面向5G 移动网络绿色通信关键技术研究

张伟 曹效义

（内蒙古电力经济技术研究院 内蒙古自治区呼和浩特市 010000）

在现阶段，我国正处于飞速发展时期。在信息化时代背景下，对于信息的处理以及接收速度实现了大范围的提升，为我国居民的生活、工作创造良好的环境。基于大数据时代的特征，人们的数据规模以及数据传输数量也愈发庞大。但现有的网络通信技术很难提供有力保障，因此在全新的信息决策下，绿色通讯技术应用而生。利用现有的网络通信技术，结合绿色发展理念，使数据能够更好的实现接纳、吞吐。5G 通信方向为信号的有效传递提供了强有力的保障，5G 技术与4G 技术相比，5G 技术的容量较大，同时传输速度极快。通过数据研究显示，与4G 相比，5G 技术的速度是4G网络的100 倍。使用5G 网络几乎无延迟，其反应时间要小于1ms。基站在接入网络后，就会有一定的耗能。因此，5G移动网络绿色通信可以更好的解决功耗，实现节能减排，确保5G 技术能够实现全面发展。

1 绿色通信技术的设备器件

1.1 基础器件

面向5G 移动网络通信技术，为了更好的实现其系统的能量效率，就必须考虑系统内部各环节的运行模式。例如，整个无线通讯系统中，分析基站能耗，为了分析基站功耗的数据，需要就目前基站的效率进行分析。一般而言，在基站系统上，效率包含了两部分，分别为基站收发效率以及基站控制效率。绝大多数的能量被功耗放大器所消耗，因此在相应的传输距离中，可以抵消一定程度路径损耗。目前，我国集中于增大功率放大器，在研究上通过开关模式放大器，可以有效的提高放大器的相应功率。作为一种全新的调节技术，其信号网络可以针对于峰值、功率带来一定程度的变化，可以更好的接收到信号，保障系统具备高限度性。此外，根据协作中继无线信号，在传递过程中有可能会产生各种损耗以及衰减影响，确保5G 技术能够更好的实现融合。通过基站发射足够的功率，确保能够更好的达成区域有效覆盖。但有可能会出现基站以及手机自身能耗增加的问题。在中继方式上，将基站以及移动用户的路径划分为不同的短链路，可以更好的降低不同损耗所带来的无线信号影响。在研究中，了解到未来的中继方式，减少系统在传输过程中出现的信号损失问题。目前，中继信号包含了两种形式，即中期节点以及网络终端。其中，相应的固定资产会造成资源的浪费。但相比而言，协作可以保障在覆盖条件下使用低功率，实现发送。与基站以及移动用户可以更好的完成衔接，通过设定路线以及接口，且能够针对移动用户机电的特点，可以提高速率，保障系统的稳定性。但算法必须有相应的协议支持，这对系统的运行产生了一定的难度。

1.2 网络层

在网络层次上，无线网络的能量损耗与其应用场景、网络大小等有密切关联。同时，也与用户有着直接的联系。对于网络层面而言，降低网络能耗，可以更好的完成网络部署，实现移动蜂窝网络的建设，给用户带来全新模式的介入。方便用户能够在现有基础上完成更加优异的服务，实现全方面的建设改进。解决目前出现的重复建设问题，实现资源利用的最大化，有效避免资源浪费，解决出现的潜在不足。按照其异构网络架构，根据用户密度以及移动性的不同，网络的部署特点对用户协议带来基本保障。而在相应的传输上，可以采用多种基站为同一用户服务的方式，不仅能够避免因各种传输导致的信号泄露问题，同时还能够有效提高容量以及能效。在中继节点的优势下，确保5G能够达到可运行的标准，拓展其相应的区域覆盖面积。此外，降低发射功率，利用网络层，不仅能够避免成本的不良损耗，同时分布式天线技术整合还能够解决小区出现的信号问题。配备多个分布式天线收发机以及集中的基站处理器，不仅能够提高频谱效率，还能够减少发生功率。在分布式天线模型上，整体设计较为复杂，但可以减少多个用户的延迟性。根据未来的传播需要，对区域提高传播功效，减少网络发射能量，满足绿色通信的要求。

