移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降本方式探索

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(jīng)成為中國(guó)社會(huì)發(fā)展的重大課題。

“十四五”規(guī)劃提出堅(jiān)持新發(fā)展理念、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活方式綠色轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)，以及降低能源消耗和經(jīng)營(yíng)成本等約束性指標(biāo)。因此在多種制式的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與其高能耗長(zhǎng)期并存的現(xiàn)狀下，應(yīng)因地制宜，在節(jié)能減排、資源循環(huán)利用等方面制定負(fù)面清單和具體對(duì)策，網(wǎng)間協(xié)作節(jié)能降本，尋求最佳平衡點(diǎn)并穩(wěn)中有降，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量發(fā)展與節(jié)能降本雙贏。

節(jié)能降本需求分析

移網(wǎng)發(fā)展與成本的矛盾

“十四五”時(shí)期，將推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；渴穑脩羝占奥侍岣叩?6%，推廣升級(jí)千兆光纖網(wǎng)絡(luò)。5G引領(lǐng)“新基建”，發(fā)展以5G為代表的“新基建”，將成為我國(guó)建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)與網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的助推器。

共建共享為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提速。2019年9月9日，中國(guó)聯(lián)通與中國(guó)電信簽署《5G網(wǎng)絡(luò)共建共享框架合作協(xié)議書》。2020年5月20日，中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)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(guó)資委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享支撐5G網(wǎng)絡(luò)加快建設(shè)發(fā)展的實(shí)施意見》，明確要求以深入推進(jìn)5G共建共享為重點(diǎn)，強(qiáng)化統(tǒng)籌集約建設(shè)和存量資源共享，繼續(xù)推進(jìn)桿路、管道等傳輸資源共建共享；同時(shí)還特別強(qiáng)調(diào)推進(jìn)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(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)模擴(kuò)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(shè)成本高于4G基站，再加上5G基站運(yùn)行能耗高的這一現(xiàn)狀，實(shí)在是“燒錢”沒商量。不僅如此，5G的融合應(yīng)用和行業(yè)應(yīng)用尚在探索試點(diǎn)階段，市場(chǎng)滲透不足。目前，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，同時(shí)面臨5G高投資運(yùn)營(yíng)成本和5G低營(yíng)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(shè)的首要原因，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)亟待降本增效。

5G網(wǎng)絡(luò)高耗能分析

相較于4G，5G基站的功耗明顯上升。中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運(yùn)營(yíng)商的5G基站主設(shè)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(jī)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(hào)、數(shù)字中頻和電源功耗。功耗隨著業(yè)務(wù)負(fù)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(shí)通道數(shù)多也帶來基帶計(jì)算量的增加，功耗也會(huì)上升，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)更好更全的覆蓋，就需要更密更多的基站。同時(shí)，5G的帶寬增長(zhǎng)了10倍，雖然能源效率提高了，但要實(shí)現(xiàn)這么大的數(shù)據(jù)流量，基站耗能還是會(huì)成倍增長(zhǎng)。雖然一個(gè)小基站的能耗遠(yuǎn)低于一個(gè)傳統(tǒng)的宏基站，但是要完成對(duì)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(yù)測(cè)，5G基站數(shù)量最終將是4G基站的1.5～2倍。

當(dāng)前，移動(dòng)通信基站的機(jī)房均為全封閉機(jī)房，機(jī)房?jī)?nèi)的電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、傳輸設(shè)備等都是較大的發(fā)熱體。機(jī)房一定的工作環(huán)境溫度主要靠空調(diào)來實(shí)現(xiàn)，為保障設(shè)備在恒溫下運(yùn)行，不因溫度過高而宕機(jī)，制冷系統(tǒng)就要不間斷地為基站降溫，這也是導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)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(diào)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(wǎng)絡(luò)，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(jī)房設(shè)施制冷方面不可避免的耗能，總體上導(dǎo)致了5G高耗能的局面。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能耗分析

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種制式的移動(dòng)通信設(shè)備不斷增加，為保障設(shè)備的不間斷運(yùn)行，電力等能源需求也日益增長(zhǎng)。電力消耗在通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)能源消耗中占很大比例。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能落到實(shí)處就是組成網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)站點(diǎn)的節(jié)能，為進(jìn)一步了解站點(diǎn)的能耗組成，如圖2所示，根據(jù)對(duì)站點(diǎn)成本的綜合分析，主設(shè)備、配套、電費(fèi)的成本占比大，三者的降本是重點(diǎn)；而在電費(fèi)方面，主設(shè)備和空調(diào)能耗占比高，二者的節(jié)能是關(guān)鍵。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降本方式探索

