5G时代基站两大场景节能方案的应用分析

2019-07-23陈建煌

通信电源技术 2019年6期

陈建煌

（中国联通莆田市分公司，福建莆田 351100）

0 引言

2019年，各级政府都在大力推进5G通信网络建设及产业布局。目前，5G典型的10大应用场景如图示1所示。国家需要在5G通信及产业领域占有一席之地，但是网络投资巨大，市场培育还不够成熟。此外，2019年两会政府报告中明确要求，运营商移动网络流量资费降低20%。在用户低资费需求和企业运营成本增加的大背景下，如何降本增效是各运营商需要重点考虑的问题。

图1 十大应用场景示意图

根据中国联通莆田市分公司目前的资料，2G、3G及4G基站能耗占总运维成本的30%，5G基站能耗估算更是可能达到45%（同数量级站点）。5G运营成本主要体现在基站电费支出，所以要重点关注其基站能耗情况。除了由厂家推进和开发新节能AAU设备、BBU设备（低耗能的ROC芯片、中频芯片及基带芯片），在现有机房空调管理技术、开关电源模块休眠技术等节能技术已充分应用的情况下，应从其他渠道挖掘潜力，多路径的降功耗、省电费。

本文将简要分析基站两大场景节能方案在5G网络中的应用。

1 5G射频、基带设备单元

5G基站AAU设备是射频和多天线堆（Mass Mimo）完美结合、高度集成，如图2所示。但是5G基站AAU设备功率和能耗大幅增加，约是4G设备的3倍。5G基站电费是4G基站电费的3～4倍。目前，厂家公布单个AAU功耗1 000 W左右，有业界厂家公布配置S1/1/1单个站，最低能耗达到2 660 W。BBU设备半宽单板功耗约250 W。图3为BBU设备外观示意图。

图2 AAU设备外观示意图

图3 BBU设备外观示意图

2 5G采用BBU池云化集中部署模式

随着网络建设从广覆盖向深覆盖的不断推进，基站站点需求急剧增加，造成可用站点资源数量不断减少。站点资源不足严重影响无线网络覆盖质量，进而影响企业口碑，是当前开展工程建设面临的棘手问题。减少传输网络节点，实现网络扁平化，5G BBU建议优先采用集中放置方式。结合网络及业务发展规划，进行架构节点机房和BBU集中机房的统筹规划，减少机房新建和租赁，降低物业协调难度，节省光缆投资及机房能耗。中国联通莆田市分公司远期的网络规划是构建4G+5G极简目标网。根据现有网络实际情况，同一个市级区域基带设备是同一厂家。这为基带设备整合、节省投资创造了条件。中国联通莆田市分公司已按此方案开始实施，在投资节支、建网速度及节能等方面效果明显[1]。对于显性费用，利旧现网BBU，（图4为共BBU典型网络结构示意图），仅少量站点需新增单板，避免复杂施工；一个BBU，节省约150 W功耗，一年可节省电费1 300元，1 000个站点年省130万元。对于隐性工程成本费用，新增了BBU安装施工、调测等隐性成本。

图4 共BBU典型网络结构示意图

3 无线节能技术应用，AI大数据应用协同控制节能

当前无线网络2G、3G及4G多制式共存。根据相关消息，福建联通2G网络将于2019年6月底退网。如果联通计划开通VoLTE，那么3G基站也将关停，最后形成4G和5G两个制式共存（相当长时间内以NSA网络架构为主）。日益复杂的网络带来能耗快速增加，多模多制式之间的耦合，也给节能带来了极大挑战。为了保证网络性能和用户体验不受影响，运营商对现网的节能设置了严格的生效门限，仅释放了小部分节能增益，网络还存在巨大的节能空间。基于网络架构集中化处理、云计算平台及无线节能方案技术应用，利用网络业务负载在时间和空间上的波动性，实现在低话务情况下，尽量迁移用户到低频（负荷转移），关闭高频做深度节能（频率越高，带宽就越大，降低速率与网络的连接速度，可以暂时降低设备能耗），特别是在24:00—6:00时间段（基站休眠模式）。AI大数据应用协同，构建节能和性能的关联模型；将基站分为零负荷、轻负荷、正常负荷及重负荷四种工作状态；依据模型，并根据基站工作状态动态调整节能参数（关制式、关载波、关通道、关频段及负荷均衡等动态调节措施），调整各个基站发射功率，从而达到基站覆盖面积伸缩的效果，如图5所示。

图5 基站发射功率

保证网络性能的同时，充分挖掘网络节能潜力，实现从单制式节能走向系统级调度。运营商已应用此成熟技术，且节能效果明显，如表1所示。其中，对于现网测试，每站点电费年节省电费支出1 350元左右；频段为1 800 MHz与2 100 MHz。典型网络配置下，可以降低基站能耗10%～15%，有效降低了运营成本支出（OPEX）。如果将该技术应用于5G，能耗降低会更为显著[2]。