随着4G/5G网络规模不断扩大，耗电量也逐年增加。而基站耗电量约占整个移动通信网络能耗的60%，基站节能节电不仅是电信运营商实现降本增效的重要途径，也是信息通信业绿色低碳发展的关键一环。
通常情况下，基站都是以最大功率发射，但无线基站存在明显的潮汐效应，忙闲不同时段话务相差高达3~5倍，夜间网络利用率极低；而且网络容量通常都是按照峰值配置，在闲时网络资源有冗余，造成能源的极大浪费。因此，基站设备节能具有非常大的挖潜空间，各设备厂家也在无线通信网络的节能技术和解决方案上加大研发力度，形成了通道智能关断和符号智能关断等相对成熟的技术。
本文以现行常用软件节能技术为基础，结合网络不同场景特点，从全流程角度出发，提出分场景智能节电策略，形成数据采集、方案制定、方案执行、效果评估的闭环节电方案，以在不影响用户感知的情况下，最大程度地挖潜节能。
节电策略
5G基站设备能耗一般是4G设备的3~4倍，且主要体现在硬件方面。因此，硬件方面可以通过采用高制程芯片工艺、高集成度ASIC（专用集成电路）芯片等节能技术可以有效降低5G设备能耗。在软件节能技术方面，4G与5G网络的节电策略可以是相同的。针对不同网络场景、不同业务模型，如何有效减少低业务量期间基站能耗，是运营商降低运营成本、实现节能减排的关键所在。
本文以LTE（4G)网络为例，结合大量节电实践给出一套完善的分场景智能节电策略，主要包括网络信息采集（通过综合资源平台获取并识别具体场景，如城区、农村、高铁等）、节电方案制定、节电方案执行、执行效果评估四大环节。整个节电评估体系以能耗监测为中心，以业务质量KPI指标、网络覆盖MR指标、用户感知SEQ指标为3个基本点，在保障网络感知的前提下，动态调整节电策略，获取不同场景的最佳节电方案，最大程度发挥节电效益。整体节电方案体系如图1所示。
图1 LTE网络分场景智能节电方案体系
节电方案
常用节电技术分析
基于LTE基站的节能技术主要有6种，包括基站射频智能关断、载频智能关断、通道智能关断、符号智能关断、MBSFN子帧调整关断休眠以及PSU关断休眠等。本文主要研究其中与分场景智能节电方案相关的4种技术，这4种节电技术使用场景分析如表1所示。
一是基站射频智能关断。基站射频智能关断的技术原理是：当基站的用户数目小、基站的负载较低时，可以关闭基站射频，同时周围基站进入节能补偿模式，通过提高发射功率等一系列措施扩大其覆盖范围，以弥补节能基站射频休眠时产生的网络覆盖不足。
二是载频智能关断。载频智能关断是指当小区话务量降低到一定程度时，关闭部分载频，以降低耗电、节省开支。根据实验室测试数据，采用载频智能关断技术在话务闲时RRU能够节能20%左右。
三是通道智能关断。通道智能关断是指在某个预设时间段内，当某小区负载较低时，允许关闭该小区的部分发射通道以降低能耗。根据实验室测试数据，采用该技术可以节约15%的用电量。
四是符号智能关断。符号智能关断是指在无有效数据发射时，关闭功放电源，以此达到节能目的。该技术应用后，最多可以节省10%的耗电量。
制定分场景节电实施方案
基于前文介绍的节电技术特点，结合网络“潮汐效应”规律、不同场景网络覆盖情况、用户行为特点、网络利用率分布等因素，制定分场景多技术融合的节电方案，给出相关开启关断的组合建议，如表2所示。
探索节电门限
PRB是LTE网络分配给用户的物理资源块，PRB利用率直观反映当前小区的忙闲程度。本文以网络性能指标数据为支撑，根据网络负荷情况确定节能策略对应的触发门限、退出门限及时间窗大小。
