基于LTE网络的智能关断技术研究

李韶英　庄湛海　倪伟彬

通过对基站射频智能关断、载频智能关断、PSU智能关断、通道智能关断、符号智能关断、MBSFN子帧调整关断等智能关断技术进行研究，分析比较各种智能关断技术的优缺点和适用场景，为运营商在4G网络建设的同时实施节能减排提供了技术参考。

Based on the research on the intelligent shutdown technologies of base station， such as radio frequency， carrier frequency， PSU， channel， symbol， MBSFN sub-frame adjustment， the advantages and disadvantages and applicable scenarios of the intelligent shutdown technologies are analyzed. It provides a reference for the 4G network construction of operators with energy conservation and emission reduction.

LTE energy conservation and emission reduction intelligent shutdown

1 前言

与传统的通信技术相比，LTE通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。因此，LTE被运营商寄予厚望，全球主流运营商无一例外都投入了LTE的建设和部署，推动LTE网络范围不断扩大，用户规模更是快速增长。

然而，在LTE移动网络快速推进的同时，也会带来能耗的快速增长。以某省运营商为例，前期部署1.8万个LTE基站，1年的耗电量约为4.7亿度，而随着网络的不断发展建设，能耗将会进一步增加。针对以上问题，本文将对基于LTE网络的智能关断技术进行研究。

2 智能关断技术方案

移动通信网络具有典型的“潮汐效应”，在不同时间、不同地域网络容量差别非常大，目前的网络是按照用户的最大需求来设计的，因此在移动网络运营中一般为了达到更大的容量和更好的网络质量，基站会尽可能地以最大功率发射，而这样会产生较高的能耗，造成密集基站间的干扰，在抬升整体底噪的同时降低了系统的服务质量。为了降低基站能耗，提升服务质量，可采用多种智能关断技术，即当1个小区的资源利用率相当低时，基站在保证网络基本KPI的基础上，可通过相应的节能手段以减少单个基站功率消耗，对节能减排有重要的应用价值。

如图1所示，移动网络每天的话务量基本都有闲时和忙时的概念，一般在10点和19点会出现峰值忙时，此时忙时话务量达到最高，而在其他时间（如0—8点）话务量就比较低，无线网络在做容量配置时一般要满足忙时话务量的需求，所以在闲时利用率会比较低。智能关断技术正是利用了话务量的这一特性，在闲时话务量低时通过硬件或软件关断等方法，以达到节能减排的目的。

现阶段业界支持的共有6种智能关断技术，分别是基站射频智能关断、载频智能关断、PSU智能关断、通道智能关断、符号智能关断、MBSFN子帧调整关断。

2.1 基站射频智能关断

基站射频智能关断的技术原理是当本基站的用户数目小、基站的负载较低时，可以关闭本基站射频，同时周围基站进入节能补偿模式，通过提高发射功率等一系列措施扩大其覆盖范围，以弥补节能基站射频休眠时产生的网络覆盖区域的空白。

在城区和密集城区环境中，运营商有可能会用多个LTE频点来进行覆盖，在保证覆盖的同时满足数据容量的要求。一般来说，低频段频点作为覆盖小区，高频段频点作为容量小区，在业务量低时，可以选择关闭容量小区，仅保留覆盖小区，以维持原有的LTE数据覆盖和基本流量要求；在业务量高时，则唤醒小区来满足大数据量的要求。

智能小区关断流程如图2所示。基站1为容量小区，在流量低时，通过X2接口的基站配置更新消息通知基站2、3、4，告知基站1即将关闭，此时基站2、3、4测试自身业务量较低时，回复基站1可以进行关断。

根据实验室测试数据，假设1个LTE基站带3个RRU，关闭所有的RRU最高可以节约80%的耗电量，FDD与TDD基站设备节电效果较好，但考虑到目前仍是4G网络的建设初期，LTE基站分布稀疏，为了保证LTE的网络覆盖，不建议现阶段大规模地使用基站射频智能关断技术，可以在体育馆、展览馆等话务突发性场景少量应用。

