载频智能节电技术在TDLTE通信网络中的应用

摘要：在移动通信网络的能耗中，基站的能耗超过了整个通信系统能耗的70%，为了能够实现移动运营商的节能目标，对于无线基站节能减耗技术的研究将是一个非常重要的方面。首先从移动通信基站节能的现状出发，分析了TDLTE系统中基站主设备智能节电系统设计的必要性。在分析无线网络话务时间规律的基础上，针对移动通信网络话务潮汐的特点，根据TDLTE系统基站主设备的运行原理，分析了载频关断技术在TDLTE基站系统中实现节能降耗的方法，提出了载频智能关断技术在TDLTE基站系统中设计原则和技术方案，并且通过测试验证得出了载频智能关断技术在TDLTE网络中运行的可行性。最后，对此项技术规模性应用所取得的节能效果进行了总结并提出应用建议。

关键词：TDLTE；基站；载频；节能减排

中图分类号：TN915.0文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）03-0058-04

0引言

在以“绿通信的能力与路径”为主题的“2011绿色通信大会”上，国资委表示，要支持和鼓励通信企业在建立绿色通信方面发挥领头羊作用。在2013年12月4日，国家工业和信息化部向中国移动通信集团公司正式颁发了LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（TDLTE）经营许可。2013年以来，中国移动启动了20万个基站的建设和100万部终端的采购，体验用户接近4万人。2014年年中，预计100个城市将具备4G商用条件；至2014年年底，超过340个城市的客户可享受到中国移动的4G服务。中国移动已在全国范围内启动了TDLTE的商用部署工作，将建成全球规模最大的4G网络。这些将导致通信行业能源消耗大量增长，而绿色通信的目标就是要降低通信行业的能耗，同时实现经济与社会效益的双赢。运营商的能源消耗主体在接入网部分，包括无线站点和宽/窄带接入站点，移动运营商无线站点能源消耗通常占到整体能耗的80%以上，而移动基站的能耗占无线站点能耗的70%左右。所以，做好移动基站的节能减排是构建绿色通信的首要任务[16]。

TDLTE基站主设备功耗主要有机柜功耗和载频功耗组成：其中机柜功耗主要是由控制板、风扇和合路器等设备构成[7]，占主设备能耗的比重较小；载频功耗主要由基带功耗、射频信号功耗、静态功放功耗和动态功放功耗组成，是主设备能耗的主要组成部分。因此，基站主设备节能可以从载频功耗等方面进行分析。

早在GSM系统中，就有从GSM网络的节能减排出发，提出了针对基站主设备和载频关断技术的节能方法。本文根据TDLTE系统基站主设备的运行原理，分析了载频关断技术在TDLTE基站系统中实现节能降耗的方法，提出了载频智能关断技术在TDLTE基站系统中设计原则和技术方案，并且通过测试验证得出了载频智能关断技术在TDLTE网络中运行的可行性。最后，对此项技术规模性应用所取得的节能效果进行了总结并提出应用建议。

1载频智能关断

1.1载频智能关断概述

如图1所示，在城区以及密集城区等环境中，因为业务量比较大，单一频点无法有效地承载业务，运营商可能就会同时用多个LTE频点来进行覆盖，在保持覆盖的同时，能够支撑更大数据容量的要求[811]。例如，800 MHz或者1.8 GHz频点作为大覆盖小区，而2.1 GHz或者2.6 GHz作为容量增强小区用来吸收热点区域的流量。

1.2载频智能关断原理

基站业务量较小时，载频智能关断技术可以把分散在小区内各个载频的零散的业务集中到某一个载频上去，这样空闲的载频就会被关闭，进入休眠状态，从而达到了节能减耗的目的[12]。

1.2.1载频智能关断的限制条件

符合载频智能上下电的基站小区必须满足以下3个条件。如果满足则可以进行载频智能关断并且获得节能降耗的作用，反之，不仅不能降低能耗还会降低网络性能。

1）不同时段业务量反差较大。这样，可以通过时段控制，设置小区的智能载频关断时段，在一定时段内打开智能载频关断功能。

2）业务量门限。 可以设置业务高、低2个门限值。当业务下降到低于低门限值时启动智能载频关断功能； 当业务量上升到高于高门限值时停止智能载频关断。高门限值和低门限值之间为保护段，避免频繁启动和停止智能载频关断的操作。

