5G優(yōu)化案例：5G智能節(jié)電探討

5G智能節(jié)電探討XX【摘要】5G站點(diǎn)的數(shù)量越來越多，從而由于5G的功耗較大帶來的耗電量巨增問題也開始涌現(xiàn)。經(jīng)統(tǒng)計5G能耗大約是4G的3倍左右，如何對5G進(jìn)行節(jié)能，使其更綠色更可持續(xù)化，本文將旨在討論對5G設(shè)備進(jìn)行節(jié)能降耗?！娟P(guān)鍵字】智能節(jié)電以太網(wǎng)供電通道關(guān)斷5G【業(yè)務(wù)類別】移動網(wǎng)方案背景隨著5G紅紅火火的大建設(shè)，5G站點(diǎn)設(shè)備越來越多，其功耗經(jīng)統(tǒng)計約是同等條件下的4G設(shè)備的3倍左右，從而帶來了各種問題，諸如：電源配套的改造，現(xiàn)有線路的修改，機(jī)房的改造，電費(fèi)的提升等等。所以如何想方設(shè)法降低5G設(shè)備功耗，對相關(guān)投資的降低至關(guān)重要。設(shè)備功耗分析從專業(yè)角度，5G為要達(dá)到高可靠、低時延、高密度、高速率、廣覆蓋的寬帶高頻傳輸，基站和終端所用的能耗必然要增加，并且單位功耗占比理論上也必然要提高的。我們就大致舉例下：單純就以AAU出發(fā)：5G中應(yīng)用的MASSIVEMIMO技術(shù)，利用矩陣型天線、結(jié)合波束賦形技術(shù)，以此達(dá)到同一時刻與更多用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如：4G：4根天線，5G：64根天線或更多。在保持每根天線傳輸信號強(qiáng)度相同的情況下需要耗費(fèi)更多電能，并且還要進(jìn)行碼本校對等；同時由于下沉，帶來了一小部分簡單的計算需要處理；有此可知AAU必然耗電要激增，同時用戶的增加可能再相等條件下較4G的RRU耗電量增加也更大。2.1中興設(shè)備功耗就以目前XX本地網(wǎng)5G中興廠家的設(shè)備，下文文暫以中興設(shè)備來進(jìn)行相關(guān)的討論和實驗。具體我們先以其最關(guān)鍵的兩個部分來看下具體的功耗情況：可以看到功耗都較大，BBU情況:基帶板類型基帶板數(shù)量站點(diǎn)配置25度DRAN機(jī)房45度CRAN機(jī)房55度無空調(diào)機(jī)房典型功耗峰值功耗峰值功耗峰值功耗VBPd011S111210250290335VBPd012S222320370440485VBPd013S333430490585640VBPd014S444540690745820其中AAU和RRU情況:場景分類通道數(shù)設(shè)備功率最大功耗室外型64TRA9611（現(xiàn)網(wǎng)）200W1120A9631AS35（現(xiàn)網(wǎng)）320W105032TRA9622AS35（現(xiàn)網(wǎng)）320W890FDD4TRR8894ES2100（可以支持4G）4*80W（4*60W）950/750分布式微站4TRQcellR8139T3500（現(xiàn)網(wǎng)）4*250mw45（不計PB）R8149T35004*500mW35（不計PB）R8149M1821352*250mW+2*250mW+4*500mW60（不計PB）2TRQCELLR8149M2135B2*250mW+2*500mW45（不計PB）現(xiàn)網(wǎng)電量分析3.15G未來電量全天趨勢通過網(wǎng)管指標(biāo)，統(tǒng)計XX市區(qū)基站的4G耗電量可以發(fā)現(xiàn)基站測量能耗和流量走勢基本一致，凌晨流量最低此時能耗也降至谷底。我們預(yù)估5G業(yè)務(wù)量起來后趨勢應(yīng)該于4G基本吻合；從目前的46的能耗來看全天頂峰幾乎為低谷的近118%，從5G來看可能將會差距可能會進(jìn)一步拉大達(dá)到20%左右。3.2典型站型4G/5G能耗評估以宏站為例，下掛3個AAU或RRU數(shù)量的維度進(jìn)行統(tǒng)計：以一周的耗電量來看4G目前幾乎滿載約是652W，5G目前空載約是1606W。

