安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著5G時代的到來,通信業(yè)務種類和終端連接數(shù)呈爆發(fā)式增長,通信行業(yè)節(jié)能降耗面臨著巨大的挑戰(zhàn).。相比于已商用的4G技術,5G需要支持更大的帶寬,更多的通道數(shù)以滿足ITU提出的性能需求,但這也導致了5G能耗的顯著增加.基站節(jié)能技術是通過在時和頻域上關閉相應的發(fā)射資源來實現(xiàn)基站能耗的有效降低,為了避免節(jié)能技術對網(wǎng)絡覆蓋和用戶體驗的影響,在網(wǎng)絡運營過程中需要尋找節(jié)能效果和網(wǎng)絡性能間的相互平衡。本文提供了一套從監(jiān)測到管控用能的解決方案，可以良好的解決基站用能過高問題。

關鍵詞：5G基站；基站能耗管理；能耗監(jiān)控；

1  5G基站建設現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)已建成超71.8萬個5G基站，5G終端連接數(shù)超過了2億，運營商5G的投資也超過了幾千億，已經(jīng)基本將5G網(wǎng)絡覆蓋到全國所有的地級以上城市，獨立組網(wǎng)模式正實現(xiàn)規(guī)模部署，還將充分發(fā)揮網(wǎng)絡切片等技術優(yōu)勢提供大寬帶、低延時等方面的服務。

疫情為國民經(jīng)濟摁下了暫停鍵，如果要實現(xiàn)盡快恢復，必須采取措施?；ㄓ兄跀U大需求、穩(wěn)增長、穩(wěn)就業(yè)。防疫期間，全民隔離讓全社會對數(shù)字技術的需求集中井噴。幾億人在線辦公，全國所有學生在線上課，還有幾乎所有的生活物資的交易，都是在網(wǎng)上實現(xiàn)的。在現(xiàn)實世界停擺的時候，數(shù)字世界建立了一套支撐現(xiàn)實世界的新“循環(huán)系統(tǒng)”。

有了云計算的支撐，大數(shù)據(jù)支撐的科學決策、各種算法支撐的人工智能，智聯(lián)網(wǎng)支撐的萬物互聯(lián)，以及全面在線才有擁有可能。由此，全面支撐了疫情期間的社會治理、資源調(diào)配，科學決策，組織協(xié)同。

 在消費領域，5G+超高清、5G+AR/VR等技術應用非常廣泛，如游戲娛樂、賽事直播、居住服務等新技術應用仍在探索和實踐中。諸如教育、醫(yī)療應用等，可基于5G+人工智能+大數(shù)據(jù)技術下，以提供相應服務。此外，這兩年的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展也是非常迅猛的，全國在建項目超過了1100個，有很多非常好的應用場景得以實現(xiàn)，

2  5G基站用能情況

5G基站能耗是4G的3~5倍，單個5G基站，在沒有用戶接入的情況下，每小時耗電達到2.1千瓦；目前全市5G用戶少，按每天7小時無用戶計算，單站每月空耗用電就達到440度，每年達到5300度，通過廠家網(wǎng)管僅能關閉基站發(fā)射單元，減少1/3的能耗；5G基站用電極大，需要及時觀察5G基站電流電壓變化。

有統(tǒng)計指出，每GB流量約消耗2千瓦時的電量，也就是說下載一部1GB的電影相當于2000瓦吹風機連續(xù)工作1小時。若按每度電1元計算，下載一部1GB的電影，運營商需支付2元電費，如今無限流量套餐流量上限動輒40GB，而可預見的5G資費只會降不會升，可想而知，隨著5G流量需求暴增，運營商的電費成本壓力越來越大。

而在移動通信網(wǎng)絡中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。越加密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網(wǎng)絡面臨的一大成本挑戰(zhàn)。

3  基站供電系統(tǒng)及用能分析

通常，基站的供電系統(tǒng)由市電引入，通過交流配電箱、開關電源轉換為-48V直流后連接到基站設備，基站設備再通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。

基站設備的內(nèi)部結構主要包含：BBU、射頻（RF）單元、功率放大器（PA）、主電源、天線接口、扇熱系統(tǒng)等，其中BBU包含控制單元、傳輸單元和基帶處理單元等，主要負責信號濾波、OFDM、調(diào)制解調(diào)、頻域處理（符號映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（數(shù)字預失真處理）等功能。

