面向5G 移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)研究

張偉 曹效義

（內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟技術(shù)研究院 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010000）

在現(xiàn)階段，我國正處于飛速發(fā)展時期。在信息化時代背景下，對于信息的處理以及接收速度實現(xiàn)了大范圍的提升，為我國居民的生活、工作創(chuàng)造良好的環(huán)境。基于大數(shù)據(jù)時代的特征，人們的數(shù)據(jù)規(guī)模以及數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量也愈發(fā)龐大。但現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)很難提供有力保障，因此在全新的信息決策下，綠色通訊技術(shù)應用而生。利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，結(jié)合綠色發(fā)展理念，使數(shù)據(jù)能夠更好的實現(xiàn)接納、吞吐。5G 通信方向為信號的有效傳遞提供了強有力的保障，5G 技術(shù)與4G 技術(shù)相比，5G 技術(shù)的容量較大，同時傳輸速度極快。通過數(shù)據(jù)研究顯示，與4G 相比，5G 技術(shù)的速度是4G網(wǎng)絡(luò)的100 倍。使用5G 網(wǎng)絡(luò)幾乎無延遲，其反應時間要小于1ms?；驹诮尤刖W(wǎng)絡(luò)后，就會有一定的耗能。因此，5G移動網(wǎng)絡(luò)綠色通信可以更好的解決功耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，確保5G 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全面發(fā)展。

1 綠色通信技術(shù)的設(shè)備器件

1.1 基礎(chǔ)器件

面向5G 移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為了更好的實現(xiàn)其系統(tǒng)的能量效率，就必須考慮系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)的運行模式。例如，整個無線通訊系統(tǒng)中，分析基站能耗，為了分析基站功耗的數(shù)據(jù)，需要就目前基站的效率進行分析。一般而言，在基站系統(tǒng)上，效率包含了兩部分，分別為基站收發(fā)效率以及基站控制效率。絕大多數(shù)的能量被功耗放大器所消耗，因此在相應的傳輸距離中，可以抵消一定程度路徑損耗。目前，我國集中于增大功率放大器，在研究上通過開關(guān)模式放大器，可以有效的提高放大器的相應功率。作為一種全新的調(diào)節(jié)技術(shù)，其信號網(wǎng)絡(luò)可以針對于峰值、功率帶來一定程度的變化，可以更好的接收到信號，保障系統(tǒng)具備高限度性。此外，根據(jù)協(xié)作中繼無線信號，在傳遞過程中有可能會產(chǎn)生各種損耗以及衰減影響，確保5G 技術(shù)能夠更好的實現(xiàn)融合。通過基站發(fā)射足夠的功率，確保能夠更好的達成區(qū)域有效覆蓋。但有可能會出現(xiàn)基站以及手機自身能耗增加的問題。在中繼方式上，將基站以及移動用戶的路徑劃分為不同的短鏈路，可以更好的降低不同損耗所帶來的無線信號影響。在研究中，了解到未來的中繼方式，減少系統(tǒng)在傳輸過程中出現(xiàn)的信號損失問題。目前，中繼信號包含了兩種形式，即中期節(jié)點以及網(wǎng)絡(luò)終端。其中，相應的固定資產(chǎn)會造成資源的浪費。但相比而言，協(xié)作可以保障在覆蓋條件下使用低功率，實現(xiàn)發(fā)送。與基站以及移動用戶可以更好的完成銜接，通過設(shè)定路線以及接口，且能夠針對移動用戶機電的特點，可以提高速率，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但算法必須有相應的協(xié)議支持，這對系統(tǒng)的運行產(chǎn)生了一定的難度。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

