基于AI 的5G 基站节能技术探究

汪金萍

（中国移动通信集团青海有限公司，青海 西宁 810000）

1 5G 基站总成

从宏观意义上来看，5G 基站可以看成是信号发射和数据交换转发的系统，通过信号的定向发送，满足各类设备载体的数据传输功能。从具体组成来看，5G 基站是基于功能划分，将核心网、UE 之间进行有效链接，保证协议处理是按照固有的基带逻辑框架而执行的。通过高层与底层的基带协议处理机构、射频机构向基站内的各个处理单元传达指令，保证基站内AAU、BBU、DU、CU 等结构，可实现功能化运转，以此来满足不同情况下的信息传输需求。从功能属性来看，高层与底层的基带协议处理机构在具体作用到协议栈时，可由不同种的组合形式，保证各项功能的落实可精准的作用到系统运行中，但目前应用于协议栈驱动最主要的组成方式为PDCP-RLC 结构，通过高层、底层的独立处理模式，分别完成RRC 与MAC 的功能驱动，且两者均可与射频单元的前端对接口相连接。考虑到5G 组网多元化的特性，其在建设过程中是建立在原有的4G 网络结构之上实现运作的，这就要求整个基站同时满足5G、4G 网络的信息传输需求，在设备选取方面，则应保证组网形态的独立化。首先，CU 网络结构中，其需要以硬件平台为载体，保证平台可将运算模块、交换模块等功能进行集成，进而为人工智能技术的实现提供技术支撑。其次，BBU 网络，其可与CU 支持下的DU 结构共用一个平台，考虑到DU 与BBU 之间存在的功能差异问题，可通过软件修改将两者之间的功能进行整合，以此提高功能实现的稳定性与拓展性。最后，AAU 网络结构中，其作为5G 网络运行的核心，通过与射频模块、天线模块等进行整合，可进一步实现数据信息的高效率传输，但其功能组成具有一定的复杂性，需要密集节点进行支持，以满足不同数据传输场景的需求。

2 5G 基站能耗分析

5G 基站的建设，可有效提高数据传输效率，真正实现数据的多节点、无延时传输。但从5G 实际布局形式来看，5G 基站要想实现全范围覆盖，区域内的基站数量要高于原有的4G 基站数量，且数据信息在传输过程中将消耗一定的网络资源。目前，5G 正逐渐向商业化所转变，针对现有的结构属性来讲，大容量数据信息的传输，令数据呈现出指数型增长的趋势，如果地区内基站建设进度无法满足网络运行需求，必然造成整体基站能源的过量损耗，降低产业收益，无法发挥出5G 网络应有的经济价值。如图1所示，为5G 基站能源消耗的关键点。在计算消耗方面，基站需对数据信息与指令传输模式进行精准预算，查证出不同资源在网络空间中呈现出的能源损耗值，例如主控模块、基带模块、传输模块、电源模块、风扇模块在实际运行过程中产生的能源消耗，BBU 网络在运行过程中，需要对相关联的数据信息进行多功能运算，以保证不同组网之间数据流量的可沟通性。在传输消耗方面，承接设备运行的主要是由功率放大模块、射频模块等，保证资源消耗与功率消耗呈现出一个均衡值，这样便可为信息的定向化传输提供能源供给载体，令基带信号可精准执行转换指令、反馈指令等，且整项传输工作的拓展也可在传输能源的消耗系数之内，以此来提高实际处理效率。在其他能耗方面，则是5G 基站监测系统、照明系统以及系统无用功所产生的能耗，例如5G 基站与市政供电网络之间的线损、全天候监控系统所造成的损耗等。与传统4G 基站消耗结构相比，5G 网络由于消耗更多的能源，机房所承载的能源值消耗比高达75%，且承接AAU 的设备功能性较为繁琐，特别是在功放、信号收发等方面的能源消耗值更大，这就造成原有的4G 传输结构无法满足5G 网络的建设需求，当能源消耗值超出固有的承载值时，将对原有的电力网络结构造成损坏。为此，必须对5G 基站进行节能处理，降低能源消耗比值，增强基站的运行效率。