根據(jù)以上結構，可以基站功耗分為三大類型：傳輸功耗、計算功耗和額外功耗。

傳輸功耗：指功率放大器（PA）和射頻（RF）部分所消耗的電量，其主要執(zhí)行基帶信號與無線信號之間的信號轉換，饋電線的功耗包括在傳輸功耗之內(nèi)。

計算功耗：指BBU消耗的電量，包括數(shù)字部分處理、管理和控制、與核心網(wǎng)和其他基站間通信等相關功耗。

額外功耗：指從市電引入到基站直流供電的整個轉換過程中的額外損失的電量，也包括機房空調(diào)、制冷設備所消耗的電量。

對于傳統(tǒng)2G3G4G基站，由于基站的計算能力較小，通常傳輸功耗大于計算功耗，即BBU功耗小于PA和RF部分功耗，因此傳統(tǒng)基站提升能效的辦法主要集中在減少傳輸功耗，比如我們在閑時關閉部分載頻和射頻部分來實現(xiàn)節(jié)能減排。但5G時代情況不一樣了。密集分布的小/微基站和Massive MIMO天線，是5G基站的兩大主要特征。一方面，Massive MIMO本身是以更高的計算成本為代價降低傳輸功耗；而小基站覆蓋范圍小，PA更低，也意味著傳輸功耗更低。另一方面，由于5G傳輸速率將成倍提升，5G基站將處理海量數(shù)據(jù)，且隨著5G業(yè)務的不斷發(fā)展，5G BBU的計算功耗將逐漸上升。

因此，在5G時代，基站的計算功耗將大幅提升超過傳輸功耗。5G基站計算功耗上升，帶來的不僅是耗電問題，還有扇熱問題；同時，隨著5G邊緣計算和高速本地緩存的發(fā)展，未來那些掛在城市燈桿上的小基站將執(zhí)行越來越多的數(shù)據(jù)存儲和計算，這為5G部署提出了新的挑戰(zhàn)。

5  5G基站能耗監(jiān)控解決方案

基站智慧用電云平臺通過對5G宏站和室分站點加裝交/直流智能監(jiān)控設備、無線采集設備以及系統(tǒng)管理平臺，完成夜間無業(yè)務時段的下電操作，減少電能消耗，降低運營成本支出，以及提升通信設備供電線路狀態(tài)的實時監(jiān)測保護功能；系統(tǒng)后臺對存儲的供電線路歷史電氣性能數(shù)據(jù)進行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決建議對策，減少后續(xù)同類故障的發(fā)生率，提升供電線路運維管控能力。

5.1 方案主要特點

5.1.1 人防+物防

儀表24小時不間斷監(jiān)測，線路出現(xiàn)問題自動報警

維護檢修系統(tǒng)派單，狀態(tài)跟蹤，結果核查

5.1.2 數(shù)據(jù)融合分析

歷史數(shù)據(jù)保存便于問題排查

定點數(shù)據(jù)圖形化展示，通過走勢圖提供對未來情況的預測

5.1.3 遠程控制

針對每個基站的使用情況設定下電策略，根據(jù)現(xiàn)場情況對設備進行遠程操控

5.2 方案主要功能

5.2.1 首頁功能

• 地圖顯示對應基站的位置。包括基站的詳細信息和設備配置情況。
• 顯示本月基站的報警情況和處理情況

5.2.2 實時監(jiān)控

• 顯示基站的設備詳情和設備在線失聯(lián)狀態(tài)
• 顯示具體設備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史曲線供查詢
• 提供分合閘功能供用戶對儀表進行操作
• 提供參數(shù)設置功能，用戶能對儀表內(nèi)置的報警值和保護開關等進行操作

5.2.3 隱患管理

5.2.4 設備啟停調(diào)節(jié)

對不同的基站設置不同的分合閘策略，下發(fā)周期可以按照年~月~周~日來進行選擇，提供下發(fā)命令的日志供用戶進行查詢。

5.2.5 設備信息管理

對設備可以設置對應的進線和出線關系，來對每一個基站的使用功率進行實時監(jiān)測，可以分析基站的使用負載。從而可以分析不同區(qū)域的基站使用情況。

5.2.6 溫度控制管理

對各個基站的溫度進行設置，當溫度高于范圍內(nèi)，會開啟空調(diào)，其實時間會關閉空調(diào)

6  能耗監(jiān)控硬件設備選型

6.1 新建基站能耗監(jiān)控選型

6.1.1交流基站配置

6.1.2 直流基站配置

6.2 改造基站能耗監(jiān)控選型

6.2.1 交流基站配置

6.2.2 直流基站配置

7  案例分析

在廣州某區(qū)5G基站應用，此站點共部署3個華為AAU，單項供電；電源輸入240V，8.9A，實時功耗在2.1KW。遠程控制設備采用帶4G全網(wǎng)通物聯(lián)網(wǎng)電表，220V輸入，額定電流60A，功耗13KW，采用電信4G網(wǎng)絡遠程控制，每分鐘上報一次。

安裝后測試，可以正常遠程開閉，實時遠程監(jiān)控用電情況。按每天關閉7小時（00:00-07:00），每月可節(jié)省14.17*30=425度電，相當于每月可節(jié)省510元電費（1.2元/度電）。

按照該地區(qū)共485個5G基站計算，則每月可節(jié)省485*510=24.735萬元。