隨著4G/5G網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，耗電量也逐年增加。而基站耗電量約占整個移動通信網(wǎng)絡能耗的60%，基站節(jié)能節(jié)電不僅是電信運營商實現(xiàn)降本增效的重要途徑，也是信息通信業(yè)綠色低碳發(fā)展的關鍵一環(huán)。

通常情況下，基站都是以最大功率發(fā)射，但無線基站存在明顯的潮汐效應，忙閑不同時段話務相差高達3~5倍，夜間網(wǎng)絡利用率極低；而且網(wǎng)絡容量通常都是按照峰值配置，在閑時網(wǎng)絡資源有冗余，造成能源的極大浪費。因此，基站設備節(jié)能具有非常大的挖潛空間，各設備廠家也在無線通信網(wǎng)絡的節(jié)能技術和解決方案上加大研發(fā)力度，形成了通道智能關斷和符號智能關斷等相對成熟的技術。

本文以現(xiàn)行常用軟件節(jié)能技術為基礎，結合網(wǎng)絡不同場景特點，從全流程角度出發(fā)，提出分場景智能節(jié)電策略，形成數(shù)據(jù)采集、方案制定、方案執(zhí)行、效果評估的閉環(huán)節(jié)電方案，以在不影響用戶感知的情況下，最大程度地挖潛節(jié)能。

節(jié)電策略

5G基站設備能耗一般是4G設備的3~4倍，且主要體現(xiàn)在硬件方面。因此，硬件方面可以通過采用高制程芯片工藝、高集成度ASIC（專用集成電路）芯片等節(jié)能技術可以有效降低5G設備能耗。在軟件節(jié)能技術方面，4G與5G網(wǎng)絡的節(jié)電策略可以是相同的。針對不同網(wǎng)絡場景、不同業(yè)務模型，如何有效減少低業(yè)務量期間基站能耗，是運營商降低運營成本、實現(xiàn)節(jié)能減排的關鍵所在。

本文以LTE（4G)網(wǎng)絡為例，結合大量節(jié)電實踐給出一套完善的分場景智能節(jié)電策略，主要包括網(wǎng)絡信息采集（通過綜合資源平臺獲取并識別具體場景，如城區(qū)、農村、高鐵等）、節(jié)電方案制定、節(jié)電方案執(zhí)行、執(zhí)行效果評估四大環(huán)節(jié)。整個節(jié)電評估體系以能耗監(jiān)測為中心，以業(yè)務質量KPI指標、網(wǎng)絡覆蓋MR指標、用戶感知SEQ指標為3個基本點，在保障網(wǎng)絡感知的前提下，動態(tài)調整節(jié)電策略，獲取不同場景的最佳節(jié)電方案，最大程度發(fā)揮節(jié)電效益。整體節(jié)電方案體系如圖1所示。

圖1  LTE網(wǎng)絡分場景智能節(jié)電方案體系

節(jié)電方案

常用節(jié)電技術分析

基于LTE基站的節(jié)能技術主要有6種，包括基站射頻智能關斷、載頻智能關斷、通道智能關斷、符號智能關斷、MBSFN子幀調整關斷休眠以及PSU關斷休眠等。本文主要研究其中與分場景智能節(jié)電方案相關的4種技術，這4種節(jié)電技術使用場景分析如表1所示。

一是基站射頻智能關斷。基站射頻智能關斷的技術原理是：當基站的用戶數(shù)目小、基站的負載較低時，可以關閉基站射頻，同時周圍基站進入節(jié)能補償模式，通過提高發(fā)射功率等一系列措施擴大其覆蓋范圍，以彌補節(jié)能基站射頻休眠時產生的網(wǎng)絡覆蓋不足。

二是載頻智能關斷。載頻智能關斷是指當小區(qū)話務量降低到一定程度時，關閉部分載頻，以降低耗電、節(jié)省開支。根據(jù)實驗室測試數(shù)據(jù)，采用載頻智能關斷技術在話務閑時RRU能夠節(jié)能20%左右。

三是通道智能關斷。通道智能關斷是指在某個預設時間段內，當某小區(qū)負載較低時，允許關閉該小區(qū)的部分發(fā)射通道以降低能耗。根據(jù)實驗室測試數(shù)據(jù)，采用該技術可以節(jié)約15%的用電量。

四是符號智能關斷。符號智能關斷是指在無有效數(shù)據(jù)發(fā)射時，關閉功放電源，以此達到節(jié)能目的。該技術應用后，最多可以節(jié)省10%的耗電量。

制定分場景節(jié)電實施方案

基于前文介紹的節(jié)電技術特點，結合網(wǎng)絡“潮汐效應”規(guī)律、不同場景網(wǎng)絡覆蓋情況、用戶行為特點、網(wǎng)絡利用率分布等因素，制定分場景多技術融合的節(jié)電方案，給出相關開啟關斷的組合建議，如表2所示。

探索節(jié)電門限

PRB是LTE網(wǎng)絡分配給用戶的物理資源塊，PRB利用率直觀反映當前小區(qū)的忙閑程度。本文以網(wǎng)絡性能指標數(shù)據(jù)為支撐，根據(jù)網(wǎng)絡負荷情況確定節(jié)能策略對應的觸發(fā)門限、退出門限及時間窗大小。

