5G時(shí)代基站兩大場景節(jié)能方案的應(yīng)用分析

屈彬彬

【摘要】? ? 本文當(dāng)中筆者結(jié)合具體情況，運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)5G技術(shù)下移動(dòng)通信基站的節(jié)能方案進(jìn)行系統(tǒng)化的分析論述，旨在于通過此次研究分析，為5G基站的建設(shè)工作提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，進(jìn)而使5G技術(shù)的快速普及推廣。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G技術(shù)? ? 移動(dòng)通信基站? ? 節(jié)能方案

引言

現(xiàn)階段，隨著5G技術(shù)的研發(fā)成功，在不久的將來5G通信技術(shù)即將全面普及，人們即將迎來5G時(shí)代。但是在5G基站研發(fā)建設(shè)的過程中，許多運(yùn)營商都對(duì)5G基站的能耗狀況表現(xiàn)出了深深的擔(dān)憂。據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，5G基站的基礎(chǔ)能耗將是4G基站的3倍以上，這也就代表著5G基站在運(yùn)行的過程中會(huì)帶來大量的運(yùn)營支出，這對(duì)于許多通信運(yùn)營商來說是無法接受的。因此，如何通過節(jié)能方案的設(shè)計(jì)，切實(shí)解決5G基站能源消耗過大的問題，是相關(guān)部門及研究人員所要去重點(diǎn)關(guān)注的問題。

一、4G基站和5G基站的能耗對(duì)比分析

與4G基站相比，5G基站之所以能源消耗過大，很大一部分原因是5G基站當(dāng)中所使用的Massive MIMO技術(shù)。4G基站在建設(shè)過程中主要使用的技術(shù)是4T4R MINO技術(shù)，而5G基站所使用的技術(shù)是64T64R MINO技術(shù)，這種技術(shù)的革新在提升性能的同時(shí)，將會(huì)大大增加基站在運(yùn)行過程中的總功耗[1]。鑒于這種情況，一些運(yùn)營商不得不在新技術(shù)和高能耗之間進(jìn)行取舍，一些運(yùn)營商甚至降價(jià)引用Massive MIMO技術(shù)，進(jìn)而降低基站運(yùn)行過程中的總能耗。一些韓國的運(yùn)營商在經(jīng)過權(quán)衡之后，使用32T32R MINO技術(shù)來對(duì)5G基站進(jìn)行部署，這樣雖然能夠有效的降低基站運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的能耗，但是在付出技術(shù)水平代價(jià)的情況下，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致通訊信號(hào)的傳輸速度下降。基站能耗在5G技術(shù)鋪開的初期即成為了研究人員在研發(fā)過程中的難題，業(yè)內(nèi)研究人員需要通過技術(shù)理念上的革新，從技術(shù)的源頭出發(fā)，切實(shí)解決5G基站能源消耗的問題。

二、4G基站節(jié)能技術(shù)在5G基站當(dāng)中的應(yīng)用局限性

4G基站的節(jié)能技術(shù)主要是要從基站的硬件設(shè)施上入手，包括基站的電能、基站的空調(diào)以及基站當(dāng)中的機(jī)房結(jié)構(gòu)等等。但是在5G基站當(dāng)中，隨著清潔能源技術(shù)的普遍應(yīng)用，基站運(yùn)行過程中的主要能源消耗已經(jīng)從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施能源消耗轉(zhuǎn)移到通信傳輸過程當(dāng)中的能源消耗，基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能方案設(shè)計(jì)在5G基站當(dāng)中收效甚微。

從本質(zhì)上來看，5G基站在能耗方面的主要問題是能效與bit增長之間的失衡。在技術(shù)水平不斷進(jìn)步的情況下，網(wǎng)絡(luò)能效處于不斷增長的狀態(tài)，從定義上來看，能效指的是設(shè)備功耗與產(chǎn)出數(shù)量流量之間的比值，從相關(guān)的移動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)告來看，在4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量相較于3G時(shí)代增加了13倍，雖然通過基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能技術(shù)的作用，網(wǎng)絡(luò)的整體能耗僅僅上漲了30%，但是bit的增長速度比能效的提升速度更快，這樣就導(dǎo)致基站的總功耗處于不斷上升的狀態(tài)，而在Massive MIMO技術(shù)的使用過程中，基站的總功耗將會(huì)處于更明顯的上升態(tài)勢(shì)。

三、5G基站當(dāng)中兩大場景節(jié)能方案的應(yīng)用分析

3.1 Small cells技術(shù)

Small cells指的是小型基站，這也是5G基站的基礎(chǔ)性建設(shè)理念。從技術(shù)原理的角度上來看，由于無線信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中射束呈現(xiàn)發(fā)散的態(tài)勢(shì)，信號(hào)能量在傳輸?shù)倪^程中會(huì)不斷進(jìn)行衰減，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號(hào)的衰減程度越強(qiáng)，因此在傳統(tǒng)的宏基站當(dāng)中，其主要的功耗主要來源于功放類的傳輸消耗。

而在Small cells小基站當(dāng)中，其發(fā)射功率比傳統(tǒng)的宏基站低10倍[2]，覆蓋范圍相對(duì)較小，傳輸過程中的功耗有著明顯的降低，且多分布在流量比較集中的區(qū)域當(dāng)中，因此Small cells小基站具有更低的bit能耗，是未來5G基站建設(shè)過程中重要的基礎(chǔ)建設(shè)理念和節(jié)能建設(shè)理念。

3.2 Massive MIMO技術(shù)的改進(jìn)

雖然Massive MIMO技術(shù)的總體功耗相對(duì)較高，但是該技術(shù)依然是5G技術(shù)的核心。Massive MIMO通過改進(jìn)過后的波束賦性技術(shù)，能夠使信號(hào)的能量更加集中，這樣一來就能夠大幅度提升能量的輻射效率，使基站的傳輸功耗降低。雖然Massive MIMO天線的總功耗相對(duì)較高，但是由于其信號(hào)覆蓋面積的增大，如果在跑滿容量的狀態(tài)下，其bit平均能耗將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4G基站。此外，為了切實(shí)解決流量分布不均勻所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)總體能效低的問題，可以在區(qū)域負(fù)荷較低的情況系，通過智能能耗管理系統(tǒng)，關(guān)閉一部分功放、MINO通道和載波來節(jié)省能源消耗。

四、總結(jié)

通過上述分析我們可以看出，5G基站在研發(fā)建設(shè)過程中面臨著嚴(yán)重的能源消耗問題，因此相關(guān)部門及研究人員要從技術(shù)角度入手，通過針對(duì)性的優(yōu)化措施降低5G基站在運(yùn)行過程中能耗過高的問題，從而推動(dòng)5G技術(shù)的長效發(fā)展。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]常戰(zhàn)庭， 徐華. 移動(dòng)通訊基站節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用場景分析[J]. 通信電源技術(shù)， 2015（5）：255-258.

[2]浦靈敏， 張健. 多載波移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站節(jié)能研究[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2015（21）：170-172.