5G時代的到來改變了人類社會的生產和生活方式，但是5G基站AAU功耗大的問題不容忽視。目前華為、中興、愛立信等主流設備的AAU功耗比4G網絡設備中RRU的功耗增加許多，極大地增加了運營商的運營成本。運營中的通信網絡資源由于承載業務的不均衡導致資源利用率不充分，甚至有的網絡資源處于空載狀態。

同時，在5G網絡中由于其AAU本身的特點，有的站點其垂直維度尤其是較高垂直維度的小區層資源很難被充分利用，導致了單小區部分資源處于利用率過低甚至空載的狀態。在目前整個社會都提倡將本增效的環境下，如何在降低5G網絡能耗成本的同時，確保網絡資源高效運轉對運營商的可持續發展具有非常重要的意義。

本文從AAU天線通道關閉、網絡存在潮汐區域的節能方案、網絡覆蓋能力增強以及網絡切換區域的合理設置等4個方面來探討5G網絡如何更有效地實現節能，且網絡節能后能確保用戶網絡體驗良好，5G網絡資源利用率更充分。

5G網絡節能方案實施

5G基站AAU基于通道關閉的節能方案

AAU通道的關閉分兩種情況：通道完全關閉以及通道內分時段關閉。

一是通道完全關閉。以5G網絡建設中經常用到64通道的AAU為例，5G網絡端可以監測每一個通道的流量承載情況，如果流量低于特定的門限值，則開啟此通道流量全量遷移嘗試，嘗試將此通道原來承載的流量遷移到相鄰通道，臨近通道是否接收取決于自身通道的流量承載極限。同時AAU由于其波瓣具有自我恢復能力，因此通道關閉后對AAU覆蓋性能的影響可以忽略不計。

基于AAU通道完全關閉方案的流量遷移算法流程圖如圖1所示：將64通道的AAU中某個通道設為Tk，Tk通道承載的流量M，Tk-1通道承載的流量O，Tk+1通道承載的流量P；設Tk通道承載流量的最低門限值是L，最高門限值是H，其中L

圖1 AAU通道流量遷移算法流程圖

二是通道內分時段關閉。當5G網絡的AAU檢測到部分應該發送下行信號或者上行信號的時刻，而沒有數據發送的時候，則關閉PA，節省PA靜態功耗。一旦AAU檢測到有信號發送，PA立刻恢復為正常狀態。以下行信號發送為例，具體5G網絡AAU正常狀態和節能狀態對比如圖2所示。

圖2 ?5G網絡AAU正常狀態和節能狀態對比圖

潮汐區域的5G網絡節能方案

所謂潮汐區域指的是不同時間段5G網絡的流量承載負荷不同，城市中的CBD區域以及商業街區潮汐現象相對明顯一些，這些區域存在的共同特點為白天人流量較大、網絡承載負荷較大，夜晚人流量較小，網絡承載負荷較小。

潮汐區域5G網絡的節能主要聚焦于潮汐區域的網絡結構以及網絡運營時各個扇區的流量承載。網絡通過日常監控5G基站各個扇區的流量承載情況，按照如下方式實現網絡節能，即如果出現扇區A承載的流量>扇區B承載的流量，且扇區B承載的流量完全可以遷移到扇區A，同時扇區A同意遷移，則開啟扇區B休眠模式，此時同步調整扇區A的網絡參數（如適當抬升下傾角）確保B扇區的流量能夠全部足量地遷移駐留進扇區A。另外，扇區A和扇區B的流量遷移基于相鄰5G基站中距離最近的兩個扇區間完成。

5G基站各個扇區流量遷移具體實現情況如圖3所示：gNB3基站的三個扇區向周邊基站實現流量遷移方向如箭頭所示，接收基站gNB3流量的基站gNB2、gNB4、gNB5能夠完全接收gNB3三個扇區的流量；gNB3基站完成流量遷移后開啟休眠或者關段模式，暫時退出網絡運營。

圖3 ?5G基站各個扇區流量遷移示意圖

由于5G網絡具備自我優化的能力，所以網絡參數的設置可以自我配置、自我動態實現。從一定意義上說，扇區B是一個只用于承載容量的扇區，它在高人流量、高網絡負荷的時候開啟，在低負荷、低人流量的時間段關閉。時間節點的選擇以不引起5G網絡中各個扇區出現擁塞預警為前提。