2.2 载频智能关断

载频智能关断的技术原理是当本载频上的用户数较少时，将用户迁移到别的负荷允许的目标基础载频上，关闭本载频以节约能耗；当其他小区的负载超过门限时，再打开载频。

在载频智能关断的控制上，可以从时间和话务量这2个维度上进行控制。在时间维度上，可以设置载频智能关断的时间，如每天的0—7点开启此功能；在话务量维度上，当某个小区的信道占用数低于某个值时，选择1个空闲载频进行关断，当某个小区的信道占用数高于某个值时，可以开启1个关断的载频。这2个维度可以单个使用，也可以同时使用，不同设备厂商的实施策略会有一定的差异。

根据实验室测试数据，采用载频智能关断技术在话务闲时RRU能够节能20%左右，但是目前大多数的LTE基站只配置了1个载频，能够关断载频的基站数量并不是很多。另外，该技术的成熟度也有待验证，主要是因为依据话务量进行载频开关不能实时进行，一般是5—15分钟为1个判断周期，当有突发话务发生时，就会造成接入失败或者掉话。因此，该技术不建议在VIP基站中使用。

2.3 PSU智能关断

PSU模块为电源供电单元，支持将110V/220V AC转换成-48V DC。一般情况下，PSU的个数根据基站最大功耗要求进行配置，以确保基站在最大负荷下也能正常工作。但是在大多数场景下，基站不会满负荷地运行，这就意味着PSU并非始终满功率输出，通常PSU的转换效率与其输出功率成正比，而转换效率的降低将会直接影响基站的整体功耗，基站在使用多个PSU供电时，PSU智能关断功能可根据实际的负载情况关闭1个或者多个PSU。endprint

PSU智能关断技术原理如图3所示。基站在闲时可以通过关闭多个PSU模块来减少功耗，在忙时通过开启多个PSU模块来满足高负荷。此功能使PSU始终保持在高转换效率，从而达到降低基站功耗的目的。

根据实验室测试数据，基站使用该功能在闲时最多能够节能20%，FDD与TDD设备几乎没有差异，需要运用在有多个电源模块的基站，对现网影响小，可操作性强。

2.4 通道智能关断

通道关断是针对多通道的RRU，其中通道即收发链路，如8通道RRU有8个振元，所以需要8根馈线，RRU的每个通道就对应了一路天馈。

如图4所示，通道智能关断的技术原理是当本小区上没有用户且当前进入某个设定时间段时，关闭本小区的部分发射通道以节省能耗。由于该功能是在没有用户的情况下关闭部分通道上的载频，关闭通道后eNodeB会提升参考信号的发射功率，以保证系统的覆盖。

对于LTE基站，由于采用了2*2MIMO，可以在话务量少的情况下关闭一定比例的通道。以8通道设备为例，在凌晨话务少时关闭一半的通道（共4个通道），采用该技术可以节约15%的电量。

根据实验室测试数据，基站使用该功能在闲时能够节能15%，现阶段FDD以4通道、TDD以8通道为例，适用于话务量低的场景，由于现网多配置多通道RRU，可以在话务量低时关闭一定比例的通道，可实施性强。

2.5 符号智能关断

符号智能关断的技术原理是当小区在业务量负载低时，部分时隙上的一些符号处于空载状态，系统会自动关闭“没有数据发送”的符号周期内的功放，以达到节省功耗的目的；当有新的业务接入时，关闭的时隙则立即进入工作状态，不影响正常业务。

在1个子帧中，eNodeB动态检测哪些Symbol没有数据发送，并在这些“没有数据发送”的Symbol周期内关闭功放。如图5所示，在Symbol中1、2、3、5、6周期内可以关闭功放，闲时可节省约10%的RRU功耗。

该技术在闲时最多可以节省10%的耗电量，适用于话务变化明显的站点，如商场、办公楼等，但是系统实现要求较高，会造成系统调度效率的降低，故不适合大规模使用。

2.6 MBSFN子帧调整关断

MBSFN用来发送多媒体广播多播业务。MBSFN子帧调整关断是指在部分子帧没有用户数据收送时，将没有用户数据收送的子帧配置成MBSFN子帧，以便关闭更多符号，达到节能的目的。

MBSFN子帧的配置信息位于广播消息SIB2中，当MBSFN子帧的配置信息发生变化后，基站可以利用寻呼消息通知空闲态终端，采用RRC消息通知连接态终端其配置发生变化。

