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如何降低5G功耗?发现PT展上最靓的仔

一年一度的PT展如期而来。伴随着我国5G网络建设初具规模,在本次PT展上,我们看到5G网络正携手AI、云、边缘等技术走进工业、医疗、媒体、交通等千行百业,5G应用逐渐繁荣,为数字化经济不断注入动力。

如果说数字经济是一辆高速行驶汽车,那么5G就好比发动机。发送机的排量、功率等指标决定了汽车的动力,这通常是人们买车时非常关注的数据。动力充沛固然是好事,但发动机的综合效率也非常关键,你一定不会一味追求大排量而无视高油耗。

5G这台发动机动力强劲,网速比4G快5-10倍,但随着数据传输和处理量倍增,网络能耗也越来越高,给运营商带来了越来越大的运营成本压力。5G这台发动机要驱动数字经济这辆汽车可持续地快速行驶,当然需要大幅提升网络能效。

为此,寻找综合效率最高的网络节能方案,是我们本次PT展之行的重要任务之一。

5G时代的网络需要怎样的节能方案?

我们经常把通信网络比喻为道路,车辆比喻为用户。城市道路不同路段的车流量会随着时间段变化而变化,比如一些路段在早晚上下班高峰车流量极大。移动通信网络与城市道路一样,网络和各个小区的业务量在时间上存在不均衡性,比如白天和夜间的数据流量相差很大,某些时段流量可能极大,而某些时段可能较小。

这导致了如下问题:分析发现,一方面,小区业务量随着时间有明显的变化;另一方面,站点能耗几乎没有多大的浮动。

如上图,即使在闲时低流量时间段,站点能耗并不随着流量下降而同步下降,仍然居高不下,这意味着站点在闲时会产生无效功耗。

因此,网络节能的中心思想就是,在基站业务量降低时,尽可能减少不必要的能耗,让能耗随业务量变化而变化,也就是让比特驱动瓦特。

怎么解决这个问题呢?那就在基站小区空载或负载较低时,关闭部分与功率发射相关的功能,从而减少无效功耗。

通常,无线基站有三种节能技术:载频关断、通道关断和符号关断技术。载频关断,指小区可在设定的时间段内关断载波,以达到节省能耗的目的,通常适用于地铁、大型场馆等流量变化随时间相对固定的场景;通道关断,指在网络业务比较低时,通过关闭冗余通道来降低能耗,通常适用于学校、医院等放学或下班后业务量大幅降低的场景;符号关断,指基站在部分符号没有发送数据时,在这些“没有发送数据”的符号周期实时关闭如功放等硬件,以降低系统功耗。

过去,运营商正是基于以上三种技术,首先分析小区是否处于空载或低负载状态,再确定实施功能“关断”,来降低站点功耗。

这看起来是非常简单的流程,但实际操作起来非常复杂,稍有不慎还会影响用户上网、打电话,一直让运营商畏手畏脚,无法实现网络最大化节能。

首先,确定哪些小区应该“关断”,怎么“关断”,是非常头痛的问题。

移动通信网络的组网场景非常复杂,商业区、居民区、学校、车站、码头、郊区等各种场景的业务量随时间变化的差异性很大,比如,商业区在白天的流量很高,到了夜间流量会骤降;居民区全天流量比较均衡;而地铁、体育场馆等场景在夜间停运或闭馆后基本没有业务量。同时,移动通信网络由在地理位置上广泛分布的基站和小区组成,一个普通地市网络就有上万个小区,不同小区都有不同的话务模型。

同时,网络内2/3/4/5G不同制式、不同频段共存,室内、室外不同站型立体组网,不同制式、不同频段、不同站型容量不一,并存在重叠交叉覆盖,如何在不影响网络覆盖和用户感知的前提下精准判断哪些小区、频段可以实施关断策略?以载频关断为例,当本小区的业务量较少时,其允许将业务迁移到负荷允许的目标基础小区上,然后关掉本小区,以节省能耗。但前提是:本小区的覆盖范围一定是处于目标基础小区的覆盖范围之内,否则,关闭本小区后会造成覆盖盲区,这要求能精准的识别相邻小区之间的共覆盖关系。

显然,网络节能不像街边的路灯那样到了一定时间就统一开关那么简单,这里没有一种通用方式,需要根据不同场景、不同小区精准制定不同的节能技术和策略。

其次,试想一下,一个普通地市网络就上万个小区,而节能相关特性有30+涉及参数100+,有100万级的参数组合,若通过传统人工取表格分析的方式来为每个小区制定节能策略,工作量极大,实施风险高而且节能效果难以保障,据调查手动方式节能在网络性能无损的情况下节能效果很难突破。

5G时代如何解决这些难题呢?

带着以上这些问题,在本次PT展上,华为展示的PowerStar方案让人眼前一亮。

发现本次PT展上最靓的仔

初看架构图,华为PowerStar最大的特点是,在载频关断、通道关断和符号关断基础技术之上,通过引入AI等创新技术,实现了多制式、多站点、多频段间协同联动的网络级节能。

具体的讲,PowerStar可通过综合分析网络配置和话务等相关数据,定制基站间、频段间和制式间的协同节能调度策略,为每个站点自动找出合适的节能小区、合适的节能时间点以及合适的节能策略,实现“一站一策”的节能方案输出。同时,PowerStar还使用AI来学习历史话务和KPI,构建节能和性能的关联模型。依据模型,AI会动态调整节能参数,可在保障网络性能的同时,充分挖掘网络节能潜力。另外,PowerStar提供节能可视化,运营商可以看到基站能耗、网络能效和节能增益的动态信息,从而进行更精细化的网络能耗管理。

网络节能最大挑战莫过于在不影响网络KPI的前提下保证网络节能效益最大化,那华为PowerStar采用了哪些核心技术呢?

1)通过站间的共覆盖的识别技术,自动分析异构网络中的共覆盖关系,从而可以识别出更多的可休眠的小区。

2)通过AI使能的节能参数调优算法,在线监控KPI指标变化情况,并依据KPI实时调整,迭代寻优最佳节能参数,可增加10%节能生效时间。

3)可以在多个频段,多个制式间高效协同,联合确定节能策略,来提升节能效率和提高节能的收益,多频多制式协同,破解多模耦合的限制,低负载时实现RRU的休眠,最大可能提升节能效果。

移动通信网络要传输和处理更多的数据,必然会消耗更多电力。面对5G流量海啸时代,运营商肩上的运营成本压力越来越大。面向未来,降低网络能耗,实现5G可持续发展,势在必行。尽管PowerStar在众多光鲜的5G创新应用中显得并不起眼,但我们认为,他才是那个最靓的仔。


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本文作者2020-10-17 05:00 PM
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