5G節(jié)能降耗，還看R18

面對(duì)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(jìn)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(píng)估創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)構(gòu)建了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，利于產(chǎn)業(yè)鏈聚力推進(jìn)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(shí)域、頻率域和功率域的多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，可更加靈活動(dòng)態(tài)地匹配業(yè)務(wù)特征，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化的節(jié)能機(jī)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(zhǎng)、高度自智”為四大支柱，打造“價(jià)值驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(xiàn)？

“作為R18節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的重要推動(dòng)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(xiàn)，尤其是貢獻(xiàn)了Cat 1模型，還發(fā)布了一套獨(dú)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(jì)，無線接入網(wǎng)（RAN）的能耗占移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)總能耗的70%至85%。無疑，降低RAN網(wǎng)絡(luò)能耗是運(yùn)營商實(shí)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(dòng)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能研究項(xiàng)目，旨在通過定義網(wǎng)絡(luò)能耗模型和評(píng)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(biāo)準(zhǔn)不成方圓。為了公平、高效、精準(zhǔn)地評(píng)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(píng)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(duì)功耗和轉(zhuǎn)換時(shí)長(zhǎng)。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(shí)長(zhǎng)指進(jìn)入和退出不同休眠狀態(tài)所需要的時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)，因此微休眠的轉(zhuǎn)換時(shí)間達(dá)微秒級(jí)，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(duì)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(biāo)準(zhǔn)，不同廠商可在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下研究和評(píng)估網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)，利于促進(jìn)行業(yè)技術(shù)交流和合作，加速推動(dòng)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(jì)，考慮了未來軟硬件發(fā)展趨勢(shì)，可作為未來五年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)評(píng)估“標(biāo)尺”，對(duì)于行業(yè)長(zhǎng)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(xì)，利于促進(jìn)以精細(xì)化的節(jié)能機(jī)制動(dòng)態(tài)響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)變化，實(shí)現(xiàn)在保障業(yè)務(wù)體驗(yàn)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(xiàng)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(xiàn)，尤其是貢獻(xiàn)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(shí)現(xiàn)的技術(shù)，使得五種功耗狀態(tài)可定義更低的相對(duì)功耗和轉(zhuǎn)換時(shí)長(zhǎng)。以深度休眠為例，傳統(tǒng)深度休眠所需轉(zhuǎn)換時(shí)長(zhǎng)通常在5分鐘以內(nèi)，而在Cat 1模型下僅為50ms，轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短了6000倍，意味著可提供更多的忙時(shí)節(jié)能機(jī)會(huì)，對(duì)未來提升整網(wǎng)能效有著不可估量的潛力。

“細(xì)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(dòng)通信技術(shù)更加節(jié)能。有運(yùn)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(gè)重要的原因是，網(wǎng)絡(luò)能耗無法動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)匹配業(yè)務(wù)變化，存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問題。比如，小區(qū)容量是按照高峰時(shí)段的業(yè)務(wù)需求而設(shè)計(jì)的，但小區(qū)業(yè)務(wù)量隨時(shí)間變化而變化，通常在一天24小時(shí)內(nèi)處于業(yè)務(wù)高負(fù)荷狀態(tài)的時(shí)段很少，大多數(shù)時(shí)間處于中低負(fù)荷狀態(tài)，到了夜間甚至處于零負(fù)荷狀態(tài)，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)在大部分時(shí)間內(nèi)會(huì)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(diǎn)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(fèi)”現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步加劇。

對(duì)此，R18研究了空域、時(shí)域、頻率域和功率域中的多種節(jié)能技術(shù)，旨在通過精細(xì)、及時(shí)地調(diào)整無線和硬件資源的方式來動(dòng)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(gè)甚至更多的射頻通道，每個(gè)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(huì)產(chǎn)生大量不必要的無效功耗。而R18引入了動(dòng)態(tài)天線適配技術(shù)，可根據(jù)小區(qū)業(yè)務(wù)變化動(dòng)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(dòng)態(tài)天線適配在關(guān)斷器件時(shí)不僅更靈活、關(guān)斷粒度更細(xì)，而且引入了一項(xiàng)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(shí)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(huì)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(shí)，終端也同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)景下省去或減少SSB、SIB等公共信道傳輸，讓小區(qū)在低負(fù)荷場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)如同關(guān)閉SCell一樣的節(jié)能效果。

愛立信亮出獨(dú)門絕技

為幫助運(yùn)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(xiàng)基于多層網(wǎng)的節(jié)能技術(shù)，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)激活和關(guān)斷載波。比如，當(dāng)基站負(fù)荷較低時(shí)，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(shí)現(xiàn)節(jié)能。

據(jù)愛立信專家介紹，Booster Carrier Sleep具有“自動(dòng)化”和“全天候”兩大亮點(diǎn)。自動(dòng)化，即根據(jù)業(yè)務(wù)需求自動(dòng)化休眠和激活小區(qū)/載波。全天候，將節(jié)能時(shí)間從傳統(tǒng)的0點(diǎn)到6點(diǎn)，拉長(zhǎng)到0點(diǎn)到24點(diǎn)，從而能讓小區(qū)/載波在更多的時(shí)間里處于休眠狀態(tài)，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)能耗。同時(shí)，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(yàn)不受影響。

值得一提的是，Booster Carrier Sleep并非只是一個(gè)創(chuàng)新的軟件功能。由于“自動(dòng)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(huì)對(duì)硬件損壞率帶來影響，它還需在硬件方面進(jìn)行重大創(chuàng)新。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，勢(shì)在必行。從首次定義網(wǎng)絡(luò)功耗模型，到引入 “細(xì)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(chǎng)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(xì)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(shí)現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展愿景。