節(jié)能各技術(shù)原理通過對目前的業(yè)務(wù)和用戶統(tǒng)計和未來的發(fā)展態(tài)勢，結(jié)合小區(qū)經(jīng)緯度處于的物理位置，按場景區(qū)分，將時間段分離；尋找可以進(jìn)行實際降能的場景，并加以實驗為未來的具體的節(jié)能降耗提供切實可行的穩(wěn)固基礎(chǔ)。目前5G系統(tǒng)經(jīng)過分析，中興廠家可以采用主要如下5種節(jié)能手段：＞DTX策略；＞通道關(guān)斷策略；＞載波關(guān)斷策略；PA調(diào)壓測量；PRRU節(jié)電下電策略4.1DTXDTX(DiscontinuousTransmission)不連續(xù)發(fā)送，在5G系統(tǒng)中是讓AAU/RRU自適應(yīng)判斷，在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的符號周期時刻關(guān)閉功放，從而降低功耗。圖1：開啟時PA電源開關(guān)狀態(tài)加強(qiáng)：目前中興廠家提供符號關(guān)斷和時隙關(guān)斷2種。區(qū)別主要是一種是將少量的用戶數(shù)據(jù)集中在幾個子幀傳輸，以便在剩余的無用戶數(shù)據(jù)子幀采用符號關(guān)斷技術(shù)；另一種是根據(jù)當(dāng)前時隙是否有業(yè)務(wù)，控制關(guān)斷該時隙達(dá)到降低靜態(tài)功耗目的。4.2通道關(guān)斷通道關(guān)斷可以在指在特定時間段內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)小區(qū)負(fù)載情況，智能關(guān)閉PA的柵極電壓，以實現(xiàn)關(guān)閉PA的射頻通道。例如針對AnrNum=64的機(jī)型，通道關(guān)斷的粒度設(shè)置為16,即支持關(guān)閉16、32、48個發(fā)射或接收通道。圖2：PA模塊與天線映射關(guān)系加強(qiáng)：目前中興廠家提供了2種判斷是否實行關(guān)斷和開啟的條件：UE數(shù)門限和負(fù)荷門限。同時較4G功能進(jìn)行了增強(qiáng)，增加了上行；即提供了2種選擇:關(guān)閉下行，或者同時關(guān)閉上下行。4.3載波關(guān)斷載波關(guān)斷就是將對應(yīng)的服務(wù)小區(qū)執(zhí)行關(guān)斷，從而達(dá)到降低基站能耗。本質(zhì)指當(dāng)本小區(qū)上的用戶和業(yè)務(wù)較少時，將用戶遷移到允許的目標(biāo)其他小區(qū)然后關(guān)掉本小區(qū)，以節(jié)約能耗；或因為無用戶直接關(guān)閉。圖3：載波關(guān)斷加強(qiáng)：目前中興廠家提供了2種判斷是否執(zhí)行條件：UE數(shù)門限和負(fù)荷門限。而載波關(guān)斷節(jié)能模式較4G也有所增強(qiáng)，食種選擇模式為小區(qū)閉塞和深度休眠。小區(qū)閉塞是指將載波的發(fā)射功率關(guān)閉，等于讓小區(qū)不再發(fā)射信號；但是它只是關(guān)閉PA。深度休眠為5G特有狀態(tài)，調(diào)節(jié)小區(qū)狀態(tài)將小區(qū)改為深度休眠狀態(tài)，深度將把其他配套的設(shè)備視情況也給予關(guān)閉，如：TRXSOC、中頻FPGA等（而輕度休眠只為關(guān)斷導(dǎo)頻信道，保留尋呼信令與控制信令）4.4PA動態(tài)調(diào)壓動態(tài)調(diào)壓是根據(jù)小區(qū)實際發(fā)射功率及載波智能下電狀態(tài)來調(diào)整PA電壓，并

據(jù)此來判斷目標(biāo)功率的方式，進(jìn)行調(diào)整功放漏極輸入電壓，提高功放效率，達(dá)到節(jié)能目的。在小區(qū)實際功率小于設(shè)備額定功率或者載波處于下電狀態(tài)時降低功放輸入電壓，在小區(qū)實際功率達(dá)到設(shè)備額定功率時逐漸增大功放輸入電壓，直到功放默認(rèn)工作電壓，確保設(shè)備始終處于高效工作狀態(tài)來節(jié)能。圖4：PA動態(tài)調(diào)壓4.5PRRU下電PRRU下電功能是QCell特有的功能?？梢詫γ總€PRRU進(jìn)行對于的是否下電，下電功能是采用定時關(guān)斷方式。5GNR新型室分PICORRU主要由數(shù)字接口、收發(fā)信機(jī)、PA、濾波器和LNA幾部分組成。只關(guān)斷PA技術(shù)效果不明顯，所有在無業(yè)務(wù)時段可通過網(wǎng)管控制PB端口供電狀態(tài)，實現(xiàn)PICORRU定時上下電處理，對PRRU無業(yè)務(wù)時段進(jìn)行下電深度休眠，從而極大地節(jié)能電費(fèi)。圖5：5GQcell系統(tǒng)

