TD-LTE網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)

1、1lTD-LTE基于OFDMA技術(shù)，峰均比比較高，無線指標(biāo)對(duì)功放非線性特征敏感，功放額定功率距離峰值功率較遠(yuǎn)，功率效率的提升需要采用創(chuàng)新硬件技術(shù)lLTE基于一定發(fā)射功率下完成最大吞吐量的指標(biāo)而設(shè)計(jì)，目前需要對(duì)功率高效利用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)l3GPP已進(jìn)行LTE節(jié)能相關(guān)的工作，R10/R11/R12分別成立了對(duì)應(yīng)的研究項(xiàng)（SI/WI）推進(jìn)LTE節(jié)能相關(guān)技術(shù)的研究lTD-LTE網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入大規(guī)模部署階段，隨著設(shè)備基本功能的逐漸完善，提高設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，逐漸成為研究焦點(diǎn)l預(yù)計(jì)2015年2G基站耗電量占比為61.1%，TD-S基站耗電量占比為13.9%，TD-L基站耗電量占比為22.4%；TD-L的能耗將會(huì)

2、急劇增加LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能背景020406080100120GSM載頻功耗TD-S載頻功耗TD-L載頻功耗RRU功耗BBU功耗LTE節(jié)能空間巨大LTE節(jié)能技術(shù)應(yīng)用推廣迫在眉睫0.14%1.35%20.23%32.64%42.56%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%100.00%201220132014F2015F2016FLTE基站耗電占比非LTE基站耗電占比2LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能網(wǎng)絡(luò)概述LTE基站器件隨負(fù)載的功耗分布MicroPicoFemtoLTE接入網(wǎng)架構(gòu)LTE設(shè)備組網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)量隨時(shí)間呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)如何利用業(yè)務(wù)

3、波動(dòng)，減少不必要的功耗付出HetNet組網(wǎng),大小基站配合，合理吸收話務(wù)扁平式架構(gòu)3eNB BBU硬件架構(gòu)BBU關(guān)鍵組件包含：基帶處理板、主控傳輸、電源模塊等目前主流廠商的產(chǎn)品多支持背板設(shè)計(jì)、DSP采用FS/TI等廠家，F(xiàn)PGA采用Xilinx主流廠家，功耗較小，每載頻耗電量20-40瓦(企標(biāo)為75瓦/載頻）LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能eNB架構(gòu)EPC電源&風(fēng)扇基帶處理板主控傳輸板基帶處理板基帶處理板Power inputOMCFE/GE傳輸傳輸接口接口傳輸傳輸協(xié)議協(xié)議處理處理信令信令處理處理電源電源模塊模塊PDCPRLCMAC協(xié)議協(xié)議處理處理解碼解碼解調(diào)解調(diào)編碼編碼調(diào)制調(diào)制MIMO&OFD

4、M處理處理傳輸處理單元主控單元O&M時(shí)鐘時(shí)鐘模塊模塊基帶處理單元BBURRU/RUIr風(fēng)扇風(fēng)扇模塊模塊時(shí)鐘時(shí)鐘源源Ir接口接口電源風(fēng)扇單元BBU能效提升節(jié)能空間有限eNB RRU硬件架構(gòu)RRU 關(guān)鍵組件包含：功放、濾波、數(shù)字中頻、電源等模塊其中功放為最大的耗能器件，占基站總體功耗一半LTE基于OFDMA技術(shù)，峰均比比較高，對(duì)功放的非線性特征敏感， 功放額度功率距峰值功率較遠(yuǎn)，功率效率較低PA占比較大的比例，重點(diǎn)提升方向隨芯片集成度提升，eNB的硬件平臺(tái)功耗不斷降低，DPD/CFR/Doherty等技術(shù)得到大規(guī)模應(yīng)用，后續(xù)ET及GaN等新材料和技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用，硬件效率有望進(jìn)一步提升4典型

5、的能量分配比例RRU整機(jī)能效 = 空口發(fā)射功率/RRU輸入功率，對(duì)同一硬件平臺(tái)而言，在線性工作區(qū)間內(nèi)，空口發(fā)射功率越大，整機(jī)能效越高，輸入功率也增加, 因此降低空口發(fā)射功率也是有效降低功耗的途徑越靠近鏈路末端（比如，天線/饋線處），節(jié)能方案越容易產(chǎn)生收益。 LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能能量分配5硬件提升 eNB基站耗電元器件主要包括：射頻功率放大器（PA）占整機(jī)功耗的比例大約在40%70%PA功耗與基站發(fā)射功率和工作狀態(tài)密切相關(guān)，如待機(jī)狀態(tài)下（僅發(fā)RS/PSS/SSS/系統(tǒng)消息等幀）PA功耗可下降約40%對(duì)小基站而言，BB所占比例則明顯上升，PA所占功耗比例下降；且數(shù)值相對(duì)固定，幾乎不隨業(yè)務(wù)量變化硬件平臺(tái)

