5G移动通信网络基于能效的资源管理

2022-01-20虞强

通信电源技术 2021年15期

关键词：能效控制技术能耗

虞强

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

随着信息技术的不断发展和进步，全面提升5G移动通信网络水平具有重要价值，要践行全过程资源监管机制，实现能效最大化的目标，确保5G移动通信网络技术的可持续发展。

1 5G移动通信网络能效资源管理的意义

近几年，移动通信网络能量消耗问题受到了广泛关注，为了减少能耗增多和运行费用支出增多等问题，要积极践行合理化的控制机制。特别是5G移动通信技术，其关键能力优势突出，只有践行合理的能效资源管理方案，才能真正满足5G愿景[1]。

一方面，全面推进5G移动通信网络能效资源管理工作进程，能将能耗控制在可控范围内，维持网络能效的管理水平，真正意义上实现资源成本的节约化管控，为社会稳定和可持续发展提供保障。另一方面，在数据流量以及移动终端连接数量不断增多的时代背景下，5G移动通信网络技术要想实现全面覆盖，就要对基站部署工作予以优化升级，若是沿用传统的模式必然会增加产业的能耗损失，使得发展环境和布局模式不匹配技术标准。因此，要践行基于能效的资源管理结构，从而实现5G移动通信网络技术的科学、可靠化进步。

2 5G移动通信网络基于能效资源管理的路径

为了全面提升5G移动通信网络技术的应用效果，要依据能效管控标准，落实更加合理的资源管理方案，从接入控制技术、功率控制技术以及基站休眠技术等方面入手，实现环保管理和经济效益管理的共赢。

2.1 管理接入控制技术

能效资源管理模式中，借助合理化的资源配置体系，在不改变物理设备的基础上落实相应工作，才能真正实现网络性能和能效资源管理的平衡。在应用网络接入技术的过程中，要将建立统一多模用户匹配网络接入模式作为关键，更好地配合网络技术接入要求，维持用户QoS基础的同时，保证网络整体性能优化和改善工作都能顺利落实。在网络接入技术应用的过程中，因为要满足能效资源管理的需求，所以要多元考量影响因素，涉及信息搜集、信息处理以及选择决策等，确保选择算法评估中对应内容都能落实到位[2]。例如，选取基于用户喜好的接入控制算法以及基于模糊逻辑和神经网络的接入选择策略等，能建构完整的用户体验分析机制，并能更好地满足应用需求，合理提升接入性能，减少能耗的同时提升资源利用率。接入选择控制技术的流程如图1所示。

图1 接入选择控制技术的流程

2.1.1 信息搜集

网络接入选择算法的准备工作，利用扫描或者是接收广播形式完成网络接入，并且实现对用户特性、基站参数以及网络状态的管理，从而进一步提升信道质量管控效果，维持安全性、时延、网络连接时间等管理工作的平衡。最关键的是，在信息收集的过程中要兼顾用户体验和网络整体性能优化状态，从而总结偏好和目的等，为网络接入选择算法的后续工作提供依据[3]。

2.1.2 信息处理

因为原始参数无法直接应用在网络接入选择控制工作环节中，因此要对其进行计算和处理。例如，对评价信道质量的参数予以信息收集，要结合搜集的目标基站信号强度和干扰基站信号强度落实对应的分析工作，加之参数处于不等的数量级，所以无法有效比较。

2.1.3 决策选择

结合搜集并且处理完毕的数据，建立对应的判决模式，然后联动网络接入方案，就能获取包含各个参数公式和计算要求的衡量体系。配合模糊数学、神经网络以及拍卖理论等匹配完整的用户接入网络模式，真正提高整体网络应用的效能[4]。

2.2 功率控制技术

若是依照功率控制的基本方式进行分类，主要分为开环功率控制技术、闭环功率控制技术、外环功率控制技术以及反向功率控制技术等，从而结合对应的应用标准选取适当的功率控制策略。在功率控制工作中，基站和移动设备之间要建立良性的协作信息交流模式，并且功率控制对功率调整对象的管理也非常关键。合理化的功率控制能为基站用户通信质量的优化提供保障，维持基站负载调控的合理性，最大程度上提高能量的应用效率。

第一，在5G移动通信技术全面发展的背景下，高密度重叠覆盖的异构网络架构模式数量会逐渐增多，使得移动数据无论是流量还是终端数量都会增大，这就对基站部署工作提出了新的挑战。要想充分满足绿色通信的标准要求，维护网络能效应用规范性，就要整合功率控制技术要点，建立最低用户数据传输速率环境下最大发射功率的优化算法，从而维持平均吞吐量的具体要求，真正意义上实现应用和场景的管理。

第二，为了更好地发挥宏基站覆盖区域的应用效能，要配合微基站实现合理化分流，减少宏基站调控难度和功耗，为系统容量管理提供支持，并且还能提升网络应用的综合效能，打造更加规范合理的功率控制优化模式，为用户均匀分布管理提供保障。

第三，要基于功率控制技术分析无线网络中灵活带宽共享（Flexible Bandwidth Sharing，FBS）和主脉冲信号抑制的认知特性，配合迭代梯度搜索算法更好地寻找最大化能效功能设置规律，确保能建立完整的算法应用方案，提高网络能效的同时，充分考量资源分配问题，实现接入控制算法和功率控制算法的融合，减少FBS消耗的功率，为Femtocell吞吐量的优化提供支持[5]。

2.3 基站休眠技术

在无线蜂窝网络发展进程不断加快的时代背景下，通信网络能耗也在加重，尤其是基站子系统（Base Station Subsystem，BSS），其消耗的总能耗为60%～80%，所以要想进一步满足能效资源管控要求，就要从减少基站能耗入手。标准基站消耗的总功率主要分为基站发射功率产生的能耗和维持基站基本运行的固定能耗，表示为：

式中，a表示基站总能耗和基站发射功率的正比关系系数，射频放大器损耗等因素都会对其产生影响；b表示固定功耗，与信号处理器蓄电池等辅助设备功耗相关联[6]。

目前，较为常见的基站休眠处理模式中，集中式处理和分布式处理应用较为广泛。其中，集中式基站休眠要配合实际应用要求由集中控制中心统一实现信息的控制和处理，而分布式处理应用则要依据相邻基站建立完整的信息交流，因此若是中央控制节点基站结构，则应用集中式处理模式更加流畅，能及时反馈休眠基站的业务量转移内容和休眠状态基站激活信息等，且时效性更好。基站休眠流程的具体步骤如图2所示。

图2 基站休眠流程

由图2可知，要按照标准化流程内容落实休眠管理方案。首先，完成基站信息的实时性搜集和汇总处理，确保能及时汇总业务量较低或者是无业务量的基站信息，从而实现中控管理工作的统一目标。其次，要对基站进行休眠控制，若是集中式控制方式就借助控制中心发送对应的指令，若是分布式控制中心就需要结合临近基站发送休眠请求和转移量接入请求后，待信息接收成功即可进入对应休眠。最后，休眠执行，进入到休眠状态，此时基站发射的功率要调控到0[7-10]。