節(jié)能應(yīng)用5.1小區(qū)選取結(jié)合網(wǎng)管業(yè)務(wù)量指標(biāo)及實際覆蓋場景，在現(xiàn)網(wǎng)選取了PRRU室分小區(qū)與宏站小區(qū)兩種類型進(jìn)行節(jié)能試驗。其中室分場景：（實驗QCELL特有的功能：PRRU下電）類型站點(diǎn)小區(qū)PRRU個數(shù)室內(nèi)PRRU91889宏站場景：（實驗DTX、通道關(guān)閉、載波關(guān)閉、PA調(diào)壓）類型站點(diǎn)小區(qū)ARRU個數(shù)宏站AAU3995.2策略下發(fā)和評估5.2.1DTX

全天開啟DTX,采用時隙關(guān)斷。在目前極低用戶的情況下，能省約5.42%的電量，較為明顯:全天開啟DTX，采用符號關(guān)斷。在目前極低用戶的情況下，能省約0.57%的電量，較為明顯；效果明顯優(yōu)于時隙關(guān)閉：5.2.2通道關(guān)斷全天開啟通道關(guān)斷，設(shè)置為可關(guān)閉/4的通道，發(fā)現(xiàn)整體功率約下降2.54%：全天開啟通道關(guān)斷，設(shè)置為可關(guān)閉/2的通道，發(fā)現(xiàn)整體功率約下降7.33%：5.2.3載波關(guān)斷00-5：00進(jìn)行載波關(guān)斷，發(fā)現(xiàn)整體功率約下降00-5：00進(jìn)行載波關(guān)斷，發(fā)現(xiàn)整體功率約下降30.10%：0：0：00-5：00進(jìn)行深度休眠，發(fā)現(xiàn)整體功率約下降31.47%：深度休眠5.2.4PA動態(tài)調(diào)壓全天開啟動態(tài)調(diào)壓，發(fā)現(xiàn)整體功率變化不大在3%附近，認(rèn)為無效果。6.總結(jié)方案實施后，發(fā)現(xiàn)除了PA動態(tài)調(diào)壓外，在極低用戶和業(yè)務(wù)時，省電效果都較為可觀。<1>DTX功能：“符號關(guān)斷”指AAU自檢的關(guān)斷的方式，約能省電45.42%?！皶r隙關(guān)斷”為BBU集中調(diào)度+AAU符號自檢，效率高一些，約能省前.56%。推薦時隙關(guān)斷。好處：可以降低功耗，同時無線網(wǎng)絡(luò)平均干擾會有所下降。壞處：較多用戶場景下開啟可能會對用戶做業(yè)務(wù)的質(zhì)量會有所影響。<2>通道關(guān)斷：全天開啟，設(shè)置為通道關(guān)閉/4可以省電52.54%，關(guān)閉1/2可以省電47.33%；建議非特殊情況可以選擇關(guān)閉1/2的通道數(shù)。由于通道關(guān)斷后，可能導(dǎo)致小區(qū)的覆蓋收縮，所以中興提供了可以增加功率來彌補(bǔ)；但是對功能可能會對業(yè)務(wù)帶來感知下降和RB指標(biāo)變差的影響，具體如下：1、關(guān)斷后使得流間相關(guān)性變高，造成小區(qū)平均空分流數(shù)下降，空分占比下降，使PRB利用率升高。2、關(guān)斷后賦型增益受到影響，可能導(dǎo)致用戶調(diào)度使用的MCS降低，為提高速率將會使PRB利用率升高。3、關(guān)斷后一般會對調(diào)度RB數(shù)進(jìn)行限制，導(dǎo)致調(diào)度時提供的資源減少。<3>載波關(guān)斷：在近乎無業(yè)務(wù)的凌晨開啟5小時，載頻關(guān)斷可以省電30.1%，深度休眠可以省電31.4%。從節(jié)能效果上看，深度休眠模式要好于小區(qū)閉塞模式；從喚醒速度上看，小區(qū)閉塞模式要快于深度休眠模式。通常情況下，使用小區(qū)閉塞模式做基于負(fù)荷的小區(qū)關(guān)斷節(jié)能，使用深度休眠模式做定時小區(qū)關(guān)斷節(jié)能。<4>PA動態(tài)調(diào)壓：全天開啟跟蹤發(fā)現(xiàn)幾乎在正常波動，前后相差3%左右無明顯的效果。5G由于自身原因，同時又處于初始大規(guī)模建網(wǎng)階段；存在的特性是覆蓋不足同時用戶較少，而且小區(qū)配置為默認(rèn)功率。如果在這種情況下進(jìn)行調(diào)壓