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化精簡(jiǎn)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分布及業(yè)務(wù)量情況，對(duì)移網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行合理的優(yōu)化調(diào)整，精細(xì)化地精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。2020年，本地2G移網(wǎng)全部的BSC和BTS已完成退網(wǎng)。在3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化精簡(jiǎn)時(shí)，結(jié)合3G用戶分布分析，避開3G用戶常駐區(qū)，因時(shí)制宜，減設(shè)備、減頻、減小區(qū)、減站、減RNC多措并舉，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)單頻，逐步退網(wǎng)。此舉既節(jié)能降本，又降低鐵塔租賃成本和運(yùn)營(yíng)成本。

3G網(wǎng)絡(luò)方面，2021年一季度評(píng)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(gè)放大器、151個(gè)DU。與4G同站址且VoLTE話務(wù)占比超過95%的3G站可退網(wǎng)94站，周邊130米內(nèi)存在4G宏站的單3G低業(yè)務(wù)站可退網(wǎng)17站，同站址的低配置3G邏輯站可退網(wǎng)6站。根據(jù)設(shè)備功耗，僅完成一季度評(píng)估可以節(jié)能的數(shù)量，即可帶來可觀的節(jié)能效應(yīng)。

4G網(wǎng)絡(luò)方面，根據(jù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)的分析，參照4G初期終端普及率的趨勢(shì)預(yù)測(cè)5G終端普及率趨勢(shì)，以業(yè)務(wù)模型驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)量上升值與5G分流4G的業(yè)務(wù)量增量相比較，預(yù)測(cè)在2021年8月出現(xiàn)4G流量拐點(diǎn)，到時(shí)可以著手探索4G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化精簡(jiǎn)。

5G網(wǎng)絡(luò)方面，中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通已在全國(guó)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(jīng)自建了小部分5G站點(diǎn)，其中存在與承建方已建站點(diǎn)同址或近址的情況，雙方聯(lián)合評(píng)審可以考慮將各自5G同址或近址的站點(diǎn)進(jìn)行撤并，保留一方的站點(diǎn)，另一方的站點(diǎn)進(jìn)行下電和拆站、拆舊設(shè)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(fèi)的有效途徑，是符合未來頻譜管理創(chuàng)新和頻譜資源精細(xì)化管理的趨勢(shì)。中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通在1.8GHz、2.1GHz、3.5GHz三個(gè)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(shù)交流，全面評(píng)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(yīng)用，提升頻譜資源利用率，可最大化滿足快速增長(zhǎng)的用頻需求。

2020年中國(guó)聯(lián)通與中國(guó)電信在全國(guó)范圍開展了5G共建共享和低業(yè)務(wù)區(qū)4G共建共享，提升了網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)效能。2021年雙方進(jìn)一步加強(qiáng)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(wǎng)力度。4G和5G協(xié)同，加強(qiáng)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(fù)荷，在保障4G感知前提下，2.1GHz應(yīng)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(chǔ)。4G共享以共享載波為主，嚴(yán)禁新購(gòu)獨(dú)立載波，如確實(shí)需要2.1GHz獨(dú)立載波，由集團(tuán)進(jìn)行全國(guó)統(tǒng)籌調(diào)配。現(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(diǎn)，為低業(yè)務(wù)區(qū)全面關(guān)停1.8GHz奠定基礎(chǔ)。

雙方統(tǒng)一頻率規(guī)劃，加強(qiáng)站址重構(gòu)，退掉次優(yōu)站址，同時(shí)整合天面，騰退次優(yōu)天面。采用共享建設(shè)方式，可減少主設(shè)備及空調(diào)電源等配套設(shè)施投資，降低主設(shè)備和配套的能耗，采用鐵塔公司統(tǒng)一建設(shè)、運(yùn)營(yíng)商共享的方式，運(yùn)營(yíng)商之間開展機(jī)房配套資源、天面資源、傳輸資源、管道及纖芯資源、基站主設(shè)備資源、頻譜資源的共建共享，聯(lián)動(dòng)全面資源共享和復(fù)用，節(jié)省建設(shè)投資、減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降本。

極簡(jiǎn)站點(diǎn)

通過增補(bǔ)少量BBU框、UPEU電源板、DCDU,采購(gòu)一站式室外刀片電源（8kW-12kW）、ODF、SDH、OTN 等室外設(shè)備和雙模License包, 實(shí)現(xiàn)BBU共框和RRU共模，實(shí)現(xiàn)“鐵塔+無機(jī)房”的極簡(jiǎn)站點(diǎn)。

