5G基站AAU基于通道關(guān)閉的節(jié)能方案

5G時代的到來改變了人類社會的生產(chǎn)和生活方式，但是5G基站AAU功耗大的問題不容忽視。目前華為、中興通訊、愛立信等主流設(shè)備商的AAU功耗比4G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中RRU的功耗增加了許多，極大地增加了運營商的運營成本。運營中的通信網(wǎng)絡(luò)資源由于承載業(yè)務(wù)的不均衡導(dǎo)致資源利用率不充分，甚至有的網(wǎng)絡(luò)資源處于空載狀態(tài)。

同時，在5G網(wǎng)絡(luò)中由于其AAU本身的特點，有的站點垂直維度較高，其小區(qū)層資源很難被充分利用，導(dǎo)致了某些小區(qū)部分資源處于利用率過低甚至空載的狀態(tài)。在目前整個社會都提倡降本增效的環(huán)境下，如何在降低5G網(wǎng)絡(luò)能耗成本的同時，確保網(wǎng)絡(luò)資源高效運轉(zhuǎn)對運營商的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

5G基站AAU基于通道關(guān)閉的節(jié)能方案

AAU通道的關(guān)閉分兩種情況：通道完全關(guān)閉以及通道內(nèi)分時段關(guān)閉。

一是通道完全關(guān)閉。以5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中經(jīng)常用到64通道的AAU為例，5G網(wǎng)絡(luò)端可以監(jiān)測每一個通道的流量承載情況，如果流量低于特定的門限值，則開啟此通道流量全量遷移嘗試，嘗試將此通道原來承載的流量遷移到相鄰?fù)ǖ?，臨近通道是否接收取決于自身通道的流量承載極限。同時，AAU由于其波瓣具有自我恢復(fù)能力，因此通道關(guān)閉后對AAU覆蓋性能的影響可以忽略不計。

基于A AU通道完全關(guān)閉方案的流量遷移算法流程圖如圖1所示：將64通道的AAU中某個通道設(shè)為Tk，Tk通道承載的流量是M，Tk-1通道承載的流量是O，Tk+1通道承載的流量是P；設(shè)Tk通道承載流量的最低門限值是L，最高門限值是H，其中L

圖1 AAU通道流量遷移算法流程圖

二是通道內(nèi)分時段關(guān)閉。當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)的A AU檢測到部分應(yīng)該發(fā)送下行信號或者上行信號的時刻，而沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的時候，則關(guān)閉PA，節(jié)省PA靜態(tài)功耗。如果AAU檢測到有信號發(fā)送，PA立刻恢復(fù)為正常狀態(tài)。以下行信號發(fā)送為例，具體5G網(wǎng)絡(luò)A AU正常狀態(tài)和節(jié)能狀態(tài)對比如圖2所示。

圖25G網(wǎng)絡(luò)AAU正常狀態(tài)和節(jié)能狀態(tài)對比圖

潮汐區(qū)域的5G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方案

所謂潮汐區(qū)域指的是在不同時間段內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)的流量承載負荷不同，城市中的CBD（中央商務(wù)區(qū)）區(qū)域以及商業(yè)街區(qū)潮汐現(xiàn)象相對明顯一些，這些區(qū)域存在的共同特點為白天人流量較大、網(wǎng)絡(luò)承載負荷較大，夜晚人流量較小，網(wǎng)絡(luò)承載負荷較小。

潮汐區(qū)域5G網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能主要聚焦于潮汐區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)運營時各個扇區(qū)的流量承載。網(wǎng)絡(luò)通過日常監(jiān)控5G基站各個扇區(qū)的流量承載情況，按照如下方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，即如果出現(xiàn)扇區(qū)A承載的流量大于扇區(qū)B承載的流量，且扇區(qū)B承載的流量完全可以遷移到扇區(qū)A，同時扇區(qū)A同意遷移，則開啟扇區(qū)B休眠模式，此時同步調(diào)整扇區(qū)A的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（如適當(dāng)抬升下傾角）確保B扇區(qū)的流量能夠全部足量地遷移駐留進扇區(qū)A。另外，扇區(qū)A和扇區(qū)B的流量遷移基于相鄰5G基站中距離最近的兩個扇區(qū)間完成。

5G基站各個扇區(qū)流量遷移具體實現(xiàn)情況如圖3所示：gNB3基站的3個扇區(qū)向周邊基站實現(xiàn)流量遷移方向如箭頭所示，接收基站gNB3流量的基站gNB2、gNB4、gNB5能夠完全接收gNB3 3個扇區(qū)的流量；gNB3基站完成流量遷移后開啟休眠或者關(guān)閉模式，暫時退出網(wǎng)絡(luò)運營。