6、性能提升主要依靠節(jié)能分級(jí)指標(biāo)，引導(dǎo)廠家引入更高效的節(jié)能技術(shù)和材料軟件提升LTE空口能效提升下行功率控制未考慮UE地理位置及業(yè)務(wù)需要而對(duì)功率進(jìn)行合理限制，有提升空間上行功率控制未考慮網(wǎng)絡(luò)資源及干擾的時(shí)間和空間的動(dòng)態(tài)性而進(jìn)行的靜態(tài)的上行發(fā)射功率補(bǔ)償，不能適時(shí)適地滿足合適功率的要求LTE組網(wǎng)能效提升大小基站組網(wǎng)合理吸收話務(wù)，但是小基站的能耗在業(yè)務(wù)低谷期占的比例愈大。選擇合適的小基站開啟和關(guān)閉至關(guān)重要。（據(jù)預(yù)測(cè)未來10年內(nèi)小基站數(shù)量將為宏基站的5-10倍）LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能技術(shù)思路LTE節(jié)能側(cè)重于在時(shí)域、頻域、空域上減少不必要的發(fā)射功率，從而整體上降低設(shè)備能耗6技術(shù)原理：LTE現(xiàn)有方案中，沒有實(shí)際數(shù)據(jù)傳

7、輸時(shí)，在不影響控制類符號(hào)傳輸和終端接收的情況下，RRU在相應(yīng)時(shí)間（無實(shí)際符號(hào)傳輸）將功放關(guān)閉，從而達(dá)到減少功耗和降低鄰區(qū)干擾的目的。關(guān)注：哪些符號(hào)（symbol）可以關(guān)斷？ 子幀0的主輔同步信號(hào)、PBCH所在的symbol不能關(guān)斷（共4個(gè)） 每個(gè)子幀的第1個(gè)symbol包含PCFICH信息，不能關(guān)斷；第2、3個(gè)symbol包含用戶控制信道，可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)占用情況確定是否關(guān)斷 每個(gè)子幀內(nèi)小區(qū)參考信號(hào)所在symbol不能關(guān)斷 其余業(yè)務(wù)信道占用symbol可根據(jù)負(fù)荷情況開關(guān)或關(guān)斷1. TD-LTE 符號(hào)關(guān)斷功能 eNodeB根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化，適時(shí)啟動(dòng)符號(hào)級(jí)別的功放關(guān)閉功能，在沒有業(yè)務(wù)的符號(hào)時(shí)段內(nèi)關(guān)閉

8、功放，以降低能耗。LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能符號(hào)關(guān)斷7（三）節(jié)能減排新技術(shù)1. TD-LTE 符號(hào)關(guān)斷功能（續(xù)）說明：符號(hào)關(guān)斷減少的是RRU中PA的靜態(tài)能耗，假設(shè)PA的靜態(tài)能耗占RRU的整體能耗比例31%，每時(shí)隙共7個(gè)符號(hào)，按平均可關(guān)斷5個(gè)symbol計(jì)算，可節(jié)約RRU功耗22%。極限條件下：理論上MBSFN每子幀僅保留1個(gè)CRS（14個(gè)symbol關(guān)掉13個(gè)）可節(jié)約RRU功耗28%；較低負(fù)荷下：假設(shè)一半時(shí)間可以應(yīng)用符號(hào)關(guān)斷，可節(jié)約RRU功耗11%；現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)情況：30%負(fù)荷下，可以實(shí)現(xiàn)3-5%的能耗降低，大于該負(fù)荷則能耗節(jié)約不顯著。假設(shè)單RRU 功耗典型功耗260瓦，80萬RRU 年均耗電量約為18

9、億度，按現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)情況，如每天有8小時(shí)啟用該功能，大約每年可節(jié)電1800-3000萬度。l節(jié)能效果：理論上最高30%左右，較低負(fù)荷下整體10%左右能耗節(jié)約l對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響：干擾降低，無負(fù)面影響l技術(shù)應(yīng)用成本：需要調(diào)度算法和硬件平臺(tái)改造或升級(jí)LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能符號(hào)關(guān)斷8LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能符號(hào)關(guān)斷9LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能MIMO通道關(guān)斷2. MIMO通道關(guān)斷功能 指當(dāng)用戶數(shù)及PRB資源利用率下降至設(shè)定的條件時(shí)，eNodeB關(guān)斷部分射頻通道，在業(yè)務(wù)負(fù)荷上升時(shí)適時(shí)開啟通道。技術(shù)原理：當(dāng)小區(qū)負(fù)荷較低時(shí)，允許關(guān)閉本小區(qū)的部分發(fā)射通道，以節(jié)省能耗； 為保證公共信道覆蓋和業(yè)務(wù)不受影響， eNodeB可以提升公共信道的

