东海大桥5G基站智能节电技术研究

东海大桥5G基站智能节电技术研究

刘伟海1,刘璐2,彭丽珺3

1中国移动通信集团上海有限公司   2中国移动通信集团上海有限公司 3中国移动通信集团上海有限公司。

摘要：东海大桥是5G智能重卡应用的标杆示范区，对5G网络的覆盖率和性能有较高要求。为满足东海大桥夜间路灯开启需要，并给桥面业主方变压器预留足够容量，于桥面5G杆站应用综合节电方案。在掌握了东海大桥的5G站点覆盖和业务情况的基础上，创新应用5G基站的智能深度休眠技术，制定并实施夜间节电方案。此方案在实现节能降耗目标的同时，有利于降低设备故障隐患，节省了定期上桥维护成本，践行了“绿色5G精品网”理念。

关键词：5G智能节电技术、智能深度休眠技术、节能减排

1 背景

东海大桥5G网络是国家级5G重要应用落地项目洋山深水港5G智能重卡项目的重要组成部分。大桥站点的供电与桥面路灯及其他维护设备共电源。2019年9月完成二期5G站点建设后，大桥上部分变压器出现供电紧张问题。基站设备需要在18:00至次日08:00进行让电，以满足夜间大桥路灯开启需求。

前期采用简单的在路灯开启时段去激活二期站点的方式进行让电，虽然满足了让电需求，但也增加了基站设备的故障率，上桥排障涉及封路、登高车等协调和维修成本。与此同时，业主方也提出每个变压器至少需要预留1000W的余量。

为进一步满足东海大桥让电需求，同时降低设备故障率，减少上桥排障维护费，需要对东海大桥的5G基站让电方案进行革新。

2 智能节电方案

近年来，国家高度重视节能减排工作，碳达峰、碳中和列为我国重点任务之一。为实现我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和，以优化产业结构和能源结构，大力发展新能源，促进新型节能环保技术、装备和产品研发应用为手段。

对于运营商而言，面临着电费支出明显增加的情况。5G基站功耗是同级4G基站的3倍左右，高功耗是运营商大规模部署 5G 的棘手问题。随着中国5G基站站部署规模的扩大，电费成本支出面临连年增长。节能减排刻不容缓，但是现代意义的节约能源并不是减少使用能源，降低生活品质，而应该是提高能效，降低能源消耗，也就是“该用则用、能省则省”。5G是当今新基建的发展趋势，党中央和国务院提出“加快推进新型基础设施建设”、“打造集约高效、经济适用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系”。5G基站必须坚定地投入使用，同时要提高能效，减少非必要的能耗，促进节能减排。

基于此种现状研究制定无线节能体系，通过创新系统的解决方案，着眼于四网协同，从设备、站点、网络三个级别，提升现网能效，降低能耗，依托“绿色行动计划”构建低成本高效能的绿色网络 。节能研究层次及理论基础主要包括通过智能化算法顶端统一调度，实现网络节能；基于业务的潮汐效应，实现平台级自适应节能；高效器件及整体设计，提升硬件效率；基于基站能耗模型与能效评估理论，开展各网能效最优研究四个方面。通过创新系统的解决方案，着眼于四网协同，从设备、站点、网络三个级别，提升现网能效，降低能耗，依托“绿色行动计划”构建低成本高效能的绿色网络。

为响应国家节能减排号召，针对东海大桥让电需求，根据大桥业务模型，并结合桥面覆盖情况，制定阶段性综合节电方案。

一阶段：根据每个变压器的实际需求让电量，基于设计提供的用电测算结果，针对必须让电的5G站点在晚上18:00~次日08:00实施AAU深度休眠节电，满足大桥让电需求；

二阶段：基于桥面基本覆盖要求，进一步挖掘节电潜力，对剩余二期5G站点在晚上24:00~次日06:00实施AAU深度休眠节电，在保证桥面基础覆盖的情况下，最大程度降低功耗。

