《電子技術(shù)應(yīng)用》
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5G基站節(jié)能技術(shù)性能評(píng)估研究
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第10期
張 化1,，李 鵬2,，魯 娜2，蔡博文1,，李 皛1
1.中國(guó)電信股份有限公司研究院,，北京102209；2.中國(guó)電信集團(tuán)有限公司,，北京100033
摘要： 相比于已商用的4G技術(shù),，5G需要支持更大的帶寬、更多的通道數(shù)以滿足ITU提出的性能需求,，但這也導(dǎo)致了5G能耗的顯著增加?；竟?jié)能技術(shù)是通過在時(shí)和頻域上關(guān)閉相應(yīng)的發(fā)射資源來實(shí)現(xiàn)基站能耗的有效降低,，為了避免節(jié)能技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和用戶體驗(yàn)的影響，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)過程中需要尋找節(jié)能效果和網(wǎng)絡(luò)性能間的相互平衡。首先分析了5G基站能耗模型,，并結(jié)合影響能耗的關(guān)鍵因素對(duì)5G節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了節(jié)能效果評(píng)估,，同時(shí)分析了相關(guān)節(jié)能技術(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能的影響，最后從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度介紹了5G節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn),。
關(guān)鍵詞： 5G 基站節(jié)能 AAU BBU
中圖分類號(hào)： TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200795
中文引用格式： 張化,，李鵬，魯娜,，等. 5G基站節(jié)能技術(shù)性能評(píng)估研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,，2020，46(10)：20-24.
英文引用格式： Zhang Hua,，Li Peng,，Lu Na，et al. Study of performance evaluation on energy saving for 5G base station[J]. Application of Electronic Technique,，2020,，46(10)：20-24.
Study of performance evaluation on energy saving for 5G base station
Zhang Hua1，Li Peng2,，Lu Na2,，Cai Bowen1，Li Xiao1
1.China Telecom Research Institute,，Beijing 102209,，China；2.China Telecom Group Co.,，Ltd.,，Beijing 100033，China
Abstract： Compared to the commercial 4G network, 5G needs to support larger RF bandwidths and more Tx/Rx channels to cater for the target requirement proposed by ITU, however, which results in significantly increased energy consumption for 5G base station. Base station energy-saving technology realizes the effective reduction of base station energy consumption by turning off the corresponding transmission resources in the time and frequency domains. In order to avoid the impact of energy-saving technology on network coverage and user experience, it is necessary to look for the balance between energy-saving effects and network performance during network operation. This article firstly analyzes the energy consumption model of 5G base stations, and evaluates the effect of power saving of 5G energy-saving technologies in combination with key factors affecting energy consumption. It analyzes the impact of related energy-saving technologies on network performance at the same time, and finally introduces the technology development trends and challenges of 5G power saving from the perspective of network operations.
Key words : 5G,；energy saving of base station,；AAU；BBU

0 引言

    相比4G技術(shù),，5G具備更高的傳輸速率,、更大的系統(tǒng)容量、更低的傳輸時(shí)延以及更成熟的節(jié)能方式,。在人口密集的地區(qū),，5G能夠?yàn)橛脩籼峁? Gb/s體驗(yàn)速率和10 Gb/s峰值速率；在流量熱點(diǎn)區(qū)域,，能實(shí)現(xiàn)每平方公里10～100 Tb/s的流量密度,，降低了網(wǎng)絡(luò)擁堵和用戶體驗(yàn)差的機(jī)率。除此之外,，低功耗大連接支持千億網(wǎng)絡(luò)連接能力,，低時(shí)延高可靠為用戶提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證,。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要面向人與人之間的通信，5G則通過支持增強(qiáng)移動(dòng)帶寬(Enhanced Mobile Broadband,，eMBB),、海量機(jī)器類通信(Massive MachineType Communication，mMTC)和超高可靠低時(shí)延通信(Ultra Reliable Low Latency Communications,，URLLC)三大應(yīng)用場(chǎng)景,，從而支持萬物互聯(lián)的愿景。

    為了支持ITU提出的5G關(guān)鍵指標(biāo),，3GPP在5G時(shí)代引入了大規(guī)模天線(Massive MIMO),、更大射頻帶寬等關(guān)鍵技術(shù)。大規(guī)模天線技術(shù)通過在發(fā)射器與接收器兩者之間布置一定數(shù)量的天線系統(tǒng),，能夠在相同的無線信道上同時(shí)發(fā)送和接收不止一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的無線網(wǎng)絡(luò),，從而增大了數(shù)據(jù)的流量[1]。作為5G的核心技術(shù)之一,，它有效提高了系統(tǒng)的頻譜效率和傳輸可靠性,，也使得支持該項(xiàng)技術(shù)的基站設(shè)備成為5G的主流。但是隨著帶寬和天線數(shù)的增加,，5G基站功耗遠(yuǎn)超4G,。據(jù)預(yù)測(cè)，受限于5G單站能耗的增加,，通信行業(yè)在2025年的電力消耗將占到全球電力總量的20%,。對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說，電費(fèi)占其總運(yùn)營(yíng)成本的比例已經(jīng)高達(dá)15%,，能耗成本與收入呈剪刀差的趨勢(shì)在加速,，因此減少網(wǎng)絡(luò)每字節(jié)的傳輸能耗是運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。

    LTE時(shí)代有4種節(jié)能策略在3GPP會(huì)議中被研究和討論：(1)將基站側(cè)某些子幀配置成MBSFN子幀,，在低業(yè)務(wù)時(shí)段對(duì)其實(shí)行關(guān)斷來減少基站下行發(fā)送時(shí)間來實(shí)現(xiàn)節(jié)能,；(2)通過減少特殊時(shí)隙中DwPTS的長(zhǎng)度來進(jìn)一步減少基站發(fā)射的時(shí)間；(3)基于下行單個(gè)資源單元(Resource Element,，RE)功率不變來減少基站發(fā)射帶寬,，從而降低系統(tǒng)整體能耗；(4)通過減少LTE下行發(fā)射的天線端口數(shù)目來降低基站的能耗[2],。4種節(jié)能策略在低業(yè)務(wù)時(shí)段都可以滿足一定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)指標(biāo),，節(jié)能效果差異很大。對(duì)于5G單小區(qū)節(jié)能技術(shù)來說,，符號(hào)關(guān)斷,、通道關(guān)斷、載波關(guān)斷,、深度休眠,、PA調(diào)壓,、降低下行功率發(fā)射、調(diào)整下行射頻帶寬以及人工智能(AI)節(jié)能技術(shù)等,，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)無線關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)影響各不相同，需要測(cè)試研究來評(píng)估具體性能,。

    基于以上背景,，本文首先從基站能耗構(gòu)成的角度，分析了耗能大戶有源天線單元(Active Antenna Unit,，AAU)和射頻拉遠(yuǎn)單元(Remote Radio Unit,，RRU)設(shè)備原理。隨后針對(duì)單站節(jié)能管理技術(shù)(例如符號(hào)關(guān)斷,、通斷關(guān)斷,、載波關(guān)斷和深度休眠)進(jìn)行了介紹和對(duì)比。最后對(duì)當(dāng)前節(jié)能技術(shù)部署所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析,。




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作者信息:

張  化1,，李  鵬2，魯  娜2,，蔡博文1,，李  皛1

(1.中國(guó)電信股份有限公司研究院，北京102209,；2.中國(guó)電信集團(tuán)有限公司,，北京100033)

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