5G 技能技术

正式干部

一、  站点级节能技术1.1    亚帧关断

1. 技术产生背景

5G单站额定功耗高，大力研究并积极使用站点级节能技术，千方百计降低设备能耗十分必要。移动网络话务量在闲时和忙时分布不均匀，如何在网络闲时进行能耗降低是节能技术的关键。站点级节能技术主要依据话务负荷的高低，配置相应的设备资源，将其余暂时不用的资源关闭。亚帧关断是站点级节能技术之一，由于5G网络无线帧采用OFDM符号承载信息进行传输，当某个时隙符号（亚帧）上全带宽均无信号发送时，可以关闭射频硬件，降低功耗。

2. 技术原理

在基站设备中，功率放大器（PA）的能耗最多，在没有信号输出时，功率放大器也会产生静态能耗。亚帧关断功能是基站检测到部分下行亚帧（下行符号）无数据发送时，在此周期关闭功率放大器等射频硬件，达到降低静态功耗的目的；待检测到有数据调度时，再启动射频硬件使其恢复正常，以保证数据传输的完整性。亚帧关断或开启的时间颗粒度为微秒级别。

图1：亚帧关断技术方案示意图

3. 应用条件

亚帧关断功能可一直处于开启状态：当基站检测到亚帧处于无数据发送的空闲状态时则关闭对应符号周期内的射频硬件（如图1中的灰色区域）；当检测到有承载数据时则即时开启射频硬件以保证数据传输（如图1中的蓝色区域），因此对网络性能没有影响。建议该功能在现网所有支持的基站全时段开启应用。

4.  产业支持情况

5G设备均支持亚帧关断功能，2020年计划在现网开展该功能的节能性能测试。

5. 引入效果评估及可能存在的风险

亚帧关断功能通过动态检测亚帧内有无数据发送，在部分亚帧没有数据发送时，动态关闭对应符号周期内的射频硬件。由于是在亚帧没有承载数据时期内进行关断操作，因此在降低系统能耗的同时对网络性能没有影响。通过实验室测试亚帧关断可实现在低业务负荷下节电10%左右。

6、引入策略及应用建议

建议亚帧关断功能一直开启，空闲下行亚帧占比越高，节能效果越明显。在具体应用中，基站可将数据集中在某些亚帧上发送，提升空闲下行亚帧的占比，但集中调度会在一定程度上影响时延。

1.2     通道关断

1、技术产生背景

5G网络以2.6GHz室外宏基站覆盖为主，5G 2.6GHz宏站分场景选择采用64通道、32通道、8通道宏基站产品。设备通道越多，网络承载能力越强，但网络功耗越高，主要原因是通道数增加导致数字中频、射频小信号的功耗显著增加，并使得基带处理计算量显著增加，导致其功耗上升；另外每个通道的功放布板面积受限，高集成度的封装带来片内匹配电路设计难度增加，插损加大，从而导致5G AAU整机效率下降，这些因素导致基站总功耗显著增加。相同负荷条件下，相比5G2.6GHz 8通道宏基站功耗，32通道宏站功耗增加约15%-20%、64通道宏站功耗增加约40%-100%。

在某个区域部署5G宏基站后，当网络处于轻载或空载时，小区容量需求低于网络承载能力，若射频模块的所有发射通道仍处于工作状态，网络承载能力过盛、且存在能耗浪费，此时可考虑关闭射频模块的部分发射通道，降低基站功耗。关闭发射通道的软件功能就是通道关断技术。

2、技术原理

基站关闭（或休眠）部分发射射频通道，以达到降低功耗的目的；待有需要时，再开启射频通道。通道关断或开启的时间颗粒度为秒级。

如对于5G 2.6GHz 64通道宏站，选择关闭其中的32个通道后，则该产品降为32通道，设备功耗可降低。

图2：通道关断技术方案示意图

3、应用条件

通道关断功能主要用于通道数多的宏基站，如5G2.6GHz 64通道、32通道宏基站，目前应用方式是通过人工设置节能时间周期，并提前设置好若干组固定的通道关闭（或休眠）方式，包括关闭的通道数量、位置等，到达特定时间后启动或关闭该功能、通过参数配置选择通道关闭（或休眠）方式。

