(fā)早期階段，部分基站設(shè)備實際功耗僅為1200W左右，而當(dāng)前我國主要5G基站設(shè)備，大部分基站功耗可以達(dá)到3000W以上?；究傮w功耗指數(shù)增加，進(jìn)一步提高5G基站應(yīng)用、維護(hù)成本。

2018年，我國三大運營商在基站用電方面支出電費高達(dá)200億元以上，該數(shù)據(jù)僅是基于3G、4G少量5G基站用電總和進(jìn)行計算，若以5G基站現(xiàn)有功耗指數(shù)進(jìn)行計算，將當(dāng)前3G/4G基站均轉(zhuǎn)換為5G基站，則三大運營商用電費用將達(dá)到2018年用電總和10倍以上，用電費用可達(dá)到2000億元。

由此可知，加強(qiáng)5G時代基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用直觀重要，不僅是降低能源消耗重要路徑，同時也控制5G技術(shù)應(yīng)用成本及提高5G技術(shù)應(yīng)用普及能力重要策略。

三、當(dāng)前5G時代基站節(jié)能主要方式

目前，我國5G基站節(jié)能主要采取設(shè)備智能休眠及人工智能協(xié)同控制兩種模式。5G基站智能休眠，先要根據(jù)周邊地區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)寬帶使用總量進(jìn)行運算，結(jié)合數(shù)據(jù)信息上限設(shè)定數(shù)據(jù)臨界值，若在某一時間段5G基站網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量無法達(dá)到臨界值，則5G基站設(shè)備可以自行關(guān)閉部分信號通道，并降低5G基站網(wǎng)絡(luò)使用帶寬總量，使其能根據(jù)5G信號使用強(qiáng)度自行調(diào)整。這一方式雖然可以一定程度降低5G基站能耗，但卻容易對5G用戶設(shè)備使用體驗造成影響。采用人工智能進(jìn)行協(xié)同管理，是利用運營商終端服務(wù)器與基站設(shè)備進(jìn)行連接，利用遠(yuǎn)程控制方法由人工智能設(shè)備自行控制5G基站使用帶寬，根據(jù)某一區(qū)域5G使用頻次、用戶使用時長等，合理的規(guī)劃5G基站使用效能，進(jìn)一步避免不必要能源損耗。該方式雖然在控制能耗方法，可以最大限度保持用戶使用體驗及基站節(jié)能有效平衡，但人工智能技術(shù)應(yīng)用投入相對較高，5G基站節(jié)能資源，需要再次投入到人工智能設(shè)備維護(hù)及管理等諸多方面，對于推動5G基站節(jié)能良性發(fā)展無法起到積極作用。

為此，未來階段5G時代基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，需要從兩大場景節(jié)能角度加以實現(xiàn)，進(jìn)一步完善5G基站節(jié)能技術(shù)應(yīng)用體系，解決當(dāng)前階段5G基站節(jié)能難題，有效彌補(bǔ)5G基站節(jié)能處理不足，為后續(xù)階段5G技術(shù)應(yīng)用廣泛普及做好充分技術(shù)鋪墊。

四、5G時代基站兩大場景節(jié)能方案及策略應(yīng)用

4.1 加強(qiáng)Small cells技術(shù)廣泛普及與應(yīng)用

（1）Small cells技術(shù)概念

Small cells技術(shù)是一種小型化基站設(shè)備，信號發(fā)射功率相對較低。不同于傳統(tǒng)意義上5G基站設(shè)備應(yīng)用，Small cells技術(shù)集成5G技術(shù)應(yīng)用多種優(yōu)勢，并能在現(xiàn)有技術(shù)條件下，實現(xiàn)對G5基站多功能應(yīng)用。傳統(tǒng)5G基站技術(shù)應(yīng)用，沿用4G技術(shù)基礎(chǔ)模版，即采用設(shè)備外掛及平臺架設(shè)方式進(jìn)行使用，而基于Small cells技術(shù)進(jìn)行5G基站建設(shè)，則可將基站使用分為家用基站、室外基站、企業(yè)基站等多種基站應(yīng)用模式，根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)使用需求，不同基站種類也可對基站使用頻段、使用寬帶等進(jìn)行調(diào)整，在提高5G技術(shù)覆蓋使用效果的同時，建立完善5G信號應(yīng)用體系，并在進(jìn)一步滿足多元化5G使用需求過程中降低設(shè)備使用能耗，提高5G技術(shù)應(yīng)用綜合水平。