3）双载频以上配置。小区配置必须至少为二载频及以上，这样当关断载频上所有业务时，则通知业务将当前载频上的业务迁移到其他高优先级的载频上。

1.2.2载频智能关断的触发条件

1）同时满足如下条件时将进入载频智能关断模式。

容量小区存在站内异频同覆盖邻区。

异频邻区频点对应的所有站内小区都配置为基础小区。

2）进入载频智能关断的时间段。

本小区上行PRB（physical resource block，物理资源块）利用率

本小区下行PRB利用率

3）本小区与所有基础邻小区满足如下条件：

本小区上行PRB利用率+基础邻小区的上行PRB利用率

本小区下行PRB利用率+基础邻小区的下行PRB利用率

载频智能关断的时间段、载频上/下行智能关闭门限（A）和载频上/下行智能打开门限（B）可通过参数设置。

1.2.3载频智能关断的实现

在载频智能关断的控制上，可以从时间和业务量2个维度上进行控制：在时间上可以设置载频智能关断的时间，比如每天的0―7点开启此功能；在话务量上，当某个小区的信道占用数低于某一个值时，选择一个空闲载频进行关断，当某个小区的信道占用数高于某一个值时，可以开启一个关断的载频。

载频智能关断功能主要是通过软件来实现，通过软件判断系统业务忙闲情况。同时，设置一些参数的组合，自动关闭一些满足条件的载频，将业务集中到未关闭的载频上， 将需关闭的载频上进行的业务转移到不关闭的载频上，一旦转移完成，该载频就可以被关闭（如图3）。

运营商可以选择可以关闭的容量增强小区，仅保留大覆盖小区，以维持原有的LTE数据覆盖和基本流量的要求。同时基站会实时统计当前载频下的业务流量，当数据流量增大到预设门限时，或者白天来临的时候，智能唤醒容量增强小区进行分流来满足大数据量的要求[1314]。如果大覆盖小区和容量增强小区在同一个BBU中，则可以通过BBU内部的消息交互来实现以上流程的睡眠和唤醒操作。如果两者不在同一个BBU内部，则可以通过3GPP Release 9在X2口定义的基站配置更新和小区激活流程来进行容量增强小区的睡眠与唤醒。小区关断流程和重新激活流程如图4和图5所示。

1.2.4载频智能关断的动作

eNodeB进入载频智能关断模式后将把本小区上的用户切换到异频同覆盖邻区，待本小区没有用户后，关闭本小区载频。本小区所在RRU根据自身剩余载频数对调节功放供电电压。

2测试验证

模拟搭建TDLTE基站环境，需要BBU（building base band unit，室内基带处理单元）选择一款支持TDLTE制式的RRU（radio remote unit， 射频拉远单元），以3161DTC为例，3161DTC建立双E频段的2个小区 2和3 配置容量小区和基础小区，并且需要频谱仪观察空口波形。

2.1BBU配置

1）为容量小区和基础小区分别添加异频邻区频点（ADD EUTRANINTERNFREQ）；

2）为容量小区和基础小区分别添加异频邻区（ADD EUTRANINTERFREQNCELL）；

3）执行MOD CELLSHUTDOWN，可以依次输入容量小区ID，载频智能关断功能开关，开始时间，结束时间，下行PRB门限，下行PRB偏置，上行PRB门限，上行PRB偏置；

4）设置闭塞时间和门限（基础小区下行PRB门限，下行PRB偏置，上行PRB门限，上行PRB偏置这4个参数都设置为0，防止关断）；

5）通过DSP CELL可以查询容量小区进入载频智能关断状态（如图6所示）。

2.2结论

如上所述，在业务量基本相同的情况下，载频智能关断功能开启和不开启相比会节能 10%。有效降低了基站主设备能耗，延长了基站设备的寿命，从而减少了因发电带来的环境污染以及空调氟利昂的消耗， 响应了通信部提出的绿色环保理念。而由于基站主设备占基站总能耗的 80%以上，可见采用载频智能关断技术能够带来明显的经济效益。

图7载频智能关断之前的功率统计图8进入载频智能关断模式后的功率统计3总结

通过分析无线话务时间的规律以及对通过载频关断技术实现节能降耗方法的总结，提出了载频智能关断技术在TDLTE基站系统中设计原则和技术方案，并通过实例对此方案进行了验证，最后可以总结出如下几条建议，希望对以后的研究工作有所帮助。

1）在业务潮汐明显的地区推广载频智能关断技术。载频智能关断技术适用于话务潮汐较为明显的CBD地区（中心商务区），如车站、学校等规模较大、人口较多的生活小区。因此，未来应在上述地区逐步实现载频智能关断技术，以达到更好的节能效果。

2）在夜晚使用数据业务较多的地区，使用载频智能上下电覆盖时可考虑增加 1―2个永久不关闭载频，以满足突发数据业务的需求。对于配置较大的基站，也可以考虑开启载频智能上下电功能。

3）载频智能关断技术配置建议及网络参数调整建议建议在单小区4载频以上，3小区覆盖的基站上考虑引入载频智能关断技术。单小区小于4载频的基站，不建议开启载频智能关断功能。

4）为减少由于激活载频时产生的延迟， 高速公路、铁路及其他交通沿线信号覆盖的基站，不建议开启载频智能关断功能。

5）节假日等业务高峰持续时间较长的时期，建议临时关闭载频智能关断功能。