基于AI的5G基站節(jié)能降耗技術(shù)應用

劉晨晨

【摘?要】本次研究對5G基站能耗構(gòu)成基本情況研究后，對基于AI 5G基站節(jié)能降耗技術(shù)應用情況加以分析，旨在合理使用5G基站節(jié)能降耗技術(shù)，完善基于AI下5G基站節(jié)能降耗技術(shù)構(gòu)架及工作流程，有效控制電信運營企業(yè)的成本，維護企業(yè)的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】AI;5G基站;節(jié)能降耗技術(shù);應用

AI背景下5G業(yè)務(wù)、應用場景發(fā)生較大變化，同時通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模越來越大，這時移動通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)增長、能源消耗問題比較嚴重。為有效降低電信運營商的成本，應在AI下有效應用5G基站節(jié)能降耗技術(shù)，加強我國基礎(chǔ)建設(shè)、合理使用資源能源，并且加強對環(huán)境的保護。

一、5G基站能耗構(gòu)成基本情況的研究

為提高移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量，典型運營商應于全國范圍內(nèi)構(gòu)件無線基站廣泛分布且數(shù)量較大，其在移動通信網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)較大比例，特別為5G階段行業(yè)應用場景較多，數(shù)據(jù)流量的指數(shù)級不斷增長，這時必然會對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營提出新的要求。5G基站技能技術(shù)的深入研究，可在一定程度降低5G基站能耗，需要注意的是5G基站能耗主要包括：計算、傳輸、其他等能耗幾個部分。其中計算能耗指的是BBU消耗電量，涉及數(shù)字部分處理、管控，以及核心網(wǎng)、其他基站間通信等方面的功耗;傳輸能耗為AAU功率放大器PA、射頻RF部分消耗電量，執(zhí)行基帶信號、無線信號轉(zhuǎn)換，饋電線功耗低于傳輸功耗;其他能耗為市電引入基站直流供電轉(zhuǎn)換期間額外損耗的電量，如：機房空調(diào)、監(jiān)控系統(tǒng)及智能設(shè)備等電量。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)基站設(shè)備能耗占據(jù)總能耗>85%、機房基站設(shè)備能耗占總能耗>60%，5G AAU設(shè)備、4G RRU設(shè)備比較存在較大差異性，前者內(nèi)部集成天線陣列、64個射頻通道、部分基帶功能，所以AAU于功放模塊、收發(fā)機，以及數(shù)字基帶等功耗會不同程度加大，相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示5G AAU設(shè)備能源消耗占據(jù)基站設(shè)備>85%，故此利于降低5G基站能源消耗、特別為AAU能源消耗，能夠從根本上降低整個通信網(wǎng)絡(luò)能耗。

二、基于AI 5G基站節(jié)能降耗技術(shù)應用情況的分析

（一）基于AI 5G基站節(jié)能降耗技術(shù)架構(gòu)、工作流程情況

4G網(wǎng)絡(luò)因PA于RRU設(shè)備能源消耗比重約為75%，所以通過關(guān)斷PA方式可獲得節(jié)能降耗效果。5G AAU能耗涉及PA、TRX和數(shù)字基帶等功耗，通過關(guān)閉PA節(jié)能降耗效果并不理想，因此可進行深度睡眠。對低業(yè)務(wù)場景來講建議選用符號、通道、多層覆蓋載波等關(guān)斷方法處理，其中符號關(guān)斷為設(shè)備級AAU自檢模式符號關(guān)斷后，通過BBU集中調(diào)度于時隙匯聚空出更多時隙，以此保證節(jié)能降耗效果;通道關(guān)斷5G大規(guī)模天線引入、64通道AAU作為主要機型，能施行64天線關(guān)斷、16通道關(guān)斷、32通道關(guān)斷、48通道關(guān)斷，以及PA及TRX關(guān)閉等處理，節(jié)能降耗效果顯著、有效。5G基站智能節(jié)能降耗工作流程：收集并處理數(shù)據(jù)、場景識別、確定節(jié)能門限及時間段、基站結(jié)果反饋和評估。之前設(shè)備級節(jié)能評估方法，在5G時代場景下應用效果不理想，所以需運營商關(guān)注到設(shè)備空閑時間節(jié)能比例、相同業(yè)務(wù)能力耗電量，以及開啟節(jié)能后節(jié)約電量等狀況，因流量為運營的重點部分主要表現(xiàn)在提供流量時，節(jié)能可為運營商提供OPEX方面，故而可使流量、能耗保持平衡，充分發(fā)揮出節(jié)能降耗技術(shù)的最大作用。

