基于用戶位置的5G智能化數(shù)字室分點(diǎn)控節(jié)能應(yīng)用

李毅瀟，王飛

（中國移動通信集團(tuán)河南有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著移動終端數(shù)量的大規(guī)模爆發(fā)增長，室分接入系統(tǒng)開始承載網(wǎng)絡(luò)中的絕大部分業(yè)務(wù)流量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，4G 移動網(wǎng)絡(luò)中有超過70%的業(yè)務(wù)流量發(fā)生在室內(nèi)；隨著5G 網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，業(yè)界預(yù)測未來會有更多的移動業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)。因此室分接入系統(tǒng)的功耗降低就是急需解決的問題[1]。除此之外，數(shù)字室分系統(tǒng)的密集排布，會帶來鄰小區(qū)電磁波信號的嚴(yán)重干擾，影響系統(tǒng)整體性能。特別是人流密集的公共場所，像寫字樓、車站、機(jī)場、學(xué)校場景，存在著業(yè)務(wù)潮汐現(xiàn)象，在不影響性能的前提下，降低系統(tǒng)功耗有著重大意義。

有源的數(shù)字室分接入系統(tǒng)主要由基帶單元（Base Band Unit,BBU）、遠(yuǎn)端匯聚單元（PB，Pbridge）、遠(yuǎn)端射頻單元（pRRU）構(gòu)成[2]。目前數(shù)字室分系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)主要包括：通過系統(tǒng)檢測小區(qū)內(nèi)有無接入設(shè)備或者接入設(shè)備長時間未做業(yè)務(wù)，存在上述情形則進(jìn)行整個小區(qū)全部遠(yuǎn)端射頻單元關(guān)斷，此外在整個小區(qū)沒有發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的符號上關(guān)斷射頻器件實(shí)現(xiàn)節(jié)能；或者是基于小區(qū)整體話務(wù)負(fù)荷，關(guān)斷射頻通道節(jié)能[3]。其中節(jié)能技術(shù)均以小區(qū)為單位，整個小區(qū)所有pRRU 節(jié)能狀態(tài)保持同步，并且所有射頻合并的pRRU 都會按邏輯小區(qū)發(fā)送信號，在其覆蓋范圍內(nèi)無話務(wù)需求時仍進(jìn)行信號發(fā)射，造成能源浪費(fèi)。當(dāng)一個小區(qū)中僅有單點(diǎn)pRRU 高負(fù)荷時，整個小區(qū)都無法進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，并且由于不同點(diǎn)位人群分布、話務(wù)需求不一致，小區(qū)統(tǒng)一時段節(jié)能增益低。

本文提出一種基于數(shù)字室分的新型節(jié)能方法，通過識別各pRRU 對上行信號的接收和測量，確定終端歸屬pRRU 的集合，從而確定每個pRRU 下的用戶業(yè)務(wù)情況，對于無用戶分布或者無業(yè)務(wù)發(fā)送的pRRU 進(jìn)行時隙級功放關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)pRRU 級別的關(guān)斷控制[4-5]。相比于現(xiàn)有的室分系統(tǒng)節(jié)能降干擾方式，本方法可以根據(jù)移動終端分布的位置信息，做到有針對性的信號發(fā)送，關(guān)閉冗余pRRU功放實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在任何場景都可以獲得節(jié)能收益且能有效降低對相鄰小區(qū)的電磁干擾[6-11]。

這種方法為什么在4G 新型室分中無法應(yīng)用？主要原因是LTE 系統(tǒng)中，小區(qū)特定的參考信號（Cell Reference Signal,CRS）對小區(qū)內(nèi)的所有用戶設(shè)備（User Equipment,UE）都有效，并在所有下行時隙中進(jìn)行發(fā)送，用于終端進(jìn)行信道估計(jì)、信道狀態(tài)測量以及移動性測量等任務(wù)，pRRU 級快速關(guān)斷會導(dǎo)致UE 接收到的CRS 信號強(qiáng)度頻繁變化，影響在網(wǎng)UE 對CRS 的測量，進(jìn)而影響下行信道質(zhì)量測量和下行信道估計(jì)，從而影響4G 網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和UE 速率，因此這種方法在4G 新型室分中無法應(yīng)用[12-15]；而NR 系統(tǒng)以UE 級參考信號為主的模式為點(diǎn)控節(jié)能的應(yīng)用提供了條件；NR 系統(tǒng)中取消了CRS，其大部分功能改為由UE級參考信號來承載。點(diǎn)控節(jié)能的核心思想就是，在小區(qū)公共消息發(fā)送時隙內(nèi)所有頭端全部保持正常工作狀態(tài)，在非小區(qū)公共消息發(fā)送時隙基于用戶分布控制小區(qū)pRRU 以時隙為粒度進(jìn)行按需關(guān)斷休眠[16-21]。