在小区缩放上，目前移动通信的发展过程使用户对于高数据的速度要求增高。移动网络迈向微小区以及家庭基站的方向，这种全新的改变方法将降低系统的冗余损耗。在传输过程中，数据自身有波动性以及突发性。因此，对于小区基站的能量消耗较为严重。在小区内所使用的流量，在白天以及夜晚出现峰值差异，且在城市的中心地段，白天所使用的流量与夜晚相比，也会呈现增大的趋势。因此。小区双方可以更好的确保5G 数据的有效传递。例如，将用户随机分配至蜂窝网络中，蜂窝网络拥有众多的小区，若其网络系统检测到用户移动至某小区内，该小区会出现拥挤的问题，缩小小区范围，减少小区拥挤现象。且与该小区相邻的小区会自动增大，解决小区内的信号覆盖问题，确保所有用户都能够得到满足信号。此外，若移动用户已移出该小区，该小区的周围小区相应的信号面积也会自动缩小，该小区信号会增大。若相邻小区的容量过大，则该小区的移动基站会暂时休眠，避免出现损耗。在绿色通信协议下，小区基站可以降低能量消耗。我国在绿色节能减排措施中，对该技术进行大力推广。因此无线通讯朝向绿色方向发展，是一种全新的趋势。在重视通信技术容量的同时，也必须注重通信技术的效率。在未来的发展中，绿色无线通信技术将会广泛应用，从而为社会环境的建设做出巨大的贡献。

2 5G技术的要点分析

5G 技术是自4G 网络后新兴的一种通讯技术。5G 网络技术传播速度极快，减少了信号延迟时间。5G 技术可达毫秒级别，同时5G 网络容量的提高还具备绿色化的优势。可以解决目前通讯网络基站高能耗的现象，作为一种极为先进的蜂窝移动通讯技术，随社会进步以及网络发展，人们对于网络需求愈加增长。因此，对于网络品质的要求也变得较高。5G 网络紧跟时代步伐，更好的满足了现阶段的网络需要。提高用户的网络体验，且5G 技术更好的实现物联网的需求，可以提供相应的设备，实现有效衔接。具备超大网络容量、数据传输快的特性，用户在使用5G 网络时，不会出现卡顿以及明显延迟，可以满足高清电影、地图实时共享的大容量信息传播的需要。例如，在物联网购物时，每到特殊节日，相关的网站有可能会出现服务器崩坏、瘫痪、崩溃。而借助5G 网络，其网络容量较大，传播速度较快，可以满足一切网络需求，解决了用户使用量大，造成网络瘫痪的隐患。5G 网络技术还被应用于火车站、图书、自动驾驶汽车等领域，具有非常之高的优势。而绿色通信的推广，是结合目前我国电信领域耗电量逐年增加所引发的各项问题，因此提出的一项改进措施。根据相关电量耗能结果显示，通信行业一年内的平均能量消耗大约在300 亿度电左右，且呈现上升趋势。这就导致二氧化碳排放量占据全球排放总量的2%，对生态环境造成了明显影响。且随着第4 代移动网络在我国大规模部署下，5G 移动通讯技术的研发实现了运营阶段。可以预见的是，5G 是未来通信技术的增长点。因此，绿色通信概念引起了我国的重视。降低污染排放，将其作为节能减排的目标，实现最终目的，解决目前出现的各项不足。绿色通信实现通讯效果的提升，因此在接入网络基站上，不仅能够实现现阶段的网络绿色通信发展。同时，对于5G 未来通信网络还能够融合能量效率的指标，有重要体现。在绿色网络通信技术的分析中，现阶段在经济可持续发展背景下，移动通讯技术的无线接入网耗能较大。为了更好的提升对于能量使用的效率，完成绿色通讯以及核心素养的要求，因此对接入网中的基站节点技术进行研究。在绿色通信中，包含了三种技术。