5G AAU深度休眠节能原理

5G AAU主要模块包括基带上移、数字中频、收发信机以及PA等，AAU整机功耗的大小和基站负荷相关。满载下，PA占比接近60%，是AAU功耗最主要来源；空载下，PA占比下降至30%，与数字中频、收发信机共同构成AAU功耗主要来源。

射频模块深度休眠节能功能是指保持射频模块可靠性前提下，不考虑网络负载等其它因素，基于预先配置的时间段进行休眠，减少设备能耗。射频模块深度休眠节能以AAU为粒度，采用定时休眠。在基站业务处于长时间空闲的状态下，射频模块可以关断大部分有源器件的供电，进入休眠状态，从而实现降低AAU空载功耗的目的。

在配置的时间到达后，会先禁止新用户接入，然后切换在线用户，在射频模块无业务时进入深度休眠节能。

若射频模块上所有小区都没有在线业务，则立即休眠小区，同时射频模块进入深度休眠。

若射频模块上小区一直有用户在线，则将在等待时长超时后，强制休眠小区，同时射频模块进入深度休眠。

3应用效果

3.1、AAU深度休眠节能效果

定时AAU深度休眠节电开启的同时，同步开启了24小时的亚帧关断。24小时亚帧关断开启后，AAU的功耗由原来的550W下降到450W，夜间开启AAU深度休眠后，AAU的功耗下降到230W，而常规小区去激活的夜间AAU功耗为340W。

亚帧关断的节能比例为18%，AAU深度休眠节能比例为58%，较小区去激活多节能20%。经测算，单AAU节电约4.5度/天，整桥节电约280度/天，8400度/月。

3.2、过温保护问题

在观察东海大桥AAU深度休眠节能效果期间发现，部分站点在夜间出现AAU功率异常上升到340W的情况。经排查，为AAU设备的过温保护机制引起的。当前华为AAU的过温保护启动规则为：当日最高设备温度-当前设备温度>25摄氏度。东海大桥临海，日间最高温度和夜间最低温度都比市区基站来得更高和更低，所以更容易达到日夜温差超过25摄氏度的过温保护启动条件。在后续设备的版本中会将过温保护启动条件的温差调整到30摄氏度，降低过温保护启动几率。

3.3、节能状态下的5G业务性能

基于5G智能节电技术应用状态，对东海大桥5G覆盖和5G业务性能进行测试。经测试，在节能状态下东海大桥5G综合覆盖率约92%，5G平均RSRP约-80dBm，下行平均速率为646.45Mbps，上行平均速率为62.88Mbps，可以满足桥面5G业务需求。

同时，考虑到5G智能重卡对于5G网络要求较高，关闭了24小时亚帧关断，保证作为特殊保障场景的东海大桥日间5G基站正常开启，所有RB资源可用。

4小结

1、通过现网实际应用，在东海大桥亚帧关断节能比例为18%，AAU深度休眠节能比例为58%，较小区去激活多节能20%。经测算，单AAU节电约4.5度/天，整桥节电约280度/天，8400度/月。

2、在AAU深度休眠应用过程中，发现AAU有过温保护机制，会使夜间AAU功耗上升，降低节能效果。

3、基于5G智能节电技术应用状态，经测试，东海大桥5G综合覆盖率在92%左右，下行平均速率为646.45Mbps，上行平均速率为62.88Mbps，可以满足5G业务需求。

4、根据东海大桥实际让电要求，结合桥面业务模型和覆盖情况，制定并实施阶段性综合节电方案，一阶段满足大桥让电需求，二阶段基于桥面基本覆盖要求，进一步挖掘节电潜力，最大程度降低功耗，实现网络运维的节能减排。

5、本次5G智能节电技术应用，从网络运维实际需求出发，解决了东海大桥供电不足的实际问题。同时降低了由于去激活导致的设备故障率，减少了上站排障维护费，实现网络运维的降本增效，有力践行了上海公司点亮“绿色精品网”理念。

6、本次通过实际应用评估，得出5G AAU深度休眠、亚帧关断实际节能效果，为进一步推进5G智能节电应用提供了实际数据和预测依据。作为降本增效的有效手段，5G智能节电将广泛应用于5G网络的运维。