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.
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(guò)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(wàn)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(guò)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(wú)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(wú)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(lái)說(shuō)，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(lái)減少基站下行發(fā)送時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能；(2)通過(guò)減少特殊時(shí)隙中DwPTS的長(zhǎng)度來(lái)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(lái)減少基站發(fā)射帶寬，從而降低系統(tǒng)整體能耗；(4)通過(guò)減少LTE下行發(fā)射的天線端口數(shù)目來(lái)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(lái)說(shuō)，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(wú)線關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)影響各不相同，需要測(cè)試研究來(lái)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)