移動通信網絡節(jié)能降本方式探索

隨著我國經濟的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展已經成為中國社會發(fā)展的重大課題。

“十四五”規(guī)劃提出堅持新發(fā)展理念、實現(xiàn)生產生活方式綠色轉型的主要目標，以及降低能源消耗和經營成本等約束性指標。因此在多種制式的移動通信網絡與其高能耗長期并存的現(xiàn)狀下，應因地制宜，在節(jié)能減排、資源循環(huán)利用等方面制定負面清單和具體對策，網間協(xié)作節(jié)能降本，尋求最佳平衡點并穩(wěn)中有降，實現(xiàn)移動網絡高質量發(fā)展與節(jié)能降本雙贏。

節(jié)能降本需求分析

移網發(fā)展與成本的矛盾

“十四五”時期，將推進新型基礎設施建設，加快5G網絡規(guī)?；渴?，用戶普及率提高到56%，推廣升級千兆光纖網絡。5G引領“新基建”，發(fā)展以5G為代表的“新基建”，將成為我國建設制造強國與網絡強國的助推器。

共建共享為網絡發(fā)展提速。2019年9月9日，中國聯(lián)通與中國電信簽署《5G網絡共建共享框架合作協(xié)議書》。2020年5月20日，中國移動與中國廣電簽署5G共建共享合作框架協(xié)議。2020年5月20日，工信部、國資委聯(lián)合發(fā)布《關于推進電信基礎設施共建共享支撐5G網絡加快建設發(fā)展的實施意見》，明確要求以深入推進5G共建共享為重點，強化統(tǒng)籌集約建設和存量資源共享，繼續(xù)推進桿路、管道等傳輸資源共建共享；同時還特別強調推進跨行業(yè)共建共享，積極探索各種形式的共建共享需求。

隨著“新基建”和“共建共享”按下加速鍵，以及5G網絡建設的規(guī)模擴張和不斷深入，未來5G基站數(shù)量將是4G的1.5～2倍，而5G基站的建設成本高于4G基站，再加上5G基站運行能耗高的這一現(xiàn)狀，實在是“燒錢”沒商量。不僅如此，5G的融合應用和行業(yè)應用尚在探索試點階段，市場滲透不足。目前，對于運營商而言，同時面臨5G高投資運營成本和5G低營收，發(fā)展與成本的矛盾突出，5G的高能耗甚至成為了制約5G基站建設的首要原因，移動網絡亟待降本增效。

5G網絡高耗能分析

相較于4G，5G基站的功耗明顯上升。中國通信標準化協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運營商的5G基站主設備空載功耗約2.2kW～2.3kW，滿載功耗約3.7kW～3.9kW，是4G單站的3倍左右。如圖1所示，5G基站功耗可以分為AAU和BBU兩大部分，AAU的功耗約占整機功耗的90%，是基站功耗的主要組成部分。AAU的功耗按照功能模塊可分為功放、小信號、數(shù)字中頻和電源功耗。功耗隨著業(yè)務負載的變化而變化，各功能模塊的功耗比例也隨之發(fā)生變化。在滿載條件下，功放的功耗占比最高，約58%；在空載條件下，數(shù)字中頻部分的功耗占比最高，約46%。

由于5G比4G傳輸速率大、天線數(shù)量多，功耗也隨之增大。其中，射頻單元能耗高，主要原因是5G小區(qū)帶寬是4G的5倍以上，收發(fā)通道數(shù)從原來的8通道變?yōu)?2通道和64通道，并從傳統(tǒng)的2流變?yōu)?6流甚至更高，發(fā)射功率也從100W以上變?yōu)?00W及以上。射頻單元功耗增加顯著，同時通道數(shù)多也帶來基帶計算量的增加，功耗也會上升，導致總功耗增加。

相比于4G，由于5G采用的是更高的頻率，單站覆蓋的范圍更小，要實現(xiàn)更好更全的覆蓋，就需要更密更多的基站。同時，5G的帶寬增長了10倍，雖然能源效率提高了，但要實現(xiàn)這么大的數(shù)據(jù)流量，基站耗能還是會成倍增長。雖然一個小基站的能耗遠低于一個傳統(tǒng)的宏基站，但是要完成對一片區(qū)域的連續(xù)覆蓋，就需要較大數(shù)量的5G小基站。據(jù)業(yè)界預測，5G基站數(shù)量最終將是4G基站的1.5～2倍。

當前，移動通信基站的機房均為全封閉機房，機房內的電源設備、發(fā)射設備、傳輸設備等都是較大的發(fā)熱體。機房一定的工作環(huán)境溫度主要靠空調來實現(xiàn)，為保障設備在恒溫下運行，不因溫度過高而宕機，制冷系統(tǒng)就要不間斷地為基站降溫，這也是導致運營成本居高不下的重要原因之一?；咀詮恼Q生以來，基本上一直采用傳統(tǒng)的空調制冷方式，且占據(jù)了基站總能耗的30%～40%。