（1）为节能技术，该技术可以显著提高通讯基站中的耗能，实现绿色通信。

（2）链路的分解功能，通过合理的资源调度措施，保障其高效的传播技术。

（3）网络级的节能技术，通过缩短用户以及接入点之间的距离，实现对外能耗的有效降低。

3 面向5G绿色通信的关键技术

3.1 异构网络能效模型

结合信息的相关容量传输需求，可以保障数据传播的速率能够得到有效提升，实现能量消耗的降低。目前，网络用户对于无线蜂窝数据的需求量不断上涨，将会导致网络能量耗能的剧增。绿色通信技术需要关注性能以及能耗之间的权衡，应对未来5G 移动通信网络异构化的问题，成立统一的能效模型，将其作为全新的协调基础。在未来，各类异构化的网络能量效率的测量主要标准工作，便是建立相应的网络模型。在其网络能效上，针对于移动网络进行评估。评估方法采用单位面积能耗以及单位比特消耗评估方法。在异构网络的容量模型上，其泛指所基于映射表面所获取的用户数据。以数据传输的映射表格为基础，可以直接作用于系统级的网络能效中，实现系统容量的设计。在基站能耗模型上，能够对通信技术的能耗技术以及基站能量消耗进行评估。

3.2 高能效小站密集模型

在高能效小站密集模型上，高能效小站密集模型在一定程度上，能够更好地完成能量效率的提升以及系统容量的优化。此技术能够实现5G 通信网络技术的性能指标以及效率的有效成长。在移动通信网络中，其网络的部署环境较为复杂。因此，需要全面均衡并调节网络中的5G 节点，确保用户业务的分布密集情况。且能够根据选择的难易程度，使其能够安置在不同的位置，给更多用户提供相应服务。承载的网络流量越多，越能够有效的提高网络整体能效。在同一小区或同一环境内，加设小站的安装数量，能够更好的分担宏基站的网络负担，提升网络传播速度，降低能耗。小站自身也存在着一定问题，因此需要解决目前干扰性较强的网络环境，确保用户能够处于干扰较少的体系内，提高用户的使用效率。同时，还能够提供更多的系统容量。另一方面，在小站配置的过程中，需要切实可行的结合实际环境以及需要量，对小站的方案进行制定，以达到最佳的降低能耗损效果，实现绿色通信（如图1 所示）。

图1：小站联合休眠/唤醒流程图

3.3 高效网络拓扑形式控制

在高效网络拓扑形式控制上，基于蜂窝移动的形式，能够向移动网络中的用户分布不均等问题进行解决。在不同时间段，相应的5G 通信业务的使用量存在着较大差异。因此，此种差异性为5G 通信网络技术的设计提出了一定的要求以及限制。为了更好的保障能够在业务量较大时间段满足用户的正常使用，而同时在业务量较小时能够节省能源消耗，适应网络控制机制。网络拓扑结应运而生。网络拓扑结构可以有效的对数据进行控制，其整体由休眠以及唤醒操作方案组成。在方案中，通过智能用户的业务量需求系统进行检测，在业务量增长符合设置的规定函数变化时，整个基站系统处于唤醒状态，此类技术能够与之匹配的移动通信流量。相反，若处于休眠状态，这种技术能够更好的检测潜在的数据流通，以便能够在数据量突然增大的前提下解决目前存在的数据量延迟的问题。为5G 绿色通信技术提供了重要的技术支撑，贯彻我国绿色通信的任务目标，更好的保证通信行业的后续优化。

3.4 推广有效的绿色节能技术

在推广有效的节能技术上，包含了器件节能技术、网络节能技术以及链路节能技术。其中，在器件节能技术上，5G 网络通过提升器件的性能，从而有效减少损耗。采用先进的器件调度方法，可以对相应的网络信息进行处理，优化高耗能器件，从而达到节能的效果以及目的。例如，以LTE系统为例，需要进行调节并根据峰值的变化进行功率比的分析。因此，很有可能会导致功率降低。针对此问题，可以通过信号网络进行峰值因子的缩减工作，降低基站功耗，实现绿色通信目标。

