中国移动刘建华:三技术体系降低5G基站能耗
通信产业网|2020-07-24 14:06:48
作者:高超来源:通信产业网

【通信产业网讯】(记者 高超)5G基站的高能耗一直都是产业界各方共同关心的问题。当前,运营商、设备商都在通过多种形式的解决方案来降低能耗,且取得了一定的成果。不过在5G基站能耗问题上仍然存在许多挑战,需要产业链集体寻找解决之道。

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“5G基站能耗较高,主要原因是5G小区带宽是4G的5倍以上,且室外主要使用复杂度较高的32/64通道Massive MIMO设备。”中国移动研究院无线与终端技术研究所高级研究员刘建华在接受《通信产业报》(网)采访时表示。

以中国移动2.6GHz频段为例,5G基站信号带宽为160MHz,可同时提供4G和5G服务,相比4G的60MHz,带宽增加为2.67倍,发射功率变为原来的2倍,导致总的功耗增加。同时,5G massive MIMO典型的32/64TR设备通道数是4G网络8TR设备通道数的数倍,射频单元功耗增加显著,同时,通道数多也带来基带计算量的增加,功耗也会上升。

刘建华认为,虽然能耗绝对值在增加,但5G单位bit承载效率相比4G大幅提升。5G(64通道160Mhz)相比4G(8通道60Mhz)设备吞吐量提升15倍,单位bit流量功耗仅为4G的1/5左右。

“当然绝对功耗值不容忽视,需要产业不断通过技术进步和综合节能方案应用降低能耗。”刘建华表示。

面对高能耗,全球各家运营商都设计了一套适合自身发展的解决方案。而中国移动则从标准、研发、部署运维等全方位着手降低5G能耗,建立了设备级、站点级和网络级三方面的技术体系。

首先,设备级节能体系,重点从硬件架构和器件设计方面优化功耗。具体包含“新架构、新材料、新指标”三方面。

在新架构方面,中国移动提出通过架构优化实现节能目标:一是提出天线与射频滤波器一体化设计方案,通过减少内部损耗实现功耗下降;二是基于“升无源、降有源”的思路,从4G 3D-MIMO产品128阵子升为192阵子,同时降低功率谱密度,用天线增益弥补发射功率,从而节省功耗。

在新材料方面,中国移动大力推动具有更高效率的GaN功放的应用,实现功放PA效率提升,进一步降低整机功耗。

在新指标方面,中国移动创新提出邻频共存干扰评估体系和两段式测试方法,制定出合理有效的新射频指标,降低设备的前级滤波器插损要求,等效降低设备功耗。

其次,站点级节能体系,主要从亚帧关断、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能。在延续4G已引入的亚帧关断、通道关断等功能基础上,提出5G深度休眠、智能节能等新理念。

其中,深度休眠是5G新节能功能,可在夜间等时段无业务时,AAU关闭绝大部分射频以及数字通路,仅保留最基本的接口电路工作,平均功耗可大幅下降。

智慧节能将人工智能与5G节能相结合,通过引入智能业务预测算法,从而精细化制定相应的节能策略,形成“节能智能大脑”,做到“一站一策、一时一策”,在保证用户体验的前提下充分挖掘节能潜力。

最后,网络级节能重点网络协同角度打造多系统节能方案和平台。一方面可通过C-RAN集中部署和基站资源池共享,通过节省硬件板卡配置从而实现功耗降低;另一方面开发5G多网协作节能系统(i-Green),实现4G/5G小区协作节能,通过分析网络负荷、业务需求和网络质量,实现不同系统小区实时休眠/唤醒的网络级节能。

刘建华表示,尽管中国移动携手整个产业界在降低5G能耗方面已经开展了大量的工作,但是5G的大规模部署仍然会给中国移动的运营带来不小的挑战,需要在网络规划部署阶段将能耗作为重要指标予以综合考虑,并且就设备级、站点级和网络级节能领域存在的困难和挑战开展技术攻关。

在设备级节能方面,GaN(氮化镓)还存在衬底工艺不成熟、散热与封装挑战大等问题,芯片处理能力和设备集成度还有待进一步提升,新材料、新技术、新工艺尚未普遍应用。

在站点级节能方面,4G/5G共站场景下节能效率下降明显,各主设备厂家深度休眠节电比例差异较大,设备唤醒时间有待进一步降低。

在网络级节能方面,目前业界还不具备大容量基站资源池设备,iGreen平台尚处于启动阶段,如何结合AI等先进技术在保证用户感知的基础上节能降耗,并尽快实现大规模成熟商用,尚存在较大挑战。

此外,中国移动也在对5G的uRLLC及mMTC场景下对网络能耗的不同影响进行深入研发,后续将会提出相关解决方案。


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责任编辑:高超

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