在網(wǎng)絡(luò)層次上，無線網(wǎng)絡(luò)的能量損耗與其應用場景、網(wǎng)絡(luò)大小等有密切關(guān)聯(lián)。同時，也與用戶有著直接的聯(lián)系。對于網(wǎng)絡(luò)層面而言，降低網(wǎng)絡(luò)能耗，可以更好的完成網(wǎng)絡(luò)部署，實現(xiàn)移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，給用戶帶來全新模式的介入。方便用戶能夠在現(xiàn)有基礎(chǔ)上完成更加優(yōu)異的服務，實現(xiàn)全方面的建設(shè)改進。解決目前出現(xiàn)的重復建設(shè)問題，實現(xiàn)資源利用的最大化，有效避免資源浪費，解決出現(xiàn)的潛在不足。按照其異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，根據(jù)用戶密度以及移動性的不同，網(wǎng)絡(luò)的部署特點對用戶協(xié)議帶來基本保障。而在相應的傳輸上，可以采用多種基站為同一用戶服務的方式，不僅能夠避免因各種傳輸導致的信號泄露問題，同時還能夠有效提高容量以及能效。在中繼節(jié)點的優(yōu)勢下，確保5G能夠達到可運行的標準，拓展其相應的區(qū)域覆蓋面積。此外，降低發(fā)射功率，利用網(wǎng)絡(luò)層，不僅能夠避免成本的不良損耗，同時分布式天線技術(shù)整合還能夠解決小區(qū)出現(xiàn)的信號問題。配備多個分布式天線收發(fā)機以及集中的基站處理器，不僅能夠提高頻譜效率，還能夠減少發(fā)生功率。在分布式天線模型上，整體設(shè)計較為復雜，但可以減少多個用戶的延遲性。根據(jù)未來的傳播需要，對區(qū)域提高傳播功效，減少網(wǎng)絡(luò)發(fā)射能量，滿足綠色通信的要求。

在小區(qū)縮放上，目前移動通信的發(fā)展過程使用戶對于高數(shù)據(jù)的速度要求增高。移動網(wǎng)絡(luò)邁向微小區(qū)以及家庭基站的方向，這種全新的改變方法將降低系統(tǒng)的冗余損耗。在傳輸過程中，數(shù)據(jù)自身有波動性以及突發(fā)性。因此，對于小區(qū)基站的能量消耗較為嚴重。在小區(qū)內(nèi)所使用的流量，在白天以及夜晚出現(xiàn)峰值差異，且在城市的中心地段，白天所使用的流量與夜晚相比，也會呈現(xiàn)增大的趨勢。因此。小區(qū)雙方可以更好的確保5G 數(shù)據(jù)的有效傳遞。例如，將用戶隨機分配至蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)擁有眾多的小區(qū)，若其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢測到用戶移動至某小區(qū)內(nèi)，該小區(qū)會出現(xiàn)擁擠的問題，縮小小區(qū)范圍，減少小區(qū)擁擠現(xiàn)象。且與該小區(qū)相鄰的小區(qū)會自動增大，解決小區(qū)內(nèi)的信號覆蓋問題，確保所有用戶都能夠得到滿足信號。此外，若移動用戶已移出該小區(qū)，該小區(qū)的周圍小區(qū)相應的信號面積也會自動縮小，該小區(qū)信號會增大。若相鄰小區(qū)的容量過大，則該小區(qū)的移動基站會暫時休眠，避免出現(xiàn)損耗。在綠色通信協(xié)議下，小區(qū)基站可以降低能量消耗。我國在綠色節(jié)能減排措施中，對該技術(shù)進行大力推廣。因此無線通訊朝向綠色方向發(fā)展，是一種全新的趨勢。在重視通信技術(shù)容量的同時，也必須注重通信技術(shù)的效率。在未來的發(fā)展中，綠色無線通信技術(shù)將會廣泛應用，從而為社會環(huán)境的建設(shè)做出巨大的貢獻。