1 數(shù)字室分點(diǎn)控節(jié)能的主要實(shí)現(xiàn)步驟

有源數(shù)字室分點(diǎn)控節(jié)能的實(shí)現(xiàn)包括如下3 點(diǎn)主要步驟：

步驟一：基站為小區(qū)中用戶終端分配上行參考信號，用戶終端發(fā)送上行參考信號后，基站通過對終端上行參考信號強(qiáng)度進(jìn)行測量以確定終端歸屬pRRU，具體特征為：

功能開關(guān)打開，BBU 接收到每個pRRU 對移動終端的上行參考信號測量，得到pRRU 級的上行參考信號功率，選取上行參考信號功率超過門限的pRRU 作為當(dāng)前移動終端的歸屬pRRU，也稱為該移動終端的pRRU 激活集。遍歷小區(qū)所有pRRU，直至小區(qū)所有用戶終端和pRRU 的映射關(guān)系確定完成。終端的識別周期取決于信道探測參考信號（Sounding Reference Signal,SRS）周期和pRRU個數(shù)，目前可以實(shí)現(xiàn)毫秒級的UE 識別周期，滿足點(diǎn)控節(jié)能開啟后UE 用戶的移動實(shí)時需求。如圖1 所示：

圖1 確定用戶終端歸屬pRRU示意圖

步驟二：基帶單元基于步驟一確定的用戶終端和pRRU 的映射關(guān)系，按pRRU 統(tǒng)計(jì)話務(wù)情況，識別小區(qū)中無話務(wù)pRRU 的分布情況，如圖2 所示：

圖2 確定小區(qū)無話務(wù)pRRU示意圖

步驟三：基帶單元基于步驟二確定的pRRU 話務(wù)情況，對于有話務(wù)pRRU，保持處于正常工作狀態(tài)，對于無話務(wù)pRRU（該pRRU 下無終端駐留&該pRRU 下有終端駐留但是無業(yè)務(wù)發(fā)送），進(jìn)入到時隙級功放關(guān)斷節(jié)能狀態(tài)，清除數(shù)據(jù)且關(guān)閉功放。實(shí)現(xiàn)室分系統(tǒng)節(jié)能并降低對于鄰小區(qū)的干擾。

2 數(shù)字室分點(diǎn)控節(jié)能外場測試驗(yàn)證

本次測試選擇信陽楚城天街1-Z5M-2662-FP（5244453-102）進(jìn)行功能驗(yàn)證，共涉及4 個測試用例：

1）pRRU 用戶識別測試；

2）pRRU 點(diǎn)控節(jié)能單UE 定點(diǎn)測試；

3）pRRU 點(diǎn)控節(jié)能多UE 定點(diǎn)測試；

4）pRRU 點(diǎn)控節(jié)能單UE 移動性測試；

pRRU 具體的分布如圖3 所示。

圖3 測試pRRU的編號和分布圖

2.1 pRRU用戶識別測試

分別在pRRU 33、32、31、37 近點(diǎn)做下行文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol,FTP）業(yè)務(wù)，后臺通過指標(biāo)跟蹤統(tǒng)計(jì)（Metrics Trace Statistics,MTS）篩選出大包業(yè)務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識（Radio Network Temporary Identity,RNTI），然后依據(jù)RNTI 可篩選出小區(qū)的pRRU_ID，如圖4 所示，基站側(cè)可以準(zhǔn)確識別發(fā)生業(yè)務(wù)的pRRU 位置。

圖4 PPRU定位測試功率（W）

現(xiàn)場在第1 個測試點(diǎn)位pRRU 33 近點(diǎn)做下行FTP 業(yè)務(wù)，后臺MTS 跟蹤測試、監(jiān)控pRRU 功率變化情況，MTS 跟蹤測試數(shù)據(jù)、后臺監(jiān)控pRRU 功率變化與現(xiàn)場測試情況吻合。

通過對4 個不同位置pRRU 近點(diǎn)測試數(shù)據(jù)分析，可以得到如下結(jié)論：基站側(cè)可以準(zhǔn)確識別發(fā)生業(yè)務(wù)的pRRU位置。

2.2 pRRU點(diǎn)控節(jié)能單UE定點(diǎn)測試

UE 在pRRU 37 近點(diǎn)做下行FTP 業(yè)務(wù)，功能關(guān)閉時所有pRRU 的電源平均功率均抬升至45 W 左右，功能打開后只有pRRU 37 的功率抬升至45 W 左右，其他pRRU的功率在39 W 左右。如圖5 所示。

功能關(guān)閉時該小區(qū)下所有pRRU 的電源平均功率45.47 W（采樣點(diǎn)144 個），功能打開時該小區(qū)下的所有pRRU 的電源平均功率39.80 W（采樣點(diǎn)144 個），整體來看該小區(qū)電源平均功率節(jié)省45.36 W【（45.47-39.80)×8=45.36 W】，節(jié)省電源功率12.47%【（45.47-39.80)/45.47=12.47%】。

