5G基站节能方法研究.pdf
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1、SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯信 息 与 智 能 2023 NO.20 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯5G基站节能方法研究陶涛(中邮建技术有限公司 江苏南京 210000)摘要:5G基站建设是信息社会生产力发展的技术支撑,在提倡碳中和、绿色环保、节能降耗的时代背景下,为了更好地降本增效,在5G设备功耗远高于4G设备情况下科学实现节能减排,基站节能势在必行。该文介绍了5G站点的设备构成,结合无线网络环境,综合分析5G能耗,重点阐述了目前5G的几种主要节能技术,给出了各类节能技术的应用原理和具体实施方法。关键词:5G 基站
2、 能耗 节能方式中图分类号:TN915文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)20-0034-04Research on Energy-Saving Methods for 5G Base StationsTAO Tao(China Communications Technology Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu Province,210000 China)Abstract:The construction of 5G base stations is the technical support of the development of productiv
3、e forces in information society.Under the historical background of advocating carbon neutrality,green environmental protection,energy conservation and consumption reduction,in order to better reduce cost and increase efficiency and scientifically realize energy conservation and emission reduction wh
4、en the power consumption of 5G equipment is much higher than that of 4G equipment,it is imperative for base stations to save energy.This paper introduces the equipment composition of 5G stations,comprehensively analyzes 5G energy consumption in combination with the wireless network environment,focus
5、es on several main energy-saving technologies of 5G at present,and gives the application principles and specific implementation methods of various energy-saving technologies.Key Words:5G;Base station;Energy consumption;Energy-saving method目前,5G基站单站址能耗高的问题一直是技术需要挖掘和攻关的重要课题。信息时代,5G技术的成熟应用必须走节能降耗的路径,必须
6、从原理、方法选择、处理对策等多方面进行探索与应用研究,以实现5G基站的高质量发展、可持续发展。1 5G 基站设备1.1 5G设备硬件结构目前,5G基站站型越来越丰富,根据发射功率、收发模式和覆盖能力,可细分为宏站、微站、皮基站(pRRU)和飞站(Femto)等类型。不同站型其覆盖能力和适用场景都存在一定差异。一般宏站设备主要由室内基带处理单元(Building Base band Unite,BBU)和有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU)组成,而微站一般分为室外微站和室内微站,室外微站同样由BBU和AAU组成,主要覆盖道路、居民小区楼间对打、城中村等场景,室内微站BB
7、U+远端射频单元(Remote Radio Unit,RRU)+分布系统或BBU+AAU两种形式,而皮基站是一种新型室分,主要为BBU、pHUB和pRRU组成适用于高价值室分场景。飞站、满格宝等则主要是应用于低价值补盲场景,是一种低成本方案,主要应用于4G场景,5G场景应用不多1。1.2 5G设备硬件功能BBU主要负责基带数字信号处理,AAU内部结构是将射频单元与天线单元集成在了一起,构成有源天DOI:10.16661/ki.1672-3791.2303-5042-2931作者简介:陶涛(1982),男,本科,工程师,主要从事移动通信无线网络规划与优化相关的项目实施与技术研究工作。34SCIE
8、NCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.20 信 息 与 智 能科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION线阵列,可将基带数字信号转换成模拟信号,接着调制成高频射频信号,通过功率放大器(PA)放大功率,最后通过天线发射出去。BBU的功率比较稳定,不受业务量增大的影响。而AAU就不一样了,随着业务量的增加,功耗也随之大幅增加。1.3 C-RAN与D-RAN为进一步保障5G的低时延、低能耗目标,演进推出了 D-RAN 和 C-RAN 两种组网模式,如图 1 所示。D-RAN为传统组网模式,因BBU和RRU/AAU共址,需求较多的光纤和
9、光模块连接。C-RAN为BBU集中布放模式,多个基站的BBU通过引入彩光和波分集中放置在同一个C-RAN机房内2,RRU/AAU则通过拉远方式安装,所需的光纤和光模块连接大幅减少。2 5G 基站能耗分析为了满足5G增强移动宽带(eMBB)、低时延高可靠(URLLC)、大规模物联网业务(mMTC)的业务需求,5G引入了NR新空口技术,该项新技术对5G基站的设备硬件能力要求非常高,直接促使5G设备功耗显著提升3。中国移动通信现有5G网络使用的频段集中在2.6 G和4.9 G频段,存在频段高、覆盖差等问题,700 M频段作为广电共享的移动通信黄金频段,具有传播损耗小、覆盖能力强的优势4。根据5G基站
10、的构造,5G基站能耗主要来自BBU、AAU等设备,具体如图2所示。设备功耗与其设备配置规格密切相关,设备功耗范围通常在几百至几千瓦之间(如表1所示),给机房供电能力带来了严峻挑战。通常情况下BBU+AAU架构的基站,单个5G站需1个BBU和3个AAU,AAU的功耗要远高于BBU的功耗,单站至少70%的能耗均来自AAU。显而易见,降低5G基站能耗最高效的手段就是增强AAU的能效水平。除BBU和AAU等主设备功耗外,还有一部分额外功耗存在,即从市电引入(交流)开始到直流供电的整个转换过程中会额外损失掉的能耗,同时也包括机房空调等制冷设备所消耗的电量。目前,各大运营商都已投入了大量资金进行5G网络建
11、设投资,重点是为抢占5G市场积极布局5。传统基站降耗的主要办法是减少传输功耗,例如:通过在业务闲时关闭部分射频载波来实现节能减排,因为BBU功耗小于功率放大器和射频部分功耗,对于传统2G、3G、4G基站,由于基站的计算能力较小,通常传输功耗大于计算功耗。3 5G基站节能具体实施5G基站节能主要分主设备节电功能、小区关断和拉闸下电3种。主设备节电功能非常依赖厂家设备支持的节电功能,主要包括符号关断、定时载波关断和射频通道智能休眠。小区关断则是通过指令下发将小区关闭,可利用在话务闲时开启小区深度休眠达到节能目的。拉闸下电是在话务闲时通过远程控制 RRU/AAU方式直接下电,达成RRU/AAU定时节
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