而在网络级节能技术上，网络节能技术通过链路传输技术作为基础，减少能耗工作。在绿色通讯技术中，网络节能技术非常重要。网络节能技术的工作原理，可以通过实现接入点与用户之间的融合，降低在传输过程中出现的消耗。小站作用在此中间发生的传输引导机制非常重要，起到全新的连接效果。在同一小区中，通过增加小站的方式，能够有效承担整个网络的压力，提高网络使用率，保障网速。但小站自身有可能会存在一定程度的能量消耗，导致网络受到干扰，因此，给小区的网络质量带来一定的问题。针对此类问题，需要通过X2 接口进行协调，避免出现网络干扰。

而在链路及节能技术上，网络在传播过程中，消耗的能量占整个功耗的比例较低。因此，减少传输过程中基站消耗的能量，可以有效地实现耗能的缩减，实现节能效果。对于链路传输功率的优化，主要体现在无线传输损耗传输性能，以及超密集异构网络造成的复杂度，进而有效减少相应损耗，实现损耗的有效控制（如图2 所示）。

图2：高能耗on/of 算法仿真能耗分析

3.5 优化自组织网络技术

在自组织网络技术的架构上，新增网络节点的配置能够具备成本低以及安装便捷的特点。通过对于网络性能的提升以及工作量的减少，确保实现降低能耗的目标。在自组织网络技术中，通过UE 以及ENB 的测量，可以对网络管理参数进行优化。通过自检测系统，也能够进行自动分析以及数据的解决，从而提高网络质量，具备极佳的用户体验感。在ENB 以及UE 处于开机状态时，通过小区的搜索功能，还可以更好的完成同步，并获得PHYID。通过对于PBCH 的读取，得到系统的宽带信息，包含配置信息。通过用UE 测量信号强度，随后根据小区的中心频点，在周围接收PSS 以及SSS。这两个信号是系统配置过程中的固定信号，该信号以5ms 作为周期进行重复。因此，可以获得小区ID，并通过PBCH得到系统的帧率以及相应的宽带信息（如图3所示）。

图3：路由方案设计分析

通过移动网络高能耗的网络编码方案，可以更好的解决目前自组织网络技术推广不足的问题。例如，网络编码技术是信息领域的一大突破，以往传统的网络节点传输方式是数据储存以及转发。因此，除数据的源节点以及目的节点外，仅对数据进行转发，不做任何其他处理，但这也会带来在中间节点进行数据加工处理过程中，有可能会带来吞吐量的下降。导致传输效率以及能耗的增大，无法实现很好的提升。因此，通过移动网络高能耗网络编码技术的方案研究及相应措施，可以更好地解决目前存在的各项纰漏。通过控制功率出现的地点以及时间，实现绿色通信的节能关键技术。做到了功耗控制的统一性，且随着后续智能化方向的全面改进，挖掘移动网络节点丰富的通信计算机动画，在未来的3～5 年将是此领域得到重大突破的基础。融合通过多维可拓展的网络资源，获得网络能力，用户体验以及能量效率的最大提升，保障绿色通信技术的有效推广。

6 结束语

综上所述，在绿色通信网络技术的优化中，以5G 为基础背景，可以更好地实现绿色通信技术的全面改进。对于绿色通信的必要性以及涉及到的相关技术进行分析，数据信息的需求量较大。为了保障通讯质量，并基于低站基站的低功能要求，将绿色通信技术应用至5G 移动通讯网络。可以对后续的领域发展具有非常重要的助推作用。对5G 通讯网络的技术研究，有效改善了原有的通信效率以及宽带下降的问题。利用5G 移动通讯环境，使其能够更好的基于网络效率的基础，降低能源损耗。绿色通讯的概念提出，可以更好的控制绿色通讯的能源消耗总量，并将绿色通讯的关键技术融入至5G 的架构体系，实现基站的低能耗。进而全面降低通讯领域的能量消耗总量。在未来，5G 时代将会具有容量大、延迟时间小、传输快的优势。