5G節(jié)能降耗，還看R18

面對備受關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)能耗挑戰(zhàn)，即將到來的5G最新演進版本R18引入了哪些節(jié)能創(chuàng)新？

R18節(jié)能創(chuàng)新主要包括網(wǎng)絡(luò)能耗模型和網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)兩方面。網(wǎng)絡(luò)能耗模型為行業(yè)評估創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)構(gòu)建了統(tǒng)一的標準，利于產(chǎn)業(yè)鏈聚力推進網(wǎng)絡(luò)綠色化加速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)包含跨空域、時域、頻率域和功率域的多項創(chuàng)新技術(shù)，可更加靈活動態(tài)地匹配業(yè)務(wù)特征，實現(xiàn)更加精細化的節(jié)能機制。

作為全球領(lǐng)先電信設(shè)備供應(yīng)商，愛立信已提出以“卓越性能、綠色低碳、賦能增長、高度自智”為四大支柱，打造“價值驅(qū)動的卓越網(wǎng)絡(luò)”的戰(zhàn)略規(guī)劃，將“綠色低碳”列為5G下一波演進和發(fā)展的重要內(nèi)容。那愛立信為R18階段的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能發(fā)展做出了哪些貢獻？

“作為R18節(jié)能標準的重要推動者，愛立信不僅在定義網(wǎng)絡(luò)能耗模型上做出了重要貢獻，尤其是貢獻了Cat 1模型，還發(fā)布了一套獨門絕技…..”在以下視頻中，愛立信專家們將給你帶來關(guān)于R18節(jié)能創(chuàng)新的精彩解讀。

首次定義網(wǎng)絡(luò)能耗模型

誰是網(wǎng)絡(luò)能耗大戶？廣泛分布的基站。據(jù)統(tǒng)計，無線接入網(wǎng)（RAN）的能耗占移動網(wǎng)絡(luò)總能耗的70%至85%。無疑，降低RAN網(wǎng)絡(luò)能耗是運營商實現(xiàn)節(jié)能降本的關(guān)鍵。

鑒于此，3GPP從R18開始更加關(guān)注RAN網(wǎng)絡(luò)能耗，啟動了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能研究項目，旨在通過定義網(wǎng)絡(luò)能耗模型和評估方法、研究節(jié)能技術(shù)，最大限度地提升RAN網(wǎng)絡(luò)能效。

無標準不成方圓。為了公平、高效、精準地評估和比較未來各種節(jié)能技術(shù)的潛力，R18將之前版本已定義的UE側(cè)的功耗建模和評估方法適配至基站側(cè)，首次定義了網(wǎng)絡(luò)能耗模型。

網(wǎng)絡(luò)能耗模型主要定義了參考無線配置集和五種功耗狀態(tài)，并定義了五種功耗狀態(tài)在參考無線配置下的相對功耗和轉(zhuǎn)換時長。參考無線配置包含與基站功耗密切相關(guān)的頻率范圍、發(fā)射天線數(shù)量、發(fā)射功率等參數(shù)。五種功耗狀態(tài)分別是上行激活（Active UL）、下行激活（Active DL）、微休眠（Micro sleep）、淺層休眠（Light sleep）和和深度休眠（Deep sleep）。轉(zhuǎn)換時長指進入和退出不同休眠狀態(tài)所需要的時間。通常，休眠程度越深，關(guān)斷的組件越多，也意味著關(guān)斷和激活所需的時間越長，因此微休眠的轉(zhuǎn)換時間達微秒級，而淺層休眠和深度休眠則需要幾毫秒和幾十毫秒。

圖片來源：愛立信

網(wǎng)絡(luò)能耗模型的誕生對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能減排發(fā)展意義重大。首先，產(chǎn)業(yè)鏈有了統(tǒng)一的標準，不同廠商可在統(tǒng)一的標準下研究和評估網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)，利于促進行業(yè)技術(shù)交流和合作，加速推動網(wǎng)絡(luò)向綠色低碳方向發(fā)展。其次，該模型面向當(dāng)下及未來設(shè)計，考慮了未來軟硬件發(fā)展趨勢，可作為未來五年甚至更長時間的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)評估“標尺”，對于行業(yè)長期持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)能效有著非常重要的指導(dǎo)意義。再者，更多的功耗狀態(tài)意味著網(wǎng)絡(luò)節(jié)能手段更豐富、休眠顆粒度更細，利于促進以精細化的節(jié)能機制動態(tài)響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)變化，實現(xiàn)在保障業(yè)務(wù)體驗的前提下最大化提升網(wǎng)絡(luò)能效。

作為R18網(wǎng)絡(luò)節(jié)能項目的重要參與者，愛立信在定義網(wǎng)絡(luò)能耗模型上做出了重要貢獻，尤其是貢獻了Cat 1模型。該模型基于優(yōu)化的軟硬件和架構(gòu)，以及未來可實現(xiàn)的技術(shù)，使得五種功耗狀態(tài)可定義更低的相對功耗和轉(zhuǎn)換時長。以深度休眠為例，傳統(tǒng)深度休眠所需轉(zhuǎn)換時長通常在5分鐘以內(nèi)，而在Cat 1模型下僅為50ms，轉(zhuǎn)換時間縮短了6000倍，意味著可提供更多的忙時節(jié)能機會，對未來提升整網(wǎng)能效有著不可估量的潛力。

“細致精當(dāng)”的節(jié)能技術(shù)