如图6所示，普通子帧由于存在导频等符号，正常可以关断的符号个数是10个，当配置成MBSFN子帧时，可关断的符号个数达到13个，提升30%。MBSFN调整关断技术可以降低基站的能耗，并且经过3GPP的评估后认为该技术对于网络和终端都无影响，但是目前存在的主要问题是现网的大多数厂家并不支持该技术，因此该技术不建议大规模使用。

3 总结与建议

综上所述，针对多种智能关断技术的节能效果、运用场景与建议具体如表1所示。

通过研究分析可知，PSU智能关断、通道智能关断的可实施性较强，具有良好的节能效果，对现网和业务的影响较小，因此建议在现网进行推广。下面给出一些场景中的基本原则：

（1）学校：根据寒暑假对高校的基站进行扩容载频的关停，只保留基本载频，在假期结束后重新开启。

（2）城区：在凌晨对夜间话务量较低的覆盖型基站进行容量载频的关闭，对重叠覆盖较多的容量型基站可以进行射频关断。

（3）农村：在夜晚对覆盖作用不大的容量型基站进行射频关断，保留覆盖型基站，以保证网络的基本覆盖。特殊场所如体育场馆、大型剧院等在夜晚可以进行射频关断，在其他的一些话务量较低的时段可以保留基本载频，关断容量载频。

（4）热点地区室分系统：对于商场、写字楼、地铁中的室分系统，在夜晚无人区可以进行射频关断。

（5）保证网络的基本覆盖，对于基站属性为高速覆盖以及重要机关和场所不做关断。在实施的过程中需要注意如下：

4 结束语

本文通过对基于LTE网络的智能关断技术进行研究，比较分析了各种智能关断技术的优缺点和适用场景，能帮助运营商制定合理、有效的LTE基站节能减排措施，减少网络运营的耗电量，降低成本支出，提高经济效益，为运营商的节能减排工作提供了参考。

参考文献：

[1] 彭军. 推动“绿色行动计划”营造健康产业环境[J]. 通信技术与标准， 2010（4）： 26-38.

[2] 刘涛. 移动通信基站的综合节能[J]. 电信工程技术与标准化， 2006（6）： 32-34.

[3] 秦延奎，等. 电信行业节能减排技术、方法与案例[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[4] 王泽力. 中兴通讯绿色基站构建无线环保网络[N]. 通信产业报， 2012-02-20.

[5] 3GPP R2-101824. Energy Saving Techniques for LTE[S].endprint

PSU智能关断技术原理如图3所示。基站在闲时可以通过关闭多个PSU模块来减少功耗，在忙时通过开启多个PSU模块来满足高负荷。此功能使PSU始终保持在高转换效率，从而达到降低基站功耗的目的。

根据实验室测试数据，基站使用该功能在闲时最多能够节能20%，FDD与TDD设备几乎没有差异，需要运用在有多个电源模块的基站，对现网影响小，可操作性强。

2.4 通道智能关断

通道关断是针对多通道的RRU，其中通道即收发链路，如8通道RRU有8个振元，所以需要8根馈线，RRU的每个通道就对应了一路天馈。

如图4所示，通道智能关断的技术原理是当本小区上没有用户且当前进入某个设定时间段时，关闭本小区的部分发射通道以节省能耗。由于该功能是在没有用户的情况下关闭部分通道上的载频，关闭通道后eNodeB会提升参考信号的发射功率，以保证系统的覆盖。

对于LTE基站，由于采用了2*2MIMO，可以在话务量少的情况下关闭一定比例的通道。以8通道设备为例，在凌晨话务少时关闭一半的通道（共4个通道），采用该技术可以节约15%的电量。

根据实验室测试数据，基站使用该功能在闲时能够节能15%，现阶段FDD以4通道、TDD以8通道为例，适用于话务量低的场景，由于现网多配置多通道RRU，可以在话务量低时关闭一定比例的通道，可实施性强。

2.5 符号智能关断

符号智能关断的技术原理是当小区在业务量负载低时，部分时隙上的一些符号处于空载状态，系统会自动关闭“没有数据发送”的符号周期内的功放，以达到节省功耗的目的；当有新的业务接入时，关闭的时隙则立即进入工作状态，不影响正常业务。