UE 在pRRU37 遠(yuǎn)點(diǎn)做下行FTP 業(yè)務(wù)，功能關(guān)閉時所有pRRU 的電源平均功率均抬升至46 W 左右，功能打開后只有pRRU 37 的功率抬升至46 W，其他pRRU 的功率在40 W 左右。如圖6 所示：

圖6 單UE定點(diǎn)測試功率-遠(yuǎn)點(diǎn)（W）

功能關(guān)閉時該小區(qū)下所有pRRU 的電源平均功率46.31 W（采樣點(diǎn)144 個），功能打開時該小區(qū)下的所有pRRU 的電源平均功率40.54 W（采樣點(diǎn)136 個），整體來看該小區(qū)電源平均功率節(jié)省46.16 W【（46.31-40.54)×8=46.16 W】，節(jié)省電源功率百分比12.46%【（46.31-40.54）/46.31=12.46%】。

終端側(cè)數(shù)據(jù)：終端在近點(diǎn)測試功能打開相對于功能關(guān)閉下行速率提升約28 Mbps。在遠(yuǎn)點(diǎn)測試功能打開相對于功能關(guān)閉下行速率提升約47 Mbps。測試如表1 所示。

表1 單UE在遠(yuǎn)近點(diǎn)功能打開后速率對比

2.3 pRRU點(diǎn)控節(jié)能多UE定點(diǎn)測試

3 個UE 分別在pRRU 31、32、33 下做下行FTP 業(yè)務(wù)，功能關(guān)閉時所有pRRU 的電源平均功率均抬升至46 W 左右，功能打開后只有pRRU 31、32、33 的功率抬升至43 W，其他pRRU 的功率在41 W 左右。如圖7 所示。

功能關(guān)閉時該小區(qū)下所有pRRU 的電源平均功率45.83 W（采樣點(diǎn)152 個），功能打開時該小區(qū)下的所有pRRU 的電源平均功率41.00 W（采樣點(diǎn)144 個），整體來看該小區(qū)電源平均功率節(jié)省38.64 W【（45.83-41.00)×8=38.64 W】，節(jié)省電源功率10.54%【（45.83-41.00）/45.83=10.54%】。

終端側(cè)數(shù)據(jù)：功能打開相對于功能關(guān)閉下行速率下降約9 Mbps。測試結(jié)果如表2 所示。

表2 多UE在功能打開后速率對比

2.4 pRRU點(diǎn)控節(jié)能單UE移動性測試

單UE 移動性測試，分別就功能打開、關(guān)閉做移動性對比測試，UE 移動順序?yàn)閜RRU（38->34->35->31->32->33->37），UE 在pRRU 38 開始做下行FTP 業(yè)務(wù)并進(jìn)行緩慢移動，功能關(guān)閉時所有pRRU 的電源平均功率抬升至46 W 左右，功能打開后只有當(dāng)UE 處于當(dāng)前pRRU 位置時pRRU 才進(jìn)行功率抬升，其他時間段不進(jìn)行抬升，當(dāng)位于2 個pRRU 的交界位置時，臨近的2 個pRRU 均進(jìn)行功率抬升。如圖8 所示。

圖8 單UE移動性測試功率（W）

功能關(guān)閉時該小區(qū)下所有pRRU 的電源平均功率46.07 W（采樣點(diǎn)152 個），功能打開時該小區(qū)下的所有pRRU 的電源平均功率40.91 W（采樣點(diǎn)152 個），整體來看該小區(qū)電源平均功率節(jié)省41.28 W【（46.07-40.91)×8=41.28 W】，節(jié)省電源功率8.96%【（46.07-40.91）/46.07=8.96%】。

終端側(cè)數(shù)據(jù)：功能打開相對于功能關(guān)閉下行速率提升5.98 Mbps。測試結(jié)果如表3 所示。

表3 功能打開后單UE移動性測試速率對比

3 結(jié)束語

通過4 個測試用例數(shù)據(jù)比對分析得到如下結(jié)論：基站側(cè)可以準(zhǔn)確識別發(fā)生業(yè)務(wù)的UE 對應(yīng)的pRRU 位置；功能打開后UE 下行速率保持穩(wěn)定；pRRU 符號關(guān)斷時長增加；8 個pRRU 小區(qū)最大可節(jié)省功率為12.47%；平均功率節(jié)省約6 W；此功能目前僅局限于TDD NR 系統(tǒng)中進(jìn)行部署應(yīng)用，LTE 系統(tǒng)中無法應(yīng)用，且設(shè)備如果支持4G/5G 混模的情況下，由于受4G LTE 的影響，點(diǎn)控節(jié)能效果會打折扣；后續(xù)將會在符合條件的現(xiàn)網(wǎng)中大規(guī)模的試點(diǎn)應(yīng)用點(diǎn)控節(jié)能技術(shù)，保障用戶體驗(yàn)的同時，最大限度地降低數(shù)字化室分的功耗。