分析網(wǎng)絡負荷拐點?；诰W(wǎng)絡性能指標，分析一周內小區(qū)小時粒度上下行PRB平均利用率情況，確定利用率低值時間拐點及對應PRB利用率值。低值時間拐點1為一天中利用率由高變低，并趨于穩(wěn)定的時間節(jié)點。低值時間拐點2為利用率由低變高，直至該節(jié)點利用率與低值時間拐點1的利用率相當，且后續(xù)利用率穩(wěn)定趨高的時間節(jié)點，如圖2所示。

圖2  某小區(qū)24小時PRB利用率情況

設置節(jié)電技術開啟參數(shù)。根據(jù)低值時間拐點對應的PRB利用率，獲取節(jié)電技術開啟對應的時間窗口及PRB門限。其中，節(jié)電技術開啟時間窗口為低值時間拐點1到低值時間拐點2的時間窗口，具體的開啟時間點門限還要結合節(jié)電技術的特點。如載頻關斷的激活和去激活門限要高于通道關斷的激活和去激活門限，參數(shù)初始設置建議詳見表3。

節(jié)電方案執(zhí)行

針對不同場景精準識別判斷，根據(jù)節(jié)電應用算法解析相關參數(shù)取值，自動下發(fā)參數(shù)修改指令，實時跟蹤評估網(wǎng)絡影響，并根據(jù)網(wǎng)絡情況不斷調整節(jié)電門限，實現(xiàn)節(jié)電智能化。節(jié)電方案執(zhí)行流程如圖3所示。

圖3  LTE網(wǎng)絡分場景智能節(jié)電方案執(zhí)行流程

場景識別：主要是通過綜合資源平臺獲取并識別具體場景，包括城區(qū)、農村、高鐵等宏站場景，地鐵、大型場館、高校、醫(yī)院、商場、寫字樓等室分場景。

解析門限：以網(wǎng)絡性能指標為支撐，通過前文所述方法，根據(jù)網(wǎng)絡負荷情況，動態(tài)確定節(jié)能策略對應的觸發(fā)門限、退出門限及時間窗口。

生成指令：建立參數(shù)與OMC指令映射表，通過自動翻譯程序，將參數(shù)申請需求轉化為執(zhí)行腳本和回退腳本。

分級審核：指令生成后，結合指令影響網(wǎng)絡范圍，采用指令分級審核管控方式，強化網(wǎng)絡風險防控。對于對網(wǎng)絡影響較大的情況，指令自動生成后要經(jīng)過專家審核編輯后方可激活執(zhí)行；對于對網(wǎng)絡影響不大的情況，指令自動生成后直接激活執(zhí)行。

指令執(zhí)行：指令經(jīng)分級審核后，遠程下發(fā)至OMC平臺，實現(xiàn)參數(shù)自動修改。

結果反饋：參數(shù)修改執(zhí)行完成后，實時解析呈現(xiàn)結果及日志明細。

監(jiān)控跟蹤：實時跟蹤評估網(wǎng)絡影響，并根據(jù)網(wǎng)絡情況不斷調整節(jié)電門限。

執(zhí)行效果評估

節(jié)電執(zhí)行效果評估體系能夠全面分析評估節(jié)能效果，并根據(jù)網(wǎng)絡情況調整節(jié)電策略，充分發(fā)揮節(jié)電效益。

在能耗監(jiān)測方面，掛表測試得到的結果相對真實可靠，但本節(jié)電方案覆蓋面廣，全面使用掛表測試難度大。因此建議通過OMC獲取性能指標“基站各單板測量累加的LTE功耗”，以觀察eNodeB功耗。該指標記錄的能耗是整個LTE基站的能耗，除RRU、BBU外也包括BBU內的其他單板，雖然與實際能耗有誤差，但適合于對大范圍節(jié)電效果進行系統(tǒng)評估。

在網(wǎng)絡感知影響方面，主要通過綜合業(yè)務質量KPI指標（VoLTE掉線率、LTE掉線率、VoLTE切換率、LTE切換率、VoLTE接通率、LTE接通率）、網(wǎng)絡覆蓋MR指標（MR覆蓋率、MR重疊覆蓋度、4G時長駐留比）、用戶感知SEQ指標（時延、丟包率）進行評估。

根據(jù)節(jié)電指令執(zhí)行情況，對于修改前后指標浮動4%內，建議保持當前節(jié)電策略；對于修改前后指標浮動4%~10%，我們建議繼續(xù)觀察分析；對于指標浮動高于10%，建議執(zhí)行節(jié)能回退操作。

隨著“碳達峰、碳中和”目標的確立，信息通信行業(yè)更加注重綠色低碳發(fā)展。在保障通信網(wǎng)絡高質量建設的同時節(jié)能增效、降低成本，已然成為國內電信運營商和產業(yè)合作伙伴的共同訴求。4G與5G網(wǎng)絡將長時間并存，LTE（4G)網(wǎng)絡的節(jié)電策略對于5G網(wǎng)絡節(jié)能具有重要的參考價值。隨著軟硬件技術的發(fā)展，將有更多更新的節(jié)電技術出現(xiàn)，如何統(tǒng)籌協(xié)調各技術間的配合，以達到在滿足用戶感知前提下的最優(yōu)節(jié)電效果，是非常值得研究的方向。