極簡改造讓5G基站告別能耗痛點
5G單位比特能耗是4G的五分之一，但5G峰值速率相比4G增長了20倍，且配套設(shè)備、天線數(shù)、站點數(shù)相比4G成倍增加，網(wǎng)絡(luò)能耗問題一直伴隨著5G發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，5G基站的電費支出占整體網(wǎng)絡(luò)能耗的80%以上。按照傳統(tǒng)基站建設(shè)模式，每個基站都需要設(shè)置機房，為保障設(shè)備的穩(wěn)定運行，機房還需配置空調(diào)。這樣一來，不僅站點占地面積大，空調(diào)能耗高，站點能效通常只有50%—60%。
5G站點“極簡化”，成為打造性能、節(jié)能雙優(yōu)的一劑良方。
“站點級極簡化，需要配置新型無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來實現(xiàn)配套設(shè)施能耗的降低。”中國信息通信研究院通信專家告訴《中國電子報》記者，例如，C-RAN的集中部署網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠通過減少基站的數(shù)量及配套設(shè)備，來降低對空調(diào)和備電的需求，從而將網(wǎng)絡(luò)能耗降低30%以上。
廣東移動通過集中式C-RAN架構(gòu)部署5G網(wǎng)絡(luò)，一方面簡化了遠端站點，基站射頻單元、電源電池和傳輸模塊放置在了室外，實現(xiàn)去機房、關(guān)空調(diào)，典型單站每年可節(jié)省用電約1.45萬度。
華為站點能源領(lǐng)域總裁彭建華介紹，采用室外站點替換機房站點，站點能效可提升至80%。若進一步采用自然散熱架構(gòu)的“刀片”電源桿站，站點能效則可提升至97%。這種“以柜替房、以桿替站”的模式，可以最大化提升站點能效，把每一度電都用在“刀刃上”，同時也減少了土建成本、縮短了建設(shè)周期。
在河北張家口，基于全場景高集成度的極簡站點解決方案，以往單個站點安裝需花費2—3天，如今縮短至2個小時；在河北廊坊，通過刀片電源極簡部署，站點能效提升至96%，溫控損耗減少700度/年，線損減少50%；貴州鐵塔用1個新的機柜代替了3個傳統(tǒng)機房，租金電費節(jié)省4400元/月，運維節(jié)省75%。
充分利用綠色清潔能源，讓整站走向聯(lián)動、實現(xiàn)供能、儲能、用能高效協(xié)同，能夠真正實現(xiàn)“電隨業(yè)動”“能隨業(yè)動”，使整站能耗大幅降低。
我國光能和風能十分充沛。近日，由中國移動打造的全國首批“零碳”5G基站在浙江舟山群島開始試點運行。這座5G零碳排基站的日常主要能源來自光伏發(fā)電，風大的時候使用風電做補充，還有后備的鋰電池存儲能量，遇到陰雨天氣，光伏輸出不理想，還可以遠程啟動油機，堅持20天不成問題。據(jù)了解，這些基站在運行過程中可以真正實現(xiàn)“零碳”排放，單個站點每年能減少碳排放14.5噸。
“高度集成”成設(shè)備級節(jié)能重要趨勢
無線設(shè)備從僅支持“單頻單制式”到支持“多頻多制式”演進，應(yīng)對多制式、多網(wǎng)絡(luò)的融合部署和高效運營，5G設(shè)備將持續(xù)向高度集成化演進，以降低多網(wǎng)絡(luò)場景部署所需的設(shè)備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)能耗。
5G基站主設(shè)備主要由AAU（有源天線單元）和BBU（基帶處理單元）組成。BBU的功率比較穩(wěn)定，主要負責基帶數(shù)字信號處理；AAU集成了射頻和大規(guī)模天線功能，但隨著發(fā)射功率的增加，功耗也隨之大幅增長。在站址資源有限、天面資源緊張的情況下，原本“身材”并不苗條的AAU不僅要經(jīng)常面臨無處安放的尷尬，也對其安裝部署、運營維護、節(jié)能降碳提出新挑戰(zhàn)。體積小、集成度高便成為運營商對于AAU產(chǎn)品的剛需。
近日，華為聯(lián)合三大運營商，在湖北武漢、甘肅蘭州、四川成都、山西運城、山東臨沂等多個城市開展了MetaAAU（MassiveMIMO大規(guī)模天線陣列產(chǎn)品）試點站測試。測試結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)方案，MetaAAU可以同時提升小區(qū)30%上行覆蓋和30%下行覆蓋，邊緣用戶平均體驗可提升25%；在小區(qū)邊緣覆蓋指標不變的情況下，基站可配置更低的發(fā)射功率，從而降低基站能耗，相比傳統(tǒng)AAU，能耗降低約30%。
