5G基站能耗監控解決方案

华体会电竞app苹果版 上海嘉定 201801

摘要：隨著5G時代的到來,通信業(ye) 務種類和終端連接數呈爆發式增長,通信行業(ye) 節能降耗麵臨(lin) 著巨大的挑戰.。相比於(yu) 已商用的4G技術,5G需要支持更大的帶寬,更多的通道數以滿足ITU提出的性能需求,但這也導致了5G能耗的顯著增加.基站節能技術是通過在時和頻域上關(guan) 閉相應的發射資源來實現基站能耗的有效降低,為(wei) 了避免節能技術對網絡覆蓋和用戶體(ti) 驗的影響,在網絡運營過程中需要尋找節能效果和網絡性能間的相互平衡。本文提供了一套從(cong) 監測到管控用能的解決(jue) 方案，可以良好的解決(jue) 基站用能過高問題。

關(guan) 鍵詞：5G基站；基站能耗管理；能耗監控；

1  5G基站建設現狀

目前，國內(nei) 已建成超71.8萬(wan) 個(ge) 5G基站，5G終端連接數超過了2億(yi) ，運營商5G的投資也超過了幾千億(yi) ，已經基本將5G網絡覆蓋到全國所有的地級以上城市，獨立組網模式正實現規模部署，還將充分發揮網絡切片等技術優(you) 勢提供大寬帶、低延時等方麵的服務。

疫情為(wei) 國民經濟摁下了暫停鍵，如果要實現盡快恢複，必須采取措施。基建有助於(yu) 擴大需求、穩增長、穩就業(ye) 。防疫期間，全民隔離讓全社會(hui) 對數字技術的需求集中井噴。幾億(yi) 人在線辦公，全國所有學生在線上課，還有幾乎所有的生活物資的交易，都是在網上實現的。在現實世界停擺的時候，數字世界建立了一套支撐現實世界的新“循環係統”。

有了雲(yun) 計算的支撐，大數據支撐的科學決(jue) 策、各種算法支撐的人工智能，智聯網支撐的萬(wan) 物互聯，以及全麵在線才有擁有可能。由此，全麵支撐了疫情期間的社會(hui) 治理、資源調配，科學決(jue) 策，組織協同。

 在消費領域，5G+超高清、5G+AR/VR等技術應用非常廣泛，如遊戲娛樂(le) 、賽事直播、居住服務等新技術應用仍在探索和實踐中。諸如教育、醫療應用等，可基於(yu) 5G+人工智能+大數據技術下，以提供相應服務。此外，這兩(liang) 年的“5G+工業(ye) 互聯網”的發展也是非常迅猛的，全國在建項目超過了1100個(ge) ，有很多非常好的應用場景得以實現，

2  5G基站用能情況

5G基站能耗是4G的3~5倍，單個(ge) 5G基站，在沒有用戶接入的情況下，每小時耗電達到2.1千瓦；目前全市5G用戶少，按每天7小時無用戶計算，單站每月空耗用電就達到440度，每年達到5300度，通過廠家網管僅(jin) 能關(guan) 閉基站發射單元，減少1/3的能耗；5G基站用電極大，需要及時觀察5G基站電流電壓變化。

有統計指出，每GB流量約消耗2千瓦時的電量，也就是說下載一部1GB的電影相當於(yu) 2000瓦吹風機連續工作1小時。若按每度電1元計算，下載一部1GB的電影，運營商需支付2元電費，如今無限流量套餐流量上限動輒40GB，而可預見的5G資費隻會(hui) 降不會(hui) 升，可想而知，隨著5G流量需求暴增，運營商的電費成本壓力越來越大。

而在移動通信網絡中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。越加密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網絡麵臨(lin) 的一大成本挑戰。

3  基站供電係統及用能分析

通常，基站的供電係統由市電引入，通過交流配電箱、開關(guan) 電源轉換為(wei) -48V直流後連接到基站設備，基站設備再通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。

基站設備的內(nei) 部結構主要包含：BBU、射頻（RF）單元、功率放大器（PA）、主電源、天線接口、扇熱係統等，其中BBU包含控製單元、傳(chuan) 輸單元和基帶處理單元等，主要負責信號濾波、OFDM、調製解調、頻域處理（符號映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（數字預失真處理）等功能。

根據以上結構，可以基站功耗分為(wei) 三大類型：傳(chuan) 輸功耗、計算功耗和額外功耗。

傳(chuan) 輸功耗：指功率放大器（PA）和射頻（RF）部分所消耗的電量，其主要執行基帶信號與(yu) 無線信號之間的信號轉換，饋電線的功耗包括在傳(chuan) 輸功耗之內(nei) 。