在1个子帧中，eNodeB动态检测哪些Symbol没有数据发送，并在这些“没有数据发送”的Symbol周期内关闭功放。如图5所示，在Symbol中1、2、3、5、6周期内可以关闭功放，闲时可节省约10%的RRU功耗。

该技术在闲时最多可以节省10%的耗电量，适用于话务变化明显的站点，如商场、办公楼等，但是系统实现要求较高，会造成系统调度效率的降低，故不适合大规模使用。

2.6 MBSFN子帧调整关断

MBSFN用来发送多媒体广播多播业务。MBSFN子帧调整关断是指在部分子帧没有用户数据收送时，将没有用户数据收送的子帧配置成MBSFN子帧，以便关闭更多符号，达到节能的目的。

MBSFN子帧的配置信息位于广播消息SIB2中，当MBSFN子帧的配置信息发生变化后，基站可以利用寻呼消息通知空闲态终端，采用RRC消息通知连接态终端其配置发生变化。

如图6所示，普通子帧由于存在导频等符号，正常可以关断的符号个数是10个，当配置成MBSFN子帧时，可关断的符号个数达到13个，提升30%。MBSFN调整关断技术可以降低基站的能耗，并且经过3GPP的评估后认为该技术对于网络和终端都无影响，但是目前存在的主要问题是现网的大多数厂家并不支持该技术，因此该技术不建议大规模使用。

3 总结与建议

综上所述，针对多种智能关断技术的节能效果、运用场景与建议具体如表1所示。

通过研究分析可知，PSU智能关断、通道智能关断的可实施性较强，具有良好的节能效果，对现网和业务的影响较小，因此建议在现网进行推广。下面给出一些场景中的基本原则：

（1）学校：根据寒暑假对高校的基站进行扩容载频的关停，只保留基本载频，在假期结束后重新开启。

（2）城区：在凌晨对夜间话务量较低的覆盖型基站进行容量载频的关闭，对重叠覆盖较多的容量型基站可以进行射频关断。

（3）农村：在夜晚对覆盖作用不大的容量型基站进行射频关断，保留覆盖型基站，以保证网络的基本覆盖。特殊场所如体育场馆、大型剧院等在夜晚可以进行射频关断，在其他的一些话务量较低的时段可以保留基本载频，关断容量载频。

（4）热点地区室分系统：对于商场、写字楼、地铁中的室分系统，在夜晚无人区可以进行射频关断。

（5）保证网络的基本覆盖，对于基站属性为高速覆盖以及重要机关和场所不做关断。在实施的过程中需要注意如下：

4 结束语

本文通过对基于LTE网络的智能关断技术进行研究，比较分析了各种智能关断技术的优缺点和适用场景，能帮助运营商制定合理、有效的LTE基站节能减排措施，减少网络运营的耗电量，降低成本支出，提高经济效益，为运营商的节能减排工作提供了参考。

参考文献：

[1] 彭军. 推动“绿色行动计划”营造健康产业环境[J]. 通信技术与标准， 2010（4）： 26-38.

[2] 刘涛. 移动通信基站的综合节能[J]. 电信工程技术与标准化， 2006（6）： 32-34.

[3] 秦延奎，等. 电信行业节能减排技术、方法与案例[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[4] 王泽力. 中兴通讯绿色基站构建无线环保网络[N]. 通信产业报， 2012-02-20.

[5] 3GPP R2-101824. Energy Saving Techniques for LTE[S].endprint

PSU智能关断技术原理如图3所示。基站在闲时可以通过关闭多个PSU模块来减少功耗，在忙时通过开启多个PSU模块来满足高负荷。此功能使PSU始终保持在高转换效率，从而达到降低基站功耗的目的。

根据实验室测试数据，基站使用该功能在闲时最多能够节能20%，FDD与TDD设备几乎没有差异，需要运用在有多个电源模块的基站，对现网影响小，可操作性强。

2.4 通道智能关断

通道关断是针对多通道的RRU，其中通道即收发链路，如8通道RRU有8个振元，所以需要8根馈线，RRU的每个通道就对应了一路天馈。

如图4所示，通道智能关断的技术原理是当本小区上没有用户且当前进入某个设定时间段时，关闭本小区的部分发射通道以节省能耗。由于该功能是在没有用户的情况下关闭部分通道上的载频，关闭通道后eNodeB会提升参考信号的发射功率，以保证系统的覆盖。