（二）5G基站基礎(chǔ)節(jié)能降耗技術(shù)的應用

基站設(shè)備節(jié)能降耗主要通過硬件節(jié)能降耗、軟件節(jié)能降耗，前者可降低整個基站設(shè)備能源消耗、后者在業(yè)務(wù)負荷狀態(tài)下有效調(diào)度，進而從根本上提高基站設(shè)備的運行效率。（1）硬件節(jié)能降耗經(jīng)完善硬件架構(gòu)設(shè)備、完善生產(chǎn)工藝、處理好基帶、數(shù)字中頻和射頻集成等方式處理，應用10nm/7nm登高集成度芯片技術(shù)工藝，有助于縮小芯片面積、提高系統(tǒng)性能;使用氮化鎵材料，在加強AAU設(shè)備功放效率方面優(yōu)勢突出。（2）軟件節(jié)能降耗技術(shù)能結(jié)合通信業(yè)務(wù)時間分布特征、空間分布特征、網(wǎng)絡(luò)負荷變化等，在用戶感知體驗下以動態(tài)調(diào)度對策實行基站載頻、通道，以及整機休眠等處理，從而達到節(jié)能降耗效果，于低功耗狀態(tài)下運行設(shè)備確?；驹O(shè)備資源能夠有效運用。基礎(chǔ)節(jié)能關(guān)斷方法：（1）載波關(guān)斷方法：多層覆蓋組網(wǎng)場景中一個載波可實行基礎(chǔ)覆蓋，另一載波容量補熱，結(jié)合PRB周期性監(jiān)控于業(yè)務(wù)空閑時候，將容量補熱載頻關(guān)閉處理，進而實現(xiàn)節(jié)能降耗效果。（2）符號關(guān)斷方法：在網(wǎng)絡(luò)低負荷通過斷續(xù)發(fā)射方式降低功放模塊消耗功率，符號關(guān)斷功能開啟后于符合無用戶數(shù)據(jù)發(fā)送期間，使用基站設(shè)備主動關(guān)閉射頻功放模塊，獲得最佳節(jié)能降耗效果。（3）通道關(guān)斷方法：5G標準下使用Massive MIMO技術(shù)，于基站業(yè)務(wù)負荷低場景下，選擇關(guān)閉部分射頻通道發(fā)射功率達到節(jié)能降耗的目的。

（三）AI技術(shù)發(fā)展、AI技術(shù)于5G基站中應用情況

5G建設(shè)屬于漫長過程，應考慮到經(jīng)濟效益、業(yè)務(wù)需求方面情況，網(wǎng)絡(luò)更加復雜。以往，多通過人工方式運營不能達到具體的需求和要求，人工智能AI技術(shù)不但能處理高計算量數(shù)據(jù)分析、跨領(lǐng)域特性挖掘及動態(tài)生成方面問題，而且可以不斷創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)運營運維模式。網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量于各時間段均會發(fā)生一定波動，傳統(tǒng)基站設(shè)備為24h持續(xù)運行狀態(tài)/結(jié)合固定關(guān)斷，然而不能結(jié)合話務(wù)量智能調(diào)控，所以會在一定程度上加大能源消耗及其成本。因此，應收集歷史時空特性數(shù)據(jù)對無線資源利用，對其變化規(guī)律加以深入分析，從而有效預估覆蓋小區(qū)KPI監(jiān)控。通過人工智能技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，需考慮到用戶分布和場景主要特征，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)評估無線資源利用情況。在此之后，聯(lián)系運營商策略、用戶意愿選擇適合的方法處理，目的為有效提高網(wǎng)絡(luò)性能、使能耗下降。

為實現(xiàn)5G基站節(jié)能降耗效果，首先應進行業(yè)務(wù)預測，使用歷史業(yè)務(wù)負荷數(shù)據(jù)訓練模型對節(jié)能小區(qū)預測，將節(jié)能時段觸發(fā)這一小區(qū)負荷轉(zhuǎn)移到鄰區(qū)，待負荷轉(zhuǎn)移后觸發(fā)這一小區(qū)節(jié)能功能，使不同節(jié)能時段發(fā)揮節(jié)能作用。其次，需要合理選擇節(jié)能策略聯(lián)系預測結(jié)果選擇節(jié)能對策、實時調(diào)整、自動更新并執(zhí)行，以此達到預設(shè)KPI指標、節(jié)能降耗的基本目標。除此之外，建議進行多網(wǎng)協(xié)同控制工作，主要對多層覆蓋小區(qū)、基礎(chǔ)覆蓋小區(qū)、補熱小區(qū)作以自動識別處理，獲得最理想的節(jié)能降耗效果。場景識別可在話務(wù)模型下，對自動識別業(yè)務(wù)場景加以有效分析，比方說：居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和高鐵線路等，有助于結(jié)合各種場景選用關(guān)斷節(jié)能降耗對策。

結(jié)語

5G基站節(jié)能降耗屬于系統(tǒng)工作，應獲得軟件、硬件的支持，并且不斷創(chuàng)新并優(yōu)化5G基站節(jié)能降耗技術(shù)，如此一來必然可使用戶獲得最優(yōu)質(zhì)的體驗，降低運營商的成本。同時電信運營商需要重視5G基站節(jié)能降耗問題，合理應用節(jié)能降耗技術(shù)，從而降低基站設(shè)備的能源消耗。

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（作者單位：安徽廣播電視臺黃山發(fā)射臺）