站點中的BBU設(shè)備工作中會大量散熱，需要制冷設(shè)備為其降溫。而不同的BBU安裝方法，會在很大程度上帶來節(jié)能效果的不同。中興通訊公司在測試時發(fā)現(xiàn)，BBU設(shè)備豎裝不僅外部冷空氣進入設(shè)備的阻力值變小，且轉(zhuǎn)速更低，節(jié)能性能更佳。
內(nèi)蒙古聯(lián)通聯(lián)合中信科移動，對鄂爾多斯、包頭、赤峰、通遼、呼倫貝爾五個地市16個旗縣的5GBBU設(shè)備豎裝改造。在外界環(huán)境相同的條件下，豎裝改造后的BBU溫度平均降低6℃，最高降溫12.9℃；同時豎裝工藝更加美觀，實現(xiàn)了電源類線纜上走線，光纖等信號類線纜下走線，分類走線避免了干擾。
“智能化”運維讓網(wǎng)絡(luò)能耗、性能雙優(yōu)
一天24小時中，業(yè)務(wù)有閑時、忙時之分，能效也有高低之差，利用軟件來節(jié)能，可提升閑時能效、休眠相應(yīng)資源。目前ICT企業(yè)不斷推出“網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化+能耗管理”的方案，在保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的前提下，在5G網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用智能協(xié)同深度休眠、智能符號關(guān)斷、智能載波關(guān)斷等技術(shù)。
對于所有站點來講，都需要根據(jù)實際情況調(diào)整運營狀態(tài)，從亞幀、通道關(guān)斷及深度休眠等方面開展軟件節(jié)能方案研究，由此達到節(jié)能目標。
根據(jù)當?shù)?G用戶分布和終端使用狀況，洛陽聯(lián)通對已經(jīng)入網(wǎng)的3種不同基站射頻單元設(shè)備，分不同時段定時開啟空載狀態(tài)下的深度休眠功能，從而實現(xiàn)智能化基站設(shè)備能耗管控的目的；愛立信研發(fā)了潮汐功放技術(shù)能動態(tài)調(diào)整PA電壓，根據(jù)業(yè)務(wù)量的高低，自動通過算法實時優(yōu)化功耗，根據(jù)實驗結(jié)果，在典型業(yè)務(wù)負荷時，該技術(shù)可以讓基站射頻單元整機功耗降低20％，基站整體功耗降低約15％。
結(jié)合日益成熟的AI、大數(shù)據(jù)及機器學習等技術(shù)，可以實現(xiàn)多制式網(wǎng)絡(luò)的整體節(jié)能效果最佳的配置方案。
天津移動采用中興通訊數(shù)字化節(jié)能新技術(shù)，基于中興的AI引擎、季節(jié)性自回歸差分滑動平均算法、長短期記憶網(wǎng)絡(luò)算法、前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等AI算法進行調(diào)整適配，實現(xiàn)了天津多個小區(qū)5G基站通道關(guān)斷功能的24小時自動調(diào)度，實施后每小區(qū)通道關(guān)斷生效時長從0.68小時上升到5.16小時，預(yù)計全年可增加節(jié)能74萬度電，相當于減少616噸碳排放。
面向龐大的5G業(yè)務(wù)種類，不同業(yè)務(wù)在覆蓋、容量、時延等方面的需求有所差異，覆蓋范圍內(nèi)用戶互相干擾，也會引起用戶體驗不一致。運營商需要通過一張智能化的無線網(wǎng)絡(luò)，以最佳的頻段組合保證多維業(yè)務(wù)體驗最優(yōu)，并走向以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)資源配置。華為推出了無線智能化架構(gòu)Intelligent-RAN，構(gòu)建了智能引擎和智能節(jié)能算法，基于意圖進行多路徑?jīng)Q策，調(diào)整整網(wǎng)節(jié)能策略，能夠在保障用戶體驗前提下，實現(xiàn)多頻多制式復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)能耗降低27%以上，實現(xiàn)能效最大化。