2 5G技術(shù)的要點分析

5G 技術(shù)是自4G 網(wǎng)絡(luò)后新興的一種通訊技術(shù)。5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳播速度極快，減少了信號延遲時間。5G 技術(shù)可達毫秒級別，同時5G 網(wǎng)絡(luò)容量的提高還具備綠色化的優(yōu)勢?？梢越鉀Q目前通訊網(wǎng)絡(luò)基站高能耗的現(xiàn)象，作為一種極為先進的蜂窩移動通訊技術(shù)，隨社會進步以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，人們對于網(wǎng)絡(luò)需求愈加增長。因此，對于網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)的要求也變得較高。5G 網(wǎng)絡(luò)緊跟時代步伐，更好的滿足了現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)需要。提高用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗，且5G 技術(shù)更好的實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的需求，可以提供相應的設(shè)備，實現(xiàn)有效銜接。具備超大網(wǎng)絡(luò)容量、數(shù)據(jù)傳輸快的特性，用戶在使用5G 網(wǎng)絡(luò)時，不會出現(xiàn)卡頓以及明顯延遲，可以滿足高清電影、地圖實時共享的大容量信息傳播的需要。例如，在物聯(lián)網(wǎng)購物時，每到特殊節(jié)日，相關(guān)的網(wǎng)站有可能會出現(xiàn)服務器崩壞、癱瘓、崩潰。而借助5G 網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)容量較大，傳播速度較快，可以滿足一切網(wǎng)絡(luò)需求，解決了用戶使用量大，造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓的隱患。5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還被應用于火車站、圖書、自動駕駛汽車等領(lǐng)域，具有非常之高的優(yōu)勢。而綠色通信的推廣，是結(jié)合目前我國電信領(lǐng)域耗電量逐年增加所引發(fā)的各項問題，因此提出的一項改進措施。根據(jù)相關(guān)電量耗能結(jié)果顯示，通信行業(yè)一年內(nèi)的平均能量消耗大約在300 億度電左右，且呈現(xiàn)上升趨勢。這就導致二氧化碳排放量占據(jù)全球排放總量的2%，對生態(tài)環(huán)境造成了明顯影響。且隨著第4 代移動網(wǎng)絡(luò)在我國大規(guī)模部署下，5G 移動通訊技術(shù)的研發(fā)實現(xiàn)了運營階段?？梢灶A見的是，5G 是未來通信技術(shù)的增長點。因此，綠色通信概念引起了我國的重視。降低污染排放，將其作為節(jié)能減排的目標，實現(xiàn)最終目的，解決目前出現(xiàn)的各項不足。綠色通信實現(xiàn)通訊效果的提升，因此在接入網(wǎng)絡(luò)基站上，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)綠色通信發(fā)展。同時，對于5G 未來通信網(wǎng)絡(luò)還能夠融合能量效率的指標，有重要體現(xiàn)。在綠色網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的分析中，現(xiàn)階段在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展背景下，移動通訊技術(shù)的無線接入網(wǎng)耗能較大。為了更好的提升對于能量使用的效率，完成綠色通訊以及核心素養(yǎng)的要求，因此對接入網(wǎng)中的基站節(jié)點技術(shù)進行研究。在綠色通信中，包含了三種技術(shù)。

（1）為節(jié)能技術(shù)，該技術(shù)可以顯著提高通訊基站中的耗能，實現(xiàn)綠色通信。

（2）鏈路的分解功能，通過合理的資源調(diào)度措施，保障其高效的傳播技術(shù)。

（3）網(wǎng)絡(luò)級的節(jié)能技術(shù)，通過縮短用戶以及接入點之間的距離，實現(xiàn)對外能耗的有效降低。

3 面向5G綠色通信的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能效模型

結(jié)合信息的相關(guān)容量傳輸需求，可以保障數(shù)據(jù)傳播的速率能夠得到有效提升，實現(xiàn)能量消耗的降低。目前，網(wǎng)絡(luò)用戶對于無線蜂窩數(shù)據(jù)的需求量不斷上漲，將會導致網(wǎng)絡(luò)能量耗能的劇增。綠色通信技術(shù)需要關(guān)注性能以及能耗之間的權(quán)衡，應對未來5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化的問題，成立統(tǒng)一的能效模型，將其作為全新的協(xié)調(diào)基礎(chǔ)。在未來，各類異構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)能量效率的測量主要標準工作，便是建立相應的網(wǎng)絡(luò)模型。在其網(wǎng)絡(luò)能效上，針對于移動網(wǎng)絡(luò)進行評估。評估方法采用單位面積能耗以及單位比特消耗評估方法。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的容量模型上，其泛指所基于映射表面所獲取的用戶數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠成浔砀駷榛A(chǔ)，可以直接作用于系統(tǒng)級的網(wǎng)絡(luò)能效中，實現(xiàn)系統(tǒng)容量的設(shè)計。在基站能耗模型上，能夠?qū)νㄐ偶夹g(shù)的能耗技術(shù)以及基站能量消耗進行評估。