計算功耗：指BBU消耗的電量，包括數字部分處理、管理和控製、與(yu) 核心網和其他基站間通信等相關(guan) 功耗。

額外功耗：指從(cong) 市電引入到基站直流供電的整個(ge) 轉換過程中的額外損失的電量，也包括機房空調、製冷設備所消耗的電量。

對於(yu) 傳(chuan) 統2G3G4G基站，由於(yu) 基站的計算能力較小，通常傳(chuan) 輸功耗大於(yu) 計算功耗，即BBU功耗小於(yu) PA和RF部分功耗，因此傳(chuan) 統基站提升能效的辦法主要集中在減少傳(chuan) 輸功耗，比如我們(men) 在閑時關(guan) 閉部分載頻和射頻部分來實現節能減排。但5G時代情況不一樣了。密集分布的小/微基站和Massive MIMO天線，是5G基站的兩(liang) 大主要特征。一方麵，Massive MIMO本身是以更高的計算成本為(wei) 代價(jia) 降低傳(chuan) 輸功耗；而小基站覆蓋範圍小，PA更低，也意味著傳(chuan) 輸功耗更低。另一方麵，由於(yu) 5G傳(chuan) 輸速率將成倍提升，5G基站將處理海量數據，且隨著5G業(ye) 務的不斷發展，5G BBU的計算功耗將逐漸上升。

因此，在5G時代，基站的計算功耗將大幅提升超過傳(chuan) 輸功耗。5G基站計算功耗上升，帶來的不僅(jin) 是耗電問題，還有扇熱問題；同時，隨著5G邊緣計算和高速本地緩存的發展，未來那些掛在城市燈杆上的小基站將執行越來越多的數據存儲(chu) 和計算，這為(wei) 5G部署提出了新的挑戰。

5  5G基站能耗監控解決(jue) 方案

基站智慧用電雲(yun) 平台通過對5G宏站和室分站點加裝交/直流智能監控設備、無線采集設備以及係統管理平台，完成夜間無業(ye) 務時段的下電操作，減少電能消耗，降低運營成本支出，以及提升通信設備供電線路狀態的實時監測保護功能；係統後台對存儲(chu) 的供電線路曆史電氣性能數據進行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決(jue) 建議對策，減少後續同類故障的發生率，提升供電線路運維管控能力。

5.1 方案主要特點

5.1.1 人防+物防

儀(yi) 表24小時不間斷監測，線路出現問題自動報警

維護檢修係統派單，狀態跟蹤，結果核查

5.1.2 數據融合分析

曆史數據保存便於(yu) 問題排查

定點數據圖形化展示，通過走勢圖提供對未來情況的預測

5.1.3 遠程控製

針對每個(ge) 基站的使用情況設定下電策略，根據現場情況對設備進行遠程操控

5.2 方案主要功能

5.2.1 首頁功能

• 地圖顯示對應基站的位置。包括基站的詳細信息和設備配置情況。
• 顯示本月基站的報警情況和處理情況

5.2.2 實時監控

• 顯示基站的設備詳情和設備在線失聯狀態
• 顯示具體設備的實時監測數據和曆史曲線供查詢
• 提供分合閘功能供用戶對儀表進行操作
• 提供參數設置功能，用戶能對儀表內置的報警值和保護開關等進行操作

5.2.3 隱患管理

5.2.4 設備啟停調節

對不同的基站設置不同的分合閘策略，下發周期可以按照年~月~周~日來進行選擇，提供下發命令的日誌供用戶進行查詢。

5.2.5 設備信息管理

對設備可以設置對應的進線和出線關(guan) 係，來對每一個(ge) 基站的使用功率進行實時監測，可以分析基站的使用負載。從(cong) 而可以分析不同區域的基站使用情況。

5.2.6 溫度控製管理

對各個(ge) 基站的溫度進行設置，當溫度高於(yu) 範圍內(nei) ，會(hui) 開啟空調，其實時間會(hui) 關(guan) 閉空調

6  能耗監控硬件設備選型

6.1 新建基站能耗監控選型

6.1.1交流基站配置

6.1.2 直流基站配置

6.2 改造基站能耗監控選型

6.2.1 交流基站配置

6.2.2 直流基站配置

7  案例分析

在廣州某區5G基站應用，此站點共部署3個(ge) 華為(wei) AAU，單項供電；電源輸入240V，8.9A，實時功耗在2.1KW。遠程控製設備采用帶4G全網通物聯網電表，220V輸入，額定電流60A，功耗13KW，采用電信4G網絡遠程控製，每分鍾上報一次。

安裝後測試，可以正常遠程開閉，實時遠程監控用電情況。按每天關(guan) 閉7小時（00:00-07:00），每月可節省14.17*30=425度電，相當於(yu) 每月可節省510元電費（1.2元/度電）。

按照該地區共485個(ge) 5G基站計算，則每月可節省485*510=24.735萬(wan) 元。