基于5G移動網絡的綠色通信技術探究

劉 欣

（西安歐亞學院，陜西 西安 710065）

5G是在第4代移動通信網絡技術基礎上開發的新技術，既解決了傳統移動網絡中速度慢、安全性低的問題，也促進了通信技術與信息技術的融合發展。但是，隨著5G基站建設數量、用戶增多，電源、基站、設備、鏈路等能耗有所增長。根據目前的基站功能實測結果看，5G基站比4G高出3～4倍，電費支持大于2萬元/年。在新時期高質量發展階段，電信企業結合生態文明思想、“雙碳”目標等，普遍加強了對綠色通信技術的研發及推廣應用，產生了較好的節能降耗效果。因而，有必要加強對綠色通信技術的研討，為5G移動網絡高質量建設與高水準運營賦能。下面先對5G綠色通信發展現狀做出簡要概述。

1 5G綠色通信應用現狀

目前，在5G移動網絡建設過程中主要采用大規模MIMO技術、新波形技術、RNA無線接入技術等，此類技術既有利于提高網絡建設效率與應用效果，也會產生較大能耗。以RNA無線接入技術為例，能耗可以達到基站整體功率的40%～70%。電信企業為了實現節能降耗、控制運營成本、提高綜合效益產出，在5G移動網絡諸環節應用了不同類型的綠色通信技術。

例如：①在網絡部署中，應用自組織網絡技術；②在設備通信方面，配置D2D技術；③在網絡架構中，選擇超密集異構網絡技術；④在網絡傳輸方面，對開發內容分發網絡通信技術加以應用等。除此之外，5G綠色通信技術應用過程中，往往配套應用其他節能技術，如在基站節能方面配置自清潔新風系統，并根據不同環節的節能需求，應用AI技術節能自適應方案、無線網絡節能技術、數據中心節能技術及部署策略等。

2 5G綠色通信實踐路徑

綠色通信技術有利于提高5G移動網絡運營效率，降低其能耗，推動其向著高質量方向發展。目前，隨著綠色通信理念被廣泛接受，電信企業普遍擴大了對綠色通信的應用。近幾年的實踐經驗表明，綠色通信的實踐路徑主要集中在器件節能化、鏈路高效化、小站密集化等方面。

2.1 器件節能化

基站接入網絡產生的能耗相對較大，為了有效降低其能耗，電信企業一般會從器件出發降低基站工作能耗。具體操作時，主要是在優化設計方案的基礎上結合計算業務，對其基站能耗進行監測、調度，并對功率放大器能耗支出進行管控。例如，當前對于動態業務軟件的大量配置和基站運行參數的調整，有利于降低器件能耗等。

2.2 鏈路高效化

除無線機站接入時的能耗外，基站射頻的能耗也不容小覷。通常而言，能量使用效率受基站傳輸效率決定。對鏈路傳輸效率進行持續提升，可以降低鏈路傳輸功耗，進而實現5G移動網絡的節能降耗目標。

2.3 小站密集化

5G移動網絡中主要采用三級分布式管理機制，在不同的網絡級別中，電信企業通常會以鏈路網節能為基礎結合引入的無線通信，增強對綠色通信技術的運用。實施過程中，可借助布置超密集型小站的方法，完成對此類技術的有效接入，使基站設計環節降低其能耗，并提高網絡容量與網絡服務質量。

3 5G綠色通信技術分析

3.1 自組織網絡技術

電信企業應用5G綠色通信網絡時，主要按綠色網絡理念研發設計綠色通信方案。具體而言傳統移動網絡系統中應用的網絡部署與運維方式不能滿足5G時代的部署需求，此類企業為了更好地提高移動網絡運營維護效果，可以選擇自組織網絡技術配置綠色通信網絡，一方面提高5G綠色通信網絡的智能化部署水平，另一方面提高運營管理效率。部分網絡部署中采用的集中式網絡架構、分布式網絡架構等，已表明此類部署方案的有效性。

例如，選擇端到端的節能部署策略時，首先可以在基站側選擇基站共享、設備設施共享的方式，讓不同的運營商通過共用基站減少其數量。同時，針對基礎用電、業務用電，配置AI技術。具體實施時，實踐主體可以選擇符號關斷、通道關斷、載頻判斷、小區休眠四種常用方法。以其中的通道關斷為例，通道級節能時可以將業務流量作為條件，劃分其低谷期、高峰期，進入低谷期后，可以采用多通道RRU關閉部分發射通道，通過減少通道承載業務，使其輕量化后再達到節省能耗的目的。當業務流量有所提升時則可以打開其中被關閉的通道。近幾年的實踐中主要采用基于同站址的5G流量、基于特定時間段觸發其通道關閉功能。

其次，將BBU側進行集中放置時，大容量的BBU板卡布置有利于節約其算力，使設備利用率獲得大幅度提高，進而通過降低其實際配置數量，讓5G綠色通信網絡整體功耗獲控制。一般而言，部署BBU時可以將重點放在機房容量和設備部署數量方面，輔以綜合業務接入區的配置設置，提高其節能降耗效果（如表1）。具體實施過程中，可以選擇豎插機框、板卡液冷技術。例如，在模塊化設計理念下可以設計三個倉位，按豎插新型節能機框本體、進風通道、出風通道三大模塊進行結構設計，并將熱風出風通道設置在上部倉位，冷風進風通道設置在下部倉，BBU安裝到中部倉位。另外，在應用板卡液冷技術時可以選擇噴淋式或浸沒式，確保水冷二次換熱效果等。