3.2 高能效小站密集模型

在高能效小站密集模型上，高能效小站密集模型在一定程度上，能夠更好地完成能量效率的提升以及系統(tǒng)容量的優(yōu)化。此技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的性能指標以及效率的有效成長。在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，其網(wǎng)絡(luò)的部署環(huán)境較為復雜。因此，需要全面均衡并調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的5G 節(jié)點，確保用戶業(yè)務的分布密集情況。且能夠根據(jù)選擇的難易程度，使其能夠安置在不同的位置，給更多用戶提供相應服務。承載的網(wǎng)絡(luò)流量越多，越能夠有效的提高網(wǎng)絡(luò)整體能效。在同一小區(qū)或同一環(huán)境內(nèi)，加設(shè)小站的安裝數(shù)量，能夠更好的分擔宏基站的網(wǎng)絡(luò)負擔，提升網(wǎng)絡(luò)傳播速度，降低能耗。小站自身也存在著一定問題，因此需要解決目前干擾性較強的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，確保用戶能夠處于干擾較少的體系內(nèi)，提高用戶的使用效率。同時，還能夠提供更多的系統(tǒng)容量。另一方面，在小站配置的過程中，需要切實可行的結(jié)合實際環(huán)境以及需要量，對小站的方案進行制定，以達到最佳的降低能耗損效果，實現(xiàn)綠色通信（如圖1 所示）。

圖1：小站聯(lián)合休眠/喚醒流程圖

3.3 高效網(wǎng)絡(luò)拓撲形式控制

在高效網(wǎng)絡(luò)拓撲形式控制上，基于蜂窩移動的形式，能夠向移動網(wǎng)絡(luò)中的用戶分布不均等問題進行解決。在不同時間段，相應的5G 通信業(yè)務的使用量存在著較大差異。因此，此種差異性為5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)計提出了一定的要求以及限制。為了更好的保障能夠在業(yè)務量較大時間段滿足用戶的正常使用，而同時在業(yè)務量較小時能夠節(jié)省能源消耗，適應網(wǎng)絡(luò)控制機制。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)應運而生。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可以有效的對數(shù)據(jù)進行控制，其整體由休眠以及喚醒操作方案組成。在方案中，通過智能用戶的業(yè)務量需求系統(tǒng)進行檢測，在業(yè)務量增長符合設(shè)置的規(guī)定函數(shù)變化時，整個基站系統(tǒng)處于喚醒狀態(tài)，此類技術(shù)能夠與之匹配的移動通信流量。相反，若處于休眠狀態(tài)，這種技術(shù)能夠更好的檢測潛在的數(shù)據(jù)流通，以便能夠在數(shù)據(jù)量突然增大的前提下解決目前存在的數(shù)據(jù)量延遲的問題。為5G 綠色通信技術(shù)提供了重要的技術(shù)支撐，貫徹我國綠色通信的任務目標，更好的保證通信行業(yè)的后續(xù)優(yōu)化。

3.4 推廣有效的綠色節(jié)能技術(shù)

在推廣有效的節(jié)能技術(shù)上，包含了器件節(jié)能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)以及鏈路節(jié)能技術(shù)。其中，在器件節(jié)能技術(shù)上，5G 網(wǎng)絡(luò)通過提升器件的性能，從而有效減少損耗。采用先進的器件調(diào)度方法，可以對相應的網(wǎng)絡(luò)信息進行處理，優(yōu)化高耗能器件，從而達到節(jié)能的效果以及目的。例如，以LTE系統(tǒng)為例，需要進行調(diào)節(jié)并根據(jù)峰值的變化進行功率比的分析。因此，很有可能會導致功率降低。針對此問題，可以通過信號網(wǎng)絡(luò)進行峰值因子的縮減工作，降低基站功耗，實現(xiàn)綠色通信目標。

而在網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能技術(shù)上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)通過鏈路傳輸技術(shù)作為基礎(chǔ)，減少能耗工作。在綠色通訊技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)非常重要。網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的工作原理，可以通過實現(xiàn)接入點與用戶之間的融合，降低在傳輸過程中出現(xiàn)的消耗。小站作用在此中間發(fā)生的傳輸引導機制非常重要，起到全新的連接效果。在同一小區(qū)中，通過增加小站的方式，能夠有效承擔整個網(wǎng)絡(luò)的壓力，提高網(wǎng)絡(luò)使用率，保障網(wǎng)速。但小站自身有可能會存在一定程度的能量消耗，導致網(wǎng)絡(luò)受到干擾，因此，給小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量帶來一定的問題。針對此類問題，需要通過X2 接口進行協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)干擾。