后续将研究基于网络状态自适应启动/关闭该功能、基于应用场景实现灵活选择通道关闭（或休眠）方式的技术方案。

4、产业支持情况

目前5G宏基站产品均支持通道关断功能。

5、引入效果评估及可能存在的风险

设备关断的通道数量越多，节能效果越明显。但射频通道关闭将导致阵列增益和赋形增益损失，通过功率控制（Power Boosting）可一定程度弥补下行广播覆盖和下行控制信道，但下行业务信道容量会受到影响。

实验室测试结果表明，低业务负荷水平条件下，通道关断可实现约15%能耗节省。2020年计划在现网开展该功能的节能性能测试。

6、  引入策略及应用建议

建议通道关断功能用于部署了5G 2.6GHz 64通道、32通道宏基站的区域，在网络容量需求不高、边缘用户不多，且对信号质量要求不高的区域开启使用。开启该功能时，建议同步开启Power Boosting功能，最大程度保证广播信道和控制信道的覆盖能力不收缩。

1.3     深度休眠

1、技术产生背景

5G网络初期负荷不高，当4G邻区可承载容量需求、且用户体验（如单用户平均速率、业务时延等）下降在可接受范围内时，考虑将5G用户迁移到相邻小区，使5G设备进入深度休眠，以达到降低功耗的目。深度休眠是站点级节能技术之一。

2、技术原理

关闭5G AAU的功放、绝大部分射频以及数字通路，仅保留最基本的数字接口电路工作，AAU进入深度休眠状态以达到降低功耗的目；待有需要时，再恢复AAU至正常状态。AAU休眠或恢复的时间颗粒度为分钟级。

图3：深度休眠技术方案示意图

3、应用条件

用于采用5G宏基站产品的场景，通过人工设置节能周期或基于网络状态自适应启动/关闭该功能的方式进行应用。射频模块深度休眠节能以AAU为粒度，采用定时休眠，在配置的时间到达后，会先禁止新用户接入，然后切换在线用户，在射频模块无业务时进入深度休眠节能。

1)  若射频模块上所有小区都没有在线业务，则立即休眠小区，同时射频模块进入深度休眠。

2)  若射频模块上小区一直有用户在线，则在等待时长超时后，强制休眠小区，同时射频模块进入深度休眠。

配置的时间到达后，射频模块退出休眠。在退出时，射频模块会复位重启，重启后，恢复正常工作状态。业务恢复时长5-10分钟。

4、产业支持情况

5G设备均支持深度休眠功能。

5、引入效果评估及可能存在的风险

2020年计划在现网开展该功能的节能性能测试，预计降幅在50~60%。射频模块进入深度休眠后不再发射信号，会导致覆盖区域内无线信号变差，出现UE掉话、无法接入等现象。

6、引入策略及应用建议

5G AAU进入深度休眠状态后，会禁止新用户接入，并将在线用户切换至相邻小区。因此建议深度休眠功能用于网络负荷低、可接受用户体验略有下降的多层网容量层小区。

1.4     微站关断

1、  技术产生背景

宏基站覆盖范围内部署的微站，主要用于热点区域扩容，其打开和关闭对宏站的覆盖影响不大。因此当宏站及其覆盖范围内微站承载的业务量均降低到一定阈值时，可将微站关断，由宏基站承载全部业务量，以节省能耗，此时宏站已能满足容量要求，关闭微站不会造成用户感知的恶化；当区域内的业务量上升到一定阈值时，微站开启用于分流宏站的业务量，提升用户感知。

2、技术原理

当微站小区检测到其负荷低于节能门限时，将原驻留于微站的用户切换到所属宏覆盖小区，然后关断载波；当宏基站小区负荷高于门限后，再重新激活微站，整个操作过程业务不会中断，不影响用户感知。

图4：微站关断示意图

3、应用条件

本功能用于宏微组网补热环境，可在业务闲时（宏微负载都比较低时），将微站用户迁移到同覆盖的宏基站，将微站置于休眠状态，降低网络能耗；业务忙时（宏基站负载较高时）再激活微站。