就每比特能耗而言，隨著Massive MIMO等新技術(shù)引入，5G NR比前幾代移動通信技術(shù)更加節(jié)能。有運營商研究指出，5G網(wǎng)絡(luò)能效是4G的20至30倍。那如今為何5G網(wǎng)絡(luò)能耗依然居高不下？

一個重要的原因是，網(wǎng)絡(luò)能耗無法動態(tài)精準匹配業(yè)務(wù)變化，存在嚴重的能源浪費問題。比如，小區(qū)容量是按照高峰時段的業(yè)務(wù)需求而設(shè)計的，但小區(qū)業(yè)務(wù)量隨時間變化而變化，通常在一天24小時內(nèi)處于業(yè)務(wù)高負荷狀態(tài)的時段很少，大多數(shù)時間處于中低負荷狀態(tài)，到了夜間甚至處于零負荷狀態(tài)，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)在大部分時間內(nèi)會產(chǎn)生大量無效功耗。而隨著5G網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，站點變得越來越多，并使用更多的天線、更大的帶寬和更多的頻段，這種“浪費”現(xiàn)象會進一步加劇。

對此，R18研究了空域、時域、頻率域和功率域中的多種節(jié)能技術(shù)，旨在通過精細、及時地調(diào)整無線和硬件資源的方式來動態(tài)響應(yīng)業(yè)務(wù)變化，并確保網(wǎng)絡(luò)性能不受影響。

圖片來源：愛立信

比如，在空域方面，5G AAU設(shè)備內(nèi)有大量空間元件，包含64個甚至更多的射頻通道，每個通道都有PA、LNA等功耗器件，如果所有這些器件一直處于激活狀態(tài)，就會產(chǎn)生大量不必要的無效功耗。而R18引入了動態(tài)天線適配技術(shù)，可根據(jù)小區(qū)業(yè)務(wù)變化動態(tài)關(guān)斷相關(guān)器件。

與傳統(tǒng)粗放式的通道關(guān)斷技術(shù)不同，R18動態(tài)天線適配在關(guān)斷器件時不僅更靈活、關(guān)斷粒度更細，而且引入了一項重大創(chuàng)新，即可根據(jù)終端反饋的信道狀態(tài)信息來作出更優(yōu)化的關(guān)斷決策，從而可在確保網(wǎng)絡(luò)性能不受影響的前提下最大化降低AAU能耗。

在時域方面，R18引入了Cell DTX/DRX （小區(qū)不連續(xù)發(fā)射和不連續(xù)接收）技術(shù)，可通過周期性地關(guān)閉數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)送和接收的方式來節(jié)省功耗。Cell DTX/DRX與終端側(cè)的DTX/DRX同步，網(wǎng)絡(luò)會將小區(qū)關(guān)閉周期告知終端，當(dāng)小區(qū)關(guān)閉發(fā)送和接收時，終端也同時停止發(fā)送和接收，從而也更利于終端節(jié)能。

再比如，在功率域方面，R18 動態(tài)功率適配技術(shù)可根據(jù)終端與基站之間的距離，靈活動態(tài)調(diào)整小區(qū)發(fā)射功率。在頻率域方面，R18 Scell SSB-LESS技術(shù)可在載波聚合場景下省去或減少SSB、SIB等公共信道傳輸，讓小區(qū)在低負荷場景下實現(xiàn)如同關(guān)閉SCell一樣的節(jié)能效果。

愛立信亮出獨門絕技

為幫助運營商打破能耗曲線，愛立信一直致力于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究，并不斷推出更加節(jié)能的產(chǎn)品和解決方案。其中，愛立信已發(fā)布了一款名為Booster Carrier Sleep的節(jié)能功能，受到行業(yè)廣泛關(guān)注。

Booster Carrier Sleep是一項基于多層網(wǎng)的節(jié)能技術(shù)，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求動態(tài)激活和關(guān)斷載波。比如，當(dāng)基站負荷較低時，可通過關(guān)斷容量層的小區(qū)/載波、保留覆蓋層的方式來實現(xiàn)節(jié)能。

據(jù)愛立信專家介紹，Booster Carrier Sleep具有“自動化”和“全天候”兩大亮點。自動化，即根據(jù)業(yè)務(wù)需求自動化休眠和激活小區(qū)/載波。全天候，將節(jié)能時間從傳統(tǒng)的0點到6點，拉長到0點到24點，從而能讓小區(qū)/載波在更多的時間里處于休眠狀態(tài)，進一步降低網(wǎng)絡(luò)能耗。同時，該技術(shù)可在小區(qū)休眠之前將用戶切換到其他載波/小區(qū)或制式之上，能確保網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗不受影響。

值得一提的是，Booster Carrier Sleep并非只是一個創(chuàng)新的軟件功能。由于“自動化”和“全天候”增加了淺層休眠和深度休眠的次數(shù)，即增加了激活和關(guān)斷硬件組件的次數(shù)，會對硬件損壞率帶來影響，它還需在硬件方面進行重大創(chuàng)新。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，勢在必行。從首次定義網(wǎng)絡(luò)功耗模型，到引入 “細致精當(dāng)”的多域節(jié)能技術(shù)，再到愛立信推出Booster Carrier Sleep，不難看出，一場轟轟烈烈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能浪潮正從R18開始涌起。面向未來，相信隨著AI加速引入、軟硬件能力持續(xù)提升，更加精細化、智能化的節(jié)能技術(shù)持續(xù)涌現(xiàn)，行業(yè)終將能徹底打破能耗曲線，實現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展愿景。