圖35G基站各個扇區(qū)流量遷移示意圖

由于5G網(wǎng) 絡(luò)具備自我優(yōu)化的能力，所以網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的 設(shè) 置 可 以 自 我配置、自我動態(tài)實現(xiàn)。從一定意義上說，扇區(qū)B是一個只用于承載容量的扇區(qū)，它在高人流量、高網(wǎng)絡(luò)負荷的時候開啟，在低負荷、低人流量的時間段關(guān)閉。時間節(jié)點的選擇以不引起5G網(wǎng)絡(luò)中各個扇區(qū)出現(xiàn)擁塞預(yù)警為前提。

提升5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，降低網(wǎng)絡(luò)能耗網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的好壞主要影響5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制信道信令的開銷。在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力較差的情況下，終端需要不斷地檢測網(wǎng)絡(luò)信道，這樣導(dǎo)致信息傳輸?shù)乃俾式档?，信令開銷增加，信令開銷的增加會導(dǎo)致系統(tǒng)能耗的增加。另外，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)頻信號設(shè)置不合理可能會引起終端的乒乓切換，增加網(wǎng)絡(luò)不必要的信令開銷，無法完成業(yè)務(wù)信道正常的數(shù)據(jù)傳輸。

5G基站的控制信令主要是RRC建立流程（如圖4、圖5所示），兩種信令流程的區(qū)別是只有激活了接入層安全的終端才可以發(fā)起重建過程，如果有上下文并校驗通過，則重建成功，否則按照圖4完成RRC重新建立。

圖45G基站RRC信令流程（1）

圖5 5G基站RRC信令流程（2）

無論5G網(wǎng)絡(luò)和終端之間通過圖4流程還是通過圖5流程建立RRC連接，當(dāng)傳輸指定長度的報文時，如果網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能不足，則終端和網(wǎng)絡(luò)之間需要多次嘗試RRC連接建立鏈路，這樣會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源主要是信令開銷和網(wǎng)絡(luò)能量消耗增加。

5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力的提升從以下幾個方面來實現(xiàn)：優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)無線參數(shù)，比如通過調(diào)整AAU的設(shè)計參數(shù)如掛高、下傾角和方向角來提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能；充分運用5G網(wǎng)絡(luò)特有的覆蓋增強技術(shù)提升覆蓋能力，比如通過在網(wǎng)絡(luò)的上行方向引入低頻實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的上行覆蓋能力增強；通過合理使用波束賦形技術(shù)也可以實現(xiàn)增強網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能。

合理設(shè)置網(wǎng)絡(luò)切換區(qū)域，降低網(wǎng)絡(luò)能耗

網(wǎng)絡(luò)切換區(qū)域的設(shè)置主要影響用戶選擇的駐留小區(qū)，當(dāng)終端向信號質(zhì)量較好的目標(biāo)小區(qū)發(fā)起切換請求時，如果切換門限設(shè)置不合理，勢必會影響終端不能及時駐留到質(zhì)量較好的目標(biāo)小區(qū)，而出現(xiàn)終端依然駐留較差小區(qū)的情況，這樣導(dǎo)致終端不斷地檢測網(wǎng)絡(luò)信道質(zhì)量，增加5G網(wǎng)絡(luò)的信令開銷，進而導(dǎo)致能耗增加。

5G網(wǎng)絡(luò)切換的信令流程如圖6所示，如果終端發(fā)起切換請求（H O Request）時，原來5G基站由于切換參數(shù)的設(shè)置不合理導(dǎo)致終端不能及時切換到目標(biāo)小區(qū)，原來的小區(qū)由于信道質(zhì)量較差，終端的切換請求始終在進行，這樣導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的信令交互，增加資源消耗，進而增加網(wǎng)絡(luò)能量消耗。

圖65G切換流程圖

5G網(wǎng)絡(luò)切換區(qū)域的合理設(shè)置從以下幾個方面來實現(xiàn)：合理設(shè)置切換鄰區(qū)，合理控制5G網(wǎng)絡(luò)中每個基站的覆蓋范圍，確保相鄰扇區(qū)中相互重疊的區(qū)域最優(yōu)；合理設(shè)置切換門限以及切換完成時間，確保終端始終可以及時駐留到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量最佳的目標(biāo)小區(qū)。