極簡(jiǎn)站點(diǎn)可節(jié)省機(jī)房和鐵塔的經(jīng)營(yíng)性租賃費(fèi)，節(jié)省主設(shè)備和空調(diào)的能耗，節(jié)省設(shè)備維護(hù)和協(xié)同優(yōu)化的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，并可降低舊設(shè)備故障率、提升可靠性，在能耗、租賃、運(yùn)維等方面多維度節(jié)省運(yùn)營(yíng)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(fèi)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(yīng)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(jìn)室內(nèi)環(huán)境的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度、節(jié)省5G建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)電費(fèi)支出，實(shí)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(chǎng)測(cè)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(zhì)量、速率均能有效滿足用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)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(chǔ)上進(jìn)行改造，通過移頻管理單元（FSMU）將5G信號(hào)變頻為800MHz～2700MHz頻段信號(hào)，然后與2G/3G/4G射頻信號(hào)進(jìn)行合路，輸出至無源室內(nèi)分布系統(tǒng)；移頻覆蓋單元（FSRU）接收無源室分系統(tǒng)內(nèi)變頻信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大、變頻后恢復(fù)至5G信號(hào)，5G信號(hào)與2G/3G/4G信號(hào)同時(shí)輸出，達(dá)到利舊原有室分天饋系統(tǒng)，在單根饋線上實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)2×2MIMO覆蓋的目的。

5G智能節(jié)能

單小區(qū)操作的符號(hào)關(guān)斷、射頻通道關(guān)斷、深度休眠，不會(huì)影響5G用戶的正常通信體驗(yàn)，5G用戶權(quán)益不會(huì)因此受到侵害。5G基站射頻單元設(shè)備深度休眠功能是在業(yè)務(wù)閑時(shí)時(shí)段開啟，即在深夜凌晨開啟，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)功耗智能化管理。在5G基站射頻單元設(shè)備深度休眠功能開啟后，運(yùn)營(yíng)商會(huì)保留至少一張打底網(wǎng)，當(dāng)有用戶業(yè)務(wù)發(fā)生時(shí)，打底網(wǎng)承載用戶正常業(yè)務(wù)。更重要的是，5G基站射頻單元設(shè)備進(jìn)入深度休眠狀態(tài)后，當(dāng)5G業(yè)務(wù)量增加時(shí)，AAU設(shè)備可以通過網(wǎng)管平臺(tái)進(jìn)行喚醒，只需5～10分鐘即可提供5G服務(wù)。

針對(duì)多小區(qū)操作的載波關(guān)斷、人工智能節(jié)能技術(shù)，在提高節(jié)能效率的同時(shí)可滿足一定的網(wǎng)絡(luò)性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與網(wǎng)絡(luò)性能靈活可控。

實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，符號(hào)關(guān)斷可實(shí)現(xiàn)降本10%以上，深度休眠期間可實(shí)現(xiàn)平均降本60%以上，符號(hào)關(guān)斷疊加深度休眠后全天可實(shí)現(xiàn)降本30%以上，且在節(jié)能期間網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)性能保持穩(wěn)定。據(jù)測(cè)算，C-RAN可節(jié)省整站功耗5%左右。

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，推廣C-RAN組網(wǎng)方式，通過BBU基帶資源池共享，節(jié)省硬件板卡配置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降本。在保障5G無線性能基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)各時(shí)段特點(diǎn)、小區(qū)負(fù)荷、業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)級(jí)的基礎(chǔ)型和增強(qiáng)型節(jié)能降本技術(shù)，開展多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同智能平臺(tái)建設(shè)，基于業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)變化特征，對(duì)相關(guān)設(shè)備的功能、模塊和開關(guān)等進(jìn)行自適應(yīng)控制，智能節(jié)能降本。

針對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)超密集部署引起的日益增長(zhǎng)的能量消耗，綠色節(jié)能問題日益突出，網(wǎng)絡(luò)的能量效率也成為網(wǎng)絡(luò)資源管理的重要指標(biāo)。節(jié)能降本是降低未來運(yùn)營(yíng)成本的重要措施，是提高資源利用率、避免資源浪費(fèi)的有效途徑。效益優(yōu)先、提質(zhì)量、保感知、網(wǎng)業(yè)協(xié)同、多措并舉，推行全網(wǎng)的節(jié)能降本是資源精細(xì)化管理的趨勢(shì)，積極推行節(jié)能降本的探索與應(yīng)用，具有重要意義。
作者：中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司東莞市分公司 唐曉翔

原文標(biāo)題：多網(wǎng)絡(luò)制式下，移動(dòng)通信如何節(jié)能降本?

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