而在鏈路及節(jié)能技術(shù)上，網(wǎng)絡(luò)在傳播過程中，消耗的能量占整個功耗的比例較低。因此，減少傳輸過程中基站消耗的能量，可以有效地實現(xiàn)耗能的縮減，實現(xiàn)節(jié)能效果。對于鏈路傳輸功率的優(yōu)化，主要體現(xiàn)在無線傳輸損耗傳輸性能，以及超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)造成的復雜度，進而有效減少相應損耗，實現(xiàn)損耗的有效控制（如圖2 所示）。

圖2：高能耗on/of 算法仿真能耗分析

3.5 優(yōu)化自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的架構(gòu)上，新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置能夠具備成本低以及安裝便捷的特點。通過對于網(wǎng)絡(luò)性能的提升以及工作量的減少，確保實現(xiàn)降低能耗的目標。在自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，通過UE 以及ENB 的測量，可以對網(wǎng)絡(luò)管理參數(shù)進行優(yōu)化。通過自檢測系統(tǒng)，也能夠進行自動分析以及數(shù)據(jù)的解決，從而提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，具備極佳的用戶體驗感。在ENB 以及UE 處于開機狀態(tài)時，通過小區(qū)的搜索功能，還可以更好的完成同步，并獲得PHYID。通過對于PBCH 的讀取，得到系統(tǒng)的寬帶信息，包含配置信息。通過用UE 測量信號強度，隨后根據(jù)小區(qū)的中心頻點，在周圍接收PSS 以及SSS。這兩個信號是系統(tǒng)配置過程中的固定信號，該信號以5ms 作為周期進行重復。因此，可以獲得小區(qū)ID，并通過PBCH得到系統(tǒng)的幀率以及相應的寬帶信息（如圖3所示）。

圖3：路由方案設(shè)計分析

通過移動網(wǎng)絡(luò)高能耗的網(wǎng)絡(luò)編碼方案，可以更好的解決目前自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推廣不足的問題。例如，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是信息領(lǐng)域的一大突破，以往傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸方式是數(shù)據(jù)儲存以及轉(zhuǎn)發(fā)。因此，除數(shù)據(jù)的源節(jié)點以及目的節(jié)點外，僅對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，不做任何其他處理，但這也會帶來在中間節(jié)點進行數(shù)據(jù)加工處理過程中，有可能會帶來吞吐量的下降。導致傳輸效率以及能耗的增大，無法實現(xiàn)很好的提升。因此，通過移動網(wǎng)絡(luò)高能耗網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的方案研究及相應措施，可以更好地解決目前存在的各項紕漏。通過控制功率出現(xiàn)的地點以及時間，實現(xiàn)綠色通信的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)。做到了功耗控制的統(tǒng)一性，且隨著后續(xù)智能化方向的全面改進，挖掘移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點豐富的通信計算機動畫，在未來的3～5 年將是此領(lǐng)域得到重大突破的基礎(chǔ)。融合通過多維可拓展的網(wǎng)絡(luò)資源，獲得網(wǎng)絡(luò)能力，用戶體驗以及能量效率的最大提升，保障綠色通信技術(shù)的有效推廣。

6 結(jié)束語

綜上所述，在綠色通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化中，以5G 為基礎(chǔ)背景，可以更好地實現(xiàn)綠色通信技術(shù)的全面改進。對于綠色通信的必要性以及涉及到的相關(guān)技術(shù)進行分析，數(shù)據(jù)信息的需求量較大。為了保障通訊質(zhì)量，并基于低站基站的低功能要求，將綠色通信技術(shù)應用至5G 移動通訊網(wǎng)絡(luò)。可以對后續(xù)的領(lǐng)域發(fā)展具有非常重要的助推作用。對5G 通訊網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究，有效改善了原有的通信效率以及寬帶下降的問題。利用5G 移動通訊環(huán)境，使其能夠更好的基于網(wǎng)絡(luò)效率的基礎(chǔ)，降低能源損耗。綠色通訊的概念提出，可以更好的控制綠色通訊的能源消耗總量，并將綠色通訊的關(guān)鍵技術(shù)融入至5G 的架構(gòu)體系，實現(xiàn)基站的低能耗。進而全面降低通訊領(lǐng)域的能量消耗總量。在未來，5G 時代將會具有容量大、延遲時間小、傳輸快的優(yōu)勢。