10、發(fā)射功率3dB。當(dāng)檢查到業(yè)務(wù)負(fù)載增加后，退出智能關(guān)斷模式，恢復(fù)原有的通道發(fā)射狀態(tài)。通道關(guān)斷運(yùn)行過程：（1）BBU進(jìn)行通道關(guān)斷決策。（2）BBU的決策結(jié)果為要進(jìn)行通道關(guān)斷，則給RRU發(fā)送通道關(guān)斷激活指示，用來通知RRU通道關(guān)斷；（3）RRU發(fā)送通斷關(guān)斷激活響應(yīng)消息 10LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能MIMO通道關(guān)斷2. MIMO通道關(guān)斷功能（續(xù)）說明：假設(shè)典型基站忙時(shí)8個(gè)小時(shí)、中等10個(gè)小時(shí)、閑時(shí)6個(gè)小時(shí)RRU未采用通道關(guān)斷功耗約為260w，采用通道關(guān)斷功耗約150W8通道RRU關(guān)閉4個(gè)通道，每天按6小時(shí)閑時(shí)計(jì)算，全天可以節(jié)約7.5%的能耗80萬RRU 中約45%為8通道RRU，年均耗電量約18億度，按現(xiàn)有設(shè)

11、備實(shí)現(xiàn)情況，啟用該功能，每年大約節(jié)電6000萬度。l節(jié)能效果：理論上關(guān)閉一半的通道數(shù)量可以節(jié)約RRU功耗40%左右。l對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響：覆蓋和干擾會(huì)略微受影響，用戶峰值吞吐量下降l技術(shù)應(yīng)用成本：較低Tips1：為了保證控制信道覆蓋和業(yè)務(wù)不受影響，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整小區(qū)用戶的傳輸模式并提升控制信道的發(fā)射功率3dBTips2：為了保證UE在通信過程中TM不改變，目前正在與廠家合作進(jìn)行天線合并方案探討，不改變Port的數(shù)量與設(shè)置，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響將更小11LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能小基站關(guān)斷技術(shù)原理：宏基站Macro（Inter/Intra-RAT）監(jiān)控負(fù)荷變化，當(dāng)負(fù)荷降低至一定閾值時(shí)，小基站自主關(guān)閉或進(jìn)入休眠態(tài)；當(dāng)M

12、acro負(fù)荷升高至一定閾值時(shí)，通知Pico基站進(jìn)入探測(cè)態(tài)（Probing）。Pico在探測(cè)態(tài)時(shí)可以發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，同時(shí)Macro通知UE探測(cè)Pico基站并將探測(cè)結(jié)果發(fā)至Macro，Macro基站據(jù)此決策最合適的Pico基站打開，無需打開的Pico則進(jìn)入休眠態(tài)。3. 小基站關(guān)斷/開啟功能 宏基站覆蓋范圍內(nèi)部署熱點(diǎn)小基站（如Pico/Femto等覆蓋范圍小、發(fā)射功率低的基站）場(chǎng)景下，當(dāng)區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)量降低到一定閾值時(shí)，宏基站可以承載全部業(yè)務(wù)量，適時(shí)關(guān)閉小基站，當(dāng)區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)量上升到一定閾值時(shí)，則適時(shí)打開小基站。適用場(chǎng)景RAT（Inter-RAT）MacroPico通知Pico進(jìn)入探測(cè)態(tài)UE判斷啟動(dòng)Pi

13、co發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)通知UE進(jìn)行Pico探測(cè)測(cè)量導(dǎo)頻信號(hào)UE上報(bào)測(cè)量結(jié)果選擇合適Pico啟動(dòng)合適Pico123.小基站關(guān)斷/開啟功能（續(xù)）說明：小基站一般部署于熱點(diǎn)區(qū)域，存在明顯的潮汐效應(yīng)，當(dāng)?shù)蜆I(yè)務(wù)負(fù)荷時(shí)，休眠PA可以減少功耗30%（基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)） 二期集采中小基站占的比例是1.3%，約4000個(gè)左右 按每天40%時(shí)間可以關(guān)斷小基站計(jì)算，應(yīng)用該功能可以每年節(jié)電約42萬度 隨著LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的深化，小基站的數(shù)量和比例將會(huì)越來越大，小基站關(guān)斷/開啟功能將會(huì)有更大的節(jié)能潛力l節(jié)能效果：預(yù)期將會(huì)大大減少小基站無效工作時(shí)間，小基站功耗降低30%以上l對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響：影響很小l技術(shù)應(yīng)用成本：軟件方式，成本低LTE設(shè)備級(jí)節(jié)能小基站關(guān)斷13l載波關(guān)斷：載頻智能關(guān)斷