（2）Small cells技術(shù)特點

Small cells技術(shù)應(yīng)用特點主要有兩個方面。

第一是實現(xiàn)對5G信號立體化傳輸，降低空間環(huán)境對5G信號傳輸限制，使5G信號傳輸效果大幅提高。除此之外，Small cells技術(shù)對5G基站小型化處理，使其可以提高基站安裝適用范圍，在居民居住區(qū)、城區(qū)綠化帶、城區(qū)街道及施工作業(yè)場地等，均可進(jìn)行5G基站安裝，使5G基站在不同環(huán)境下均可發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)勢，彌補(bǔ)傳統(tǒng)5G基站技術(shù)應(yīng)用不足。

第二，是有效實現(xiàn)對基站能耗的控制。Small Cell技術(shù)應(yīng)用提高5G基站信號接收范圍，在信號處理及數(shù)據(jù)資源處理方面，Small Cell技術(shù)應(yīng)用相比于傳統(tǒng)5G技術(shù)更有優(yōu)勢，可以根據(jù)5G基站設(shè)備對移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PC終端設(shè)備等對網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，自行調(diào)整基站使用功效，避免不必要能源消耗。

另外，由于Small cells的5G基站設(shè)備體積相對較小，對電量使用需求也相對更低，在功耗控制與節(jié)能處理方面技術(shù)優(yōu)勢更為明顯。

4.2完善Massive MIMO技術(shù)應(yīng)用體系

Massive MIMO技術(shù)主要優(yōu)勢在于提高信號資源空間利用率，與Small cells技術(shù)不同的是，Massive MIMO技術(shù)主要是在輸出端口上控制能源消耗，Small cells技術(shù)則是在輸入端口實現(xiàn)節(jié)能處理。兩者在技術(shù)優(yōu)勢及技術(shù)特點上完全不同。我國對Massive MIMO技術(shù)開發(fā)起步相對較早，主要運營商在5G基站建設(shè)及技術(shù)應(yīng)用方面，已將Massive MIMO技術(shù)作為控制能耗主要方式。

但由于我國對于Massive MIMO技術(shù)研究不夠深入，Massive MIMO技術(shù)開發(fā)仍具有一定技術(shù)潛力。因此，在未來階段，我國5G基站節(jié)能控制，需要在Massive MIMO技術(shù)開發(fā)方面適當(dāng)做好一定技術(shù)優(yōu)化，進(jìn)一步完善Massive MIMO技術(shù)體系，提高M(jìn)assive MIMO技術(shù)應(yīng)用能力，為未來階段更好發(fā)揮Massive MIMO技術(shù)優(yōu)勢及強(qiáng)化Massive MIMO技術(shù)在5G基站節(jié)能方面應(yīng)用有效性奠定堅實基礎(chǔ)。

4.3強(qiáng)化5G基站硬件設(shè)備技術(shù)優(yōu)化

在芯片制造方面進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，將是未來階段5G基站節(jié)能重要構(gòu)成。現(xiàn)階段，我國在微電子領(lǐng)域芯片制造技術(shù)水平總體相對良好，但對微電子尖端技術(shù)掌握，仍然需要從技術(shù)研發(fā)上做好進(jìn)一步突破。未來5G基站制造與應(yīng)用，需要力求提高5G基站電子芯片制程工藝，降低5G基站電子芯片及電路設(shè)備基本能耗，控制5G基站能源應(yīng)用，提高5G基站總體能耗比，為未來階段5G時代基站兩大場景節(jié)能方案完善充分助力。

五、結(jié)語

綜上所述，5G時代基站兩大場景技能方案應(yīng)用，有助于更好提高5G技術(shù)應(yīng)用普及發(fā)展水平，對控制5G基站運營、維護(hù)成本具有重要意義，可以從根本上解決5G基站建設(shè)維護(hù)部分問題，為5G技術(shù)多元化發(fā)展夯實基礎(chǔ)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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