綜上所述，在5G通信系統(tǒng)中，基站可謂是“能耗大戶”，大約80%的能耗來自于基站。相較于4G網絡，5G不僅功耗提升了3倍以上，并且由于覆蓋范圍的減少，5G基站的數(shù)量又成倍增加，再加上配套機房設施制冷方面不可避免的耗能，總體上導致了5G高耗能的局面。

移動網絡能耗分析

隨著網絡規(guī)模的不斷擴大，各種制式的移動通信設備不斷增加，為保障設備的不間斷運行，電力等能源需求也日益增長。電力消耗在通信運營企業(yè)能源消耗中占很大比例。移動網絡節(jié)能落到實處就是組成網絡的每一個站點的節(jié)能，為進一步了解站點的能耗組成，如圖2所示，根據(jù)對站點成本的綜合分析，主設備、配套、電費的成本占比大，三者的降本是重點；而在電費方面，主設備和空調能耗占比高，二者的節(jié)能是關鍵。

移動通信網絡節(jié)能降本方式探索

網絡優(yōu)化精簡

根據(jù)網絡分布及業(yè)務量情況，對移網設備進行合理的優(yōu)化調整，精細化地精簡網絡和網絡設備。2020年，本地2G移網全部的BSC和BTS已完成退網。在3G網絡優(yōu)化精簡時，結合3G用戶分布分析，避開3G用戶常駐區(qū)，因時制宜，減設備、減頻、減小區(qū)、減站、減RNC多措并舉，實現(xiàn)全網單頻，逐步退網。此舉既節(jié)能降本，又降低鐵塔租賃成本和運營成本。

3G網絡方面，2021年一季度評估可以節(jié)能的數(shù)量：東莞聯(lián)通可下電807塊TX板、1615塊Rax板、52個放大器、151個DU。與4G同站址且VoLTE話務占比超過95%的3G站可退網94站，周邊130米內存在4G宏站的單3G低業(yè)務站可退網17站，同站址的低配置3G邏輯站可退網6站。根據(jù)設備功耗，僅完成一季度評估可以節(jié)能的數(shù)量，即可帶來可觀的節(jié)能效應。

4G網絡方面，根據(jù)對現(xiàn)網歷史數(shù)據(jù)的分析，參照4G初期終端普及率的趨勢預測5G終端普及率趨勢，以業(yè)務模型驅動的業(yè)務量上升值與5G分流4G的業(yè)務量增量相比較，預測在2021年8月出現(xiàn)4G流量拐點，到時可以著手探索4G網絡的優(yōu)化精簡。

5G網絡方面，中國電信與中國聯(lián)通已在全國范圍開展5G共建共享一年多，有的地市作為共享方在共建共享合作之前就已經自建了小部分5G站點，其中存在與承建方已建站點同址或近址的情況，雙方聯(lián)合評審可以考慮將各自5G同址或近址的站點進行撤并，保留一方的站點，另一方的站點進行下電和拆站、拆舊設備資源再利用。

共建共享

頻譜共享是緩解未來頻譜供需矛盾的重要措施，是提高頻譜利用率、避免資源浪費的有效途徑，是符合未來頻譜管理創(chuàng)新和頻譜資源精細化管理的趨勢。中國電信和中國聯(lián)通在1.8GHz、2.1GHz、3.5GHz三個頻段的頻率資源比鄰，雙方積極參與頻譜共享，加大統(tǒng)籌規(guī)劃和技術交流，全面評估共享效果并制定合理共享方案，積極推行頻譜共享研究與應用，提升頻譜資源利用率，可最大化滿足快速增長的用頻需求。

2020年中國聯(lián)通與中國電信在全國范圍開展了5G共建共享和低業(yè)務區(qū)4G共建共享，提升了網絡能力和網絡效能。2021年雙方進一步加強深度共建共享，繼續(xù)采用MOCN方式，圍繞降本增效，提升覆蓋和感知，加大共享和并網力度。4G和5G協(xié)同，加強2.1GHz重耕區(qū)域的站址合并，通過1.8GHz的4G共享和5G的分流，卸載2.1GHz負荷，在保障4G感知前提下，2.1GHz應能清盡清，優(yōu)先清退40MHz，其次清退20 MHz，騰退2.1GHz頻率，為重耕5G奠定基礎。4G共享以共享載波為主，嚴禁新購獨立載波，如確實需要2.1GHz獨立載波，由集團進行全國統(tǒng)籌調配?，F(xiàn)階段開展3.5GHz、2.1GHz、1.8GHz的共享，后續(xù)雙方協(xié)商開展800MHz和900MHz的4G共享試點，為低業(yè)務區(qū)全面關停1.8GHz奠定基礎。

雙方統(tǒng)一頻率規(guī)劃，加強站址重構，退掉次優(yōu)站址，同時整合天面，騰退次優(yōu)天面。采用共享建設方式，可減少主設備及空調電源等配套設施投資，降低主設備和配套的能耗，采用鐵塔公司統(tǒng)一建設、運營商共享的方式，運營商之間開展機房配套資源、天面資源、傳輸資源、管道及纖芯資源、基站主設備資源、頻譜資源的共建共享，聯(lián)動全面資源共享和復用，節(jié)省建設投資、減少資源浪費，實現(xiàn)節(jié)能降本。