表1 不同機房規模下BBU集中部署及數量

第三，針對核心網，采用軟硬件解耦方式進行云化部署，進而實現規?；档湍繕?。如在分級式布局的云化部署方案下，可以結合全國/大區級→省級→地市級→邊緣級四個層級，使全國級網元或系統、全省核心網元、地市網元（如vUPE、MEC）、下沉網元（如vCDN、Vupf、MEC）等不同節點的云計算數據中心關聯起來，利用離散計算聚集更大規模的數據中心，提高其數據管理效率，更為精準的進行資源配置。具體實施時，可以從設備機架選擇、低耗設備配置、供電方案與設備優化、空調機組制冷與運營模式開發、特殊設備針對性設置、機房密封隔熱處理等綜合措施，確保核心網節能。

3.2 超密集異構網絡技術

5G綠色通信網絡系統容量和能量效率的整合有利于提高對綠色通信運行期間的管理效率。例如，在可控化管理模式下，可以選擇超密異構網絡技術，圍繞關鍵效率指標建立適用于聯合組網異網網絡的指標模式。具體操作時，實質上以高效能小站密集化部署方案進行實施。具體而言，初步部署期間，電信企業通常會結合系統容量和場景應用方面的并行控制模式，對回傳鏈路進行處理，降低網絡干擾的影響，進而在綠色可控技術體系下向用戶提供相當于宏基站的服務，基本結構為核心網→宏基站→小基站→WiFi、緩存，網絡同層結構如圖1。

圖1 網絡同層結構示意

應用超密集異構網絡技術時，5G小基站（Small Cell）執行休眠和喚醒處理工序可以有效調整網絡拓撲結構。作為一種高效能網絡拓撲控制機制，應用時需建立規范化、標準化程度較高的網絡能效拓撲運行結構。具體而言，小基站密集化部署場景期間，操作人員應嚴格遵循順序分析小站組合休眠/喚醒對網絡能將的貢獻值，確定與其相關的關鍵指標。例如，常用小站組合休眠/喚醒流程主要包括：①計算當前網絡能效Eusual；②逐個計算、估算執行休眠喚醒小站組后的網絡能效，得到高于當前能效排序序列A；③判定序列A是否為空。如果“是”則不進行休眠喚醒小站，直接結束，如果“否”則應進一步計算A中Emax中需遷移業務量和功耗；④在基站可用資源限制條件方面，應判定其是否滿足限定條件，如果“否”則應刪除Emax更新序列A，如果“是”則對Emax小站組進行休眠喚醒操作，完成后結束整個流程。考慮到評估時的精準性與實際情況存在差異，電信企業在應用該機制時往往會選擇一些適配的仿真模型先對其進行設置進行驗證分析，再完成對規范能耗模型的優化。如根據小區數量、每小區小基站數量、用戶數量（閑時、常時、忙時）等，確定仿真參數后對其進行仿真分析，有利于確保該機制的應用效果評估，進而更為合理的部署扇開臉小基站等。

需要注意的是，在5G綠色通信網絡架構體系下小基站部署點數量和用戶無限節點數量相一致，在部署對應節點過程中應從用戶應用空間基本標準出發，根據站點數量與用戶數量之比為1∶1的比例進行控制模式設置。同時，綠色通信應用標準是一個逐步落實的應用流程并不能一蹴而就的進行，此時電信企業應結合傳統網絡系統的兼容性、技術升級的實際需求，利用結構節點感知模式完成對節能處理、部署方案的并行控制。例如，當前部分地區采用了統一扇形區域內增設小站的方案，既可以確?；揪W絡流量分擔方面的均衡，也能夠使部署后的能耗水平獲得控制，保障對用戶稀疏區能量損耗的控制，使用戶在不受干擾因素影響的情況下獲得高質量服務。除此之外，處理回傳控制時可以選擇Pico部署機制，使宏觀與微觀標準協同起來，實現對X2接口應用平臺控制交通的優化，提高移動網絡系統的抗干擾能力等。

3.3 D2D綠色通信技術

5G綠色網絡容量拓展與頻譜效率優化十分關鍵，實施時可以從通信模式入手，對其進行豐富與優化。例如，當前應用的D2D綠色通信技術，重點放在D2D用戶與基站的關系方面，當基站向蜂窩用戶、D2D用戶提供服務的過程中，電信企業應充分考慮數據多元傳輸處理的必要性，并在數據終端應用效果方面進行一些合理優化。具體而言，D2D綠色通信技術屬于一種設備到設備的處理技術，實施過程中可以將無線資源分配機制、計費識別處理機制統籌起來，進而設計一些適配性較高的專屬控制模塊，使模塊運營過程中的管理更加精準與合理，進而降低設備使用時的能耗水平。需要注意的是，在應用該技術時，牽涉到蜂窩用戶與基站的關系處理，應同時考慮對新型網絡架構技術的引入，更為科學的實現對蜂窩網絡小區的可控制化分析與處理，有效化解不同網絡架構體系中運行與更新不足的弊端。如在建筑物穿透損耗方面存在資源浪費，可以將室內用戶、室外用戶無線接入點關聯起來優化通信連接模式等。

4 結束語

總之，5G移動網絡已成為日常生活與工業生產的重要組成部分，電信企業應在內涵式、集約型、高質量經濟增長模式下，通過擴大對綠色通信技術要素的配置為其實踐賦能。結合上述分析，5G綠色通信技術正處于快速發展過程中，主要通過器件節能化、鏈路高效化、小站密集化等實踐路徑配置綠色通信技術。建議此類企業在當前階段的實踐中加強對不同綠色通信技術的研討，并結合5G移動網絡構成要素選擇適配性較高的技術進行配置，有效實現該網絡的節能降耗，為各行業的高質量發展提供技術支持。