图1 5G基站能源消耗类型

3 基于AI 的5G 基站节能技术研究

3.1 硬件节能

硬件设备作为5G 基站的重要组成部分，其在运行过程中，也将消耗更多的能源。伴随着5G 技术的商用，集成功能的拓展对硬件设备提出更高的运行需求。对于此，针对5G 基站中的硬件系统进行节能处理时，可从固有的结构、安装工艺、运行原理等为出发点，分析出不同工作状态下，BBU、AAU 结构在运行过程中的能量消耗值，只有这样才可最大限度保证在固有能源消耗值内，系统运行功效的最大化。首先，针对硬件结构进行优化时，可通过5G 基带协议的界定，分析出独立运行模式、过渡运行模式之间的能源消耗值，并查证出基站内部的高消耗部件，通过部件替换，降低功耗器件的能源消耗值。例如，将原有的FPGA 替换为ASIC 芯片，其不仅可提高整个系统的运行效率，还可通过系统集成功能，降低基础功率系数。其次，针对安装工艺来讲，可以现有的硬件集成装置为基础，将硬件平台进行功能化设定，例如将原有的28nm 技术，升级到10nm 技术，这样在安装过程中，相应组件所造成的损耗将随之降低，以减轻基站的整体能耗量。最后，在功耗方面，可适当引入高新技术，对相应运行机构进行封装处理，这样便可为系统提供持续性的优化功能，令设备在同等能源支持下，产生更多的经济效益值。

3.2 软件节能

5G 通信网络业务的开展在时间、空间上呈现出一定的集群性特点，其对于基站静态运行所产生的功耗来讲，则为软件系统提供耦合特性的节能路径。软件节能技术在具体落实时，不是单独作用到静态运行体系内，而是结合不同业务之间的处理特性，查证出当前网络工作开展时的硬件耗损需求，然后结合系统无用消耗程序，适当关闭相应的硬件系统，这样便可减小AAU 结构的运行负担，达到相应的节能需求。目前，软件节能技术可通过三个模块进行实现。第一，符号关断模块。5G 基站内AAU 结构运行过程中，可通过断续结构的射频形式，增强信号系统的容错性。即为AAU 结构在运行过程中，其所产生信号传输具有一定的周期性，当下行符号没有进行信号发送时，则将自动关闭即时传送功能，如果系统呈现出信息传输属性时，则AAU 结构立即运行，两者之间所形成的时间差不会对网络造成接收功能的影响。为此，可对原有的算法进行更新，将用户符号集中在是某一个信息节点上进行定位，便可真正实现智能断接处理，以减轻系统运行中的能源消耗。第二，通道关断模块。此类模块的设定主要是针对AAU 设备来讲的，受到不同业务的处理诉求，在对其进行业务处理时，为达到相应的节能效果，则需在多业务处理时，保证系统处于多节点频发状态。但考虑到通断关闭时，系统所呈现出的约束性问题，则需适当增加信道控制基数，通过提升信道功放值，保证信号上行与下行传输处于一个均衡状态，以增强实际输入效率。第三，小区关断模块。其主要是针对当前区域内5G 信号的覆盖程度，对区域内的容量属性与数据传输属性进行关联分析，确保在整个覆盖体系下，由具体容量决定着小区关断状态，这样便可进一步强化业务容量高与业务容量低之间的权重性，以增强实际节能效果。但在此过程中，应注意的是在针对业务小区进行关断处理时，必须保证业务可全面迁移到覆盖区域内，以满足用户的业务诉求，以真正实现业务域级的处理能力。

4 结束语

综上所述，5G 基站的建设，将加大原有网络能源的消耗比，对于整个网络体系设定而言，不同工艺组成、设备类型等，所产生的消耗值具有一定差异特点。为进一步加强5G 基站的节能效果，则应全面分析出不同操控视域下，设备机构运行所具备的消耗值，然后结合系统功能制定出更为完善的技术体系，提高5G 基站的节能效果。