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5G基站节能技术性能评估研究

来源:电子技术应用


相比4G技术,5G具备更高的传输速率、更大的系统容量、更低的传输时延以及更成熟的节能方式。在人口密集的地区,5G能够为用户提供1 Gb/s体验速率和10 Gb/s峰值速率;在流量热点区域,能实现每平方公里10~100 Tb/s的流量密度,降低了网络拥堵和用户体验差的机率。除此之外,低功耗大连接支持千亿网络连接能力,低时延高可靠为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。传统的移动通信网络主要面向人与人之间的通信,5G则通过支持增强移动带宽(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、海量机器类通信(Massive MachineType Communication,mMTC)和超高可靠低时延通信(Ultra Reliable Low Latency Communications,URLLC)三大应用场景,从而支持万物互联的愿景。


为了支持ITU提出的5G关键指标,3GPP在5G时代引入了大规模天线(Massive MIMO)、更大射频带宽等关键技术。大规模天线技术通过在发射器与接收器两者之间布置一定数量的天线系统,能够在相同的无线信道上同时发送和接收不止一个数据信号的无线网络,从而增大了数据的流量[1]。作为5G的核心技术之一,它有效提高了系统的频谱效率和传输可靠性,也使得支持该项技术的基站设备成为5G的主流。但是随着带宽和天线数的增加,5G基站功耗远超4G。据预测,受限于5G单站能耗的增加,通信行业在2025年的电力消耗将占到全球电力总量的20%。对运营商来说,电费占其总运营成本的比例已经高达15%,能耗成本与收入呈剪刀差的趋势在加速,因此减少网络每字节的传输能耗是运营商关注的焦点。


LTE时代有4种节能策略在3GPP会议中被研究和讨论:(1)将基站侧某些子帧配置成MBSFN子帧,在低业务时段对其实行关断来减少基站下行发送时间来实现节能;(2)通过减少特殊时隙中DwPTS的长度来进一步减少基站发射的时间;(3)基于下行单个资源单元(Resource Element,RE)功率不变来减少基站发射带宽,从而降低系统整体能耗;(4)通过减少LTE下行发射的天线端口数目来降低基站的能耗[2]。4种节能策略在低业务时段都可以满足一定的网络设计指标,节能效果差异很大。对于5G单小区节能技术来说,符号关断、通道关断、载波关断、深度休眠、PA调压、降低下行功率发射、调整下行射频带宽以及人工智能(AI)节能技术等,对于网络无线关键性能指标(KPI)影响各不相同,需要测试研究来评估具体性能。


基于以上背景,本文首先从基站能耗构成的角度,分析了耗能大户有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU)和射频拉远单元(Remote Radio Unit,RRU)设备原理。随后针对单站节能管理技术(例如符号关断、通断关断、载波关断和深度休眠)进行了介绍和对比。最后对当前节能技术部署所面临的挑战和发展趋势进行了分析。


作者信息:


张 化1,李 鹏2,鲁 娜2,蔡博文1,李 皛1


(1.中国电信股份有限公司研究院,北京102209;2.中国电信集团有限公司,北京100033)

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