对于LTE基站，由于采用了2*2MIMO，可以在话务量少的情况下关闭一定比例的通道。以8通道设备为例，在凌晨话务少时关闭一半的通道（共4个通道），采用该技术可以节约15%的电量。

根据实验室测试数据，基站使用该功能在闲时能够节能15%，现阶段FDD以4通道、TDD以8通道为例，适用于话务量低的场景，由于现网多配置多通道RRU，可以在话务量低时关闭一定比例的通道，可实施性强。

2.5 符号智能关断

符号智能关断的技术原理是当小区在业务量负载低时，部分时隙上的一些符号处于空载状态，系统会自动关闭“没有数据发送”的符号周期内的功放，以达到节省功耗的目的；当有新的业务接入时，关闭的时隙则立即进入工作状态，不影响正常业务。

在1个子帧中，eNodeB动态检测哪些Symbol没有数据发送，并在这些“没有数据发送”的Symbol周期内关闭功放。如图5所示，在Symbol中1、2、3、5、6周期内可以关闭功放，闲时可节省约10%的RRU功耗。

该技术在闲时最多可以节省10%的耗电量，适用于话务变化明显的站点，如商场、办公楼等，但是系统实现要求较高，会造成系统调度效率的降低，故不适合大规模使用。

2.6 MBSFN子帧调整关断

MBSFN用来发送多媒体广播多播业务。MBSFN子帧调整关断是指在部分子帧没有用户数据收送时，将没有用户数据收送的子帧配置成MBSFN子帧，以便关闭更多符号，达到节能的目的。

MBSFN子帧的配置信息位于广播消息SIB2中，当MBSFN子帧的配置信息发生变化后，基站可以利用寻呼消息通知空闲态终端，采用RRC消息通知连接态终端其配置发生变化。

如图6所示，普通子帧由于存在导频等符号，正常可以关断的符号个数是10个，当配置成MBSFN子帧时，可关断的符号个数达到13个，提升30%。MBSFN调整关断技术可以降低基站的能耗，并且经过3GPP的评估后认为该技术对于网络和终端都无影响，但是目前存在的主要问题是现网的大多数厂家并不支持该技术，因此该技术不建议大规模使用。

3 总结与建议

综上所述，针对多种智能关断技术的节能效果、运用场景与建议具体如表1所示。

通过研究分析可知，PSU智能关断、通道智能关断的可实施性较强，具有良好的节能效果，对现网和业务的影响较小，因此建议在现网进行推广。下面给出一些场景中的基本原则：

（1）学校：根据寒暑假对高校的基站进行扩容载频的关停，只保留基本载频，在假期结束后重新开启。

（2）城区：在凌晨对夜间话务量较低的覆盖型基站进行容量载频的关闭，对重叠覆盖较多的容量型基站可以进行射频关断。

（3）农村：在夜晚对覆盖作用不大的容量型基站进行射频关断，保留覆盖型基站，以保证网络的基本覆盖。特殊场所如体育场馆、大型剧院等在夜晚可以进行射频关断，在其他的一些话务量较低的时段可以保留基本载频，关断容量载频。

（4）热点地区室分系统：对于商场、写字楼、地铁中的室分系统，在夜晚无人区可以进行射频关断。

（5）保证网络的基本覆盖，对于基站属性为高速覆盖以及重要机关和场所不做关断。在实施的过程中需要注意如下：

4 结束语

本文通过对基于LTE网络的智能关断技术进行研究，比较分析了各种智能关断技术的优缺点和适用场景，能帮助运营商制定合理、有效的LTE基站节能减排措施，减少网络运营的耗电量，降低成本支出，提高经济效益，为运营商的节能减排工作提供了参考。

参考文献：

[1] 彭军. 推动“绿色行动计划”营造健康产业环境[J]. 通信技术与标准， 2010（4）： 26-38.

[2] 刘涛. 移动通信基站的综合节能[J]. 电信工程技术与标准化， 2006（6）： 32-34.

[3] 秦延奎，等. 电信行业节能减排技术、方法与案例[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[4] 王泽力. 中兴通讯绿色基站构建无线环保网络[N]. 通信产业报， 2012-02-20.

[5] 3GPP R2-101824. Energy Saving Techniques for LTE[S].endprint