極簡站點

通過增補少量BBU框、UPEU電源板、DCDU,采購一站式室外刀片電源（8kW-12kW）、ODF、SDH、OTN 等室外設備和雙模License包, 實現(xiàn)BBU共框和RRU共模，實現(xiàn)“鐵塔+無機房”的極簡站點。

極簡站點可節(jié)省機房和鐵塔的經營性租賃費，節(jié)省主設備和空調的能耗，節(jié)省設備維護和協(xié)同優(yōu)化的運行維護費，并可降低舊設備故障率、提升可靠性，在能耗、租賃、運維等方面多維度節(jié)省運營成本。

5G移頻MIMO室分系統(tǒng)

數(shù)字化室分系統(tǒng)端到端有源、后期電費高，與傳統(tǒng)室分相比，數(shù)字化室分系統(tǒng)的工程投資高、能耗比高。推廣應用5G移頻MIMO室分系統(tǒng)可以直接利舊大量的存量室分資源，可以有效地推進室內環(huán)境的5G網絡建設進度、節(jié)省5G建設投資和運營電費支出，實現(xiàn)節(jié)能降本。

5G移頻MIMO室分系統(tǒng)開通后，樓層遍歷5G現(xiàn)場測試，平均RSRP為-75.09dBm，平均SINR為-25.7dB，無線覆蓋率為100%，上傳PDCP層平均速率為98.54Mbps，下載PDCP層平均速率為510.96Mbit/s，5G的覆蓋、質量、速率均能有效滿足用戶的業(yè)務體驗需求和感知要求。

5G移頻MIMO室分系統(tǒng)是在原室分系統(tǒng)基礎上進行改造，通過移頻管理單元（FSMU）將5G信號變頻為800MHz～2700MHz頻段信號，然后與2G/3G/4G射頻信號進行合路，輸出至無源室內分布系統(tǒng)；移頻覆蓋單元（FSRU）接收無源室分系統(tǒng)內變頻信號，經過濾波、放大、變頻后恢復至5G信號，5G信號與2G/3G/4G信號同時輸出，達到利舊原有室分天饋系統(tǒng)，在單根饋線上實現(xiàn)5G信號2×2MIMO覆蓋的目的。

5G智能節(jié)能

單小區(qū)操作的符號關斷、射頻通道關斷、深度休眠，不會影響5G用戶的正常通信體驗，5G用戶權益不會因此受到侵害。5G基站射頻單元設備深度休眠功能是在業(yè)務閑時時段開啟，即在深夜凌晨開啟，實現(xiàn)5G網絡功耗智能化管理。在5G基站射頻單元設備深度休眠功能開啟后，運營商會保留至少一張打底網，當有用戶業(yè)務發(fā)生時，打底網承載用戶正常業(yè)務。更重要的是，5G基站射頻單元設備進入深度休眠狀態(tài)后，當5G業(yè)務量增加時，AAU設備可以通過網管平臺進行喚醒，只需5～10分鐘即可提供5G服務。

針對多小區(qū)操作的載波關斷、人工智能節(jié)能技術，在提高節(jié)能效率的同時可滿足一定的網絡性能，實現(xiàn)節(jié)能與網絡性能靈活可控。

實測結果顯示，符號關斷可實現(xiàn)降本10%以上，深度休眠期間可實現(xiàn)平均降本60%以上，符號關斷疊加深度休眠后全天可實現(xiàn)降本30%以上，且在節(jié)能期間網絡各項性能保持穩(wěn)定。據(jù)測算，C-RAN可節(jié)省整站功耗5%左右。

在5G網絡建設中，推廣C-RAN組網方式，通過BBU基帶資源池共享，節(jié)省硬件板卡配置，實現(xiàn)節(jié)能降本。在保障5G無線性能基礎上，根據(jù)網絡各時段特點、小區(qū)負荷、業(yè)務需求動態(tài)調整，實施網絡級的基礎型和增強型節(jié)能降本技術，開展多網絡協(xié)同智能平臺建設，基于業(yè)務動態(tài)變化特征，對相關設備的功能、模塊和開關等進行自適應控制，智能節(jié)能降本。

針對未來網絡超密集部署引起的日益增長的能量消耗，綠色節(jié)能問題日益突出，網絡的能量效率也成為網絡資源管理的重要指標。節(jié)能降本是降低未來運營成本的重要措施，是提高資源利用率、避免資源浪費的有效途徑。效益優(yōu)先、提質量、保感知、網業(yè)協(xié)同、多措并舉，推行全網的節(jié)能降本是資源精細化管理的趨勢，積極推行節(jié)能降本的探索與應用，具有重要意義。
作者：中國聯(lián)合網絡通信有限公司東莞市分公司 唐曉翔

原文標題：多網絡制式下，移動通信如何節(jié)能降本?

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責任編輯：haq