5G基站节能降耗策略应用研究

滕建军

（中国电信股份有限公司 广西分公司，广西 南宁 530000）

1 5G能耗分析

目前5G基站的能耗主要集中在基站主设备部分，对于普遍使用的基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）、有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）以及射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）架构，AAU/RRU设备的功耗远高于BBU，单站超过90%的能耗来自AAU/RRU[1]。5G在网主设备空载功耗单扇区为300～600 W，满载功耗为900～1 200 W[2]。在同等配置的情况下，5G BBU的功耗基本与4G BBU相同。

2 5G能耗节电策略分析

2.1 软件节能策略

软件节能策略主要应用在AAU/RRU侧，AAU/RRU侧的功耗包含静态功耗与动态功耗两部分。静态功耗取决于设备的硬件性能，与业务负荷无关；动态功耗则随业务负荷波动而变化，业务负荷越高，功耗越大。结合无线业务忙闲分布情况，在AAU/RRU闲时合理关闭部分器件，降低设备动态功耗，实现节能的目的。目前，软件节能技术有符号关断、通道关断、载波关断以及深度休眠等[3]。

（1）符号关断。在实际通信过程中，AAU/RRU不是任何时候都处于最大流量的状态。当AAU检测到部分下行符号发送时刻没有数据发送时，关闭功率放大器（Power Amplifier，PA）电源开关；在有数据调度的符号周期内，打开PA电源开关。通过功放的不连续发射，可以在不影响业务传输的情况下降低AAU/RRU功耗。采用符号关断的节能比例约为20%，唤醒周期为毫秒级[4]。

（2）通道关断。通道关断适用于多通道AAU设备，基于业务量的变化适时休眠部分通道射频单元及功放，达到节能的效果。通道关断后，由于AAU射频通道数减少、发射功率降低，因此空间分集增益减少，基站的覆盖能力及容量将受到一定影响。为了保障网络性能，通道关闭时需要提高控制信道的发射功率，同时保持上行接收通道处于开启状态，避免影响终端的接入。由于通道关断的关闭通道数相对固定，因此在网络负载很小的情况下节能效果不如符号关断明显。采用通道关断的节能比例约为15%，唤醒周期为秒级。

（3）载波关断。通过判断载波的覆盖情况和容量状态，识别出容量层低业务载波，并对该载波进行关断，以实现节能的目的。在容量层载波关断前，还需要将用户迁移至覆盖层载波并建立网络连接，避免影响覆盖区域内用户的业务接续。采用载波关断的节能比例约为30%，唤醒周期为30 s[5]。

（4）深度休眠。在AAU/RRU零负载时，休眠AAU/RRU并关闭尽量多的元器件以达到降低能耗的目的。由于深度休眠后对AAU/RRU业务无法进行监测，因此需要定期关注同覆盖4G小区流量，判断5G业务发展及用户增长情况，制定合理休眠时间。深度休眠易造成5G网络覆盖空洞，弱覆盖区域增多，需谨慎使用。采用深度休眠的节能比例约为55%，唤醒周期为分钟级[6]。

2.2 硬件节能策略

在AAU/RRU的节能方面，可以通过部署智能开关实现设备精细化节能管控。智能开关接收远程控制指令，实现定时关断AAU/RRU或远程关断AAU/RRU，从而达到节能降耗的目的[7]。其功能与深度休眠类似，但应选择在用户使用率极低的时段实施，例如商城停业时段等。采用硬件智能关断时需要新购智能开关及配套平台，其工作原理及试点安装如图1所示。

图1 智能开关应用

此外，在BBU的部署方面可采用集中部署、BBU专用机柜应用等策略，提高设备利用率，节约机房使用空间。采用BBU节能机柜，通过冷热隔离精准送风/排风，可以有效解决局部热岛效应，降低BBU整体能耗。经过测试，采用BBU节能机柜，BBU整体功耗可降低12%左右。

2.3 应用效果

根据各节能措施的特点，选取现网超过500个5G小区进行节能应用测试，00:00—06:59时段采用深度休眠，07:00—23:00时段采用符号关断和通道关断。测试结果如表1所示。

表1 5G基站软件节能应用测试结果

从测试结果来看，开启软件节能后的节能效果明显。在软件节能应用的基础上增加硬件节能措施，00:00—06:59时段采用智能开关关断方式，具体测试结果如表2所示。

表2 5G基站软件+硬件节能测试结果

除此之外，采用5G BBU专用机柜安装BBU也能有效降低能耗。对5G BBU专用机柜和传统网络机柜的进出风口温度进行测试，两者在温度上差异较大，具体数据如表3所示。

表3 BBU进出风口温度变化（单位：℃）

从测试结果来看，相比传统模式机柜，采用5G BBU专用机柜后，进风口和出风口温度相对传统机柜均有明显下降且差值较大，降温效果显著[8-10]。

3 5G能耗节电策略应用建议

为了制定精准的节能措施，需充分考虑网络现状及用户行为，在对网络性能及用户体验影响最小的前提下，最大限度降低设备能耗。通过对一定数量（＞5 000个）的5G基站进行负载指标跟踪，得出下行物理资源块（Physical Resource Block，PRB）零小区时间分布及低流量小区数量变化。根据统计分析，现阶段5G基站负载在时间上存在明显的潮汐效应，呈现出忙闲不均的特征。综合各节能措施优劣及测试情况，各类节能策略的应用建议如表4所示。

表4 5G基站节能策略

4 结 论

基于5G基站设备特点，重点分析AAU/RRU侧的软件节能和硬件节能策略及其应用场景。结合现网测试数据，对各类节能策略的应用场景提出有效的建议，并结合BBU部署、管理精细化等手段从多个角度降低5G基站设备总体能耗，节约5G网络运营成本，促进5G通信行业实现绿色低碳、可持续发展。