提升5G網絡覆蓋能力，降低網絡能耗

網絡覆蓋性能的好壞主要影響5G網絡系統控制信道信令的開銷。在5G網絡覆蓋能力較差的情況下，終端需要不斷地檢測網絡信道，這樣導致信息傳輸的速率大打折扣以及信令開銷增加，信令開銷的增加會導致系統能耗的增加。另外，網絡導頻信號設置不合理可能會引起終端的乒乓切換，增加網絡不必要的信令開銷，無法完成業務信道正常的數據傳輸。

5G基站的控制信令主要是RRC建立流程（如圖4、圖5所示），兩種信令流程的區別是只有激活了接入層安全的終端才可以發起重建過程，如果有上下文并校驗通過，則重建成功，否則按照圖4完成RRC重新建立。

圖4 5G基站RRC信令流程（1）

圖5 5G基站RRC信令流程（2）

無論5G網絡和終端之間通過圖4流程還是通過圖5流程建立RRC連接，當傳輸指定長度的報文時，如果網絡的覆蓋性能不足，則終端和網絡之間需要多次嘗試RRC連接建立鏈路，這樣導致網絡資源主要是信令開銷增加，增加網絡能量消耗。

5G網絡覆蓋能力的提升從以下幾個方面來實現：優化5G網絡無線參數，比如通過調整AAU的設計參數如掛高、下傾角和方向角來提升網絡覆蓋性能；充分運用5G網絡特有的覆蓋增強技術提升覆蓋能力，比如通過在網絡的上行方向引入低頻實現網絡的上行覆蓋能力增強；通過合理使用波束賦形技術也可以實現增強網絡的覆蓋性能。

合理設置網絡切換區域，降低網絡能耗

網絡切換區域的設置主要影響用戶選擇的駐留小區，當終端向信號質量較好的目標小區發起切換請求時，如果切換門限設置不合理，勢必會影響終端不能及時駐留到質量較好的目標小區，而出現終端依然駐留較差小區的情況，這樣導致終端不斷地檢測網絡信道質量，增加5G網絡的信令開銷，進而導致能耗增加。

5G網絡切換的信令流程如圖6所示，如果終端發起切換請求（HO Request）時，原來5G基站由于切換參數的設置不合理導致終端不能及時切換到目標小區，原來的小區由于信道質量較差，終端的切換請求始終在進行，這樣導致系統產生不必要的信令交互，增加資源消耗，進而增加網絡能耗。

圖6 5G切換流程圖

5G網絡切換區域的合理設置從以下幾個方面來實現：合理設置切換鄰區，合理控制5G網絡中每個基站的覆蓋范圍，確保相鄰扇區中相互重疊的區域最優；合理設置切換門限以及切換完成時間，確保終端始終可以及時駐留到網絡質量最佳的目標小區。

5G網絡節能綜合分析

基于AAU通道關閉的節能方案，實現起來相對容易，對網絡帶來的影響是由于通道關閉影響到扇區的波瓣寬度，進而影響扇區邊緣的覆蓋范圍，最后影響用戶在小區邊緣的速率體驗。若64通道的AAU在垂直維度上半部分長期存在業務流量承載較低的情況，則考慮更換較低通道如32通道或者8通道的AAU實現網絡節能。

針對5G網絡潮汐區域的節能方案實現效果最明顯，但是對網絡結構的影響相對較大，對5G網絡參數的自我優化以及配置能力要求較高，不僅涉及一般參數（如掛高、方向角、下傾角、發射功率等）的調整，也涉及鄰區及切換門限值的調整。

提升5G網絡的覆蓋能力優先選擇不增加基站來完成，這種方案實現起來也相對容易，首先通過調整工程參數（如掛高、方向角、下傾角）來完成，其次選擇覆蓋增強技術，必要時適當調整基站的發射功率來實現。

5G網絡切換區域的合理設置主要涉及切換鄰區以及切換門限值的設置，實現起來也相對容易。只要5G網絡結構變化不頻繁，切換區域設置很快完成后不需要頻繁調整。

基于5G網絡節能方案研究本文從4個方面進行論述，分別是AAU通道關閉、針對潮汐區域的節能、網絡覆蓋能力增強節能、網絡切換區域合理設置節能，以上4種節能方案如果綜合使用則效果更好。另外，涉及潮汐區域的網絡節能方案還可能涉及區域內站點之間的協同，尤其是參數之間的協同調整，這樣對5G網絡的自我優化、自我配置能力都提出了很大的挑戰。

當然，5G網絡的節能以不降低網絡的用戶感知為前提，只有這樣的節能才能同步實現用戶感知良好和運營商收益雙贏。
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