分析网络负荷拐点。基于网络性能指标，分析一周内小区小时粒度上下行PRB平均利用率情况，确定利用率低值时间拐点及对应PRB利用率值。低值时间拐点1为一天中利用率由高变低，并趋于稳定的时间节点。低值时间拐点2为利用率由低变高，直至该节点利用率与低值时间拐点1的利用率相当，且后续利用率稳定趋高的时间节点，如图2所示。
图2 某小区24小时PRB利用率情况
设置节电技术开启参数。根据低值时间拐点对应的PRB利用率，获取节电技术开启对应的时间窗口及PRB门限。其中，节电技术开启时间窗口为低值时间拐点1到低值时间拐点2的时间窗口，具体的开启时间点门限还要结合节电技术的特点。如载频关断的激活和去激活门限要高于通道关断的激活和去激活门限，参数初始设置建议详见表3。
节电方案执行
针对不同场景精准识别判断，根据节电应用算法解析相关参数取值，自动下发参数修改指令，实时跟踪评估网络影响，并根据网络情况不断调整节电门限，实现节电智能化。节电方案执行流程如图3所示。
图3 LTE网络分场景智能节电方案执行流程
场景识别：主要是通过综合资源平台获取并识别具体场景，包括城区、农村、高铁等宏站场景，地铁、大型场馆、高校、医院、商场、写字楼等室分场景。
解析门限：以网络性能指标为支撑，通过前文所述方法，根据网络负荷情况，动态确定节能策略对应的触发门限、退出门限及时间窗口。
生成指令：建立参数与OMC指令映射表，通过自动翻译程序，将参数申请需求转化为执行脚本和回退脚本。
分级审核：指令生成后，结合指令影响网络范围，采用指令分级审核管控方式，强化网络风险防控。对于对网络影响较大的情况，指令自动生成后要经过专家审核编辑后方可激活执行；对于对网络影响不大的情况，指令自动生成后直接激活执行。
指令执行：指令经分级审核后，远程下发至OMC平台，实现参数自动修改。
结果反馈：参数修改执行完成后，实时解析呈现结果及日志明细。
监控跟踪：实时跟踪评估网络影响，并根据网络情况不断调整节电门限。
执行效果评估
节电执行效果评估体系能够全面分析评估节能效果，并根据网络情况调整节电策略，充分发挥节电效益。
在能耗监测方面，挂表测试得到的结果相对真实可靠，但本节电方案覆盖面广，全面使用挂表测试难度大。因此建议通过OMC获取性能指标“基站各单板测量累加的LTE功耗”，以观察eNodeB功耗。该指标记录的能耗是整个LTE基站的能耗，除RRU、BBU外也包括BBU内的其他单板，虽然与实际能耗有误差，但适合于对大范围节电效果进行系统评估。
在网络感知影响方面，主要通过综合业务质量KPI指标（VoLTE掉线率、LTE掉线率、VoLTE切换率、LTE切换率、VoLTE接通率、LTE接通率）、网络覆盖MR指标（MR覆盖率、MR重叠覆盖度、4G时长驻留比）、用户感知SEQ指标（时延、丢包率）进行评估。
根据节电指令执行情况，对于修改前后指标浮动4%内，建议保持当前节电策略；对于修改前后指标浮动4%~10%，我们建议继续观察分析；对于指标浮动高于10%，建议执行节能回退操作。
随着“碳达峰、碳中和”目标的确立，信息通信行业更加注重绿色低碳发展。在保障通信网络高质量建设的同时节能增效、降低成本，已然成为国内电信运营商和产业合作伙伴的共同诉求。4G与5G网络将长时间并存，LTE（4G)网络的节电策略对于5G网络节能具有重要的参考价值。随着软硬件技术的发展，将有更多更新的节电技术出现，如何统筹协调各技术间的配合，以达到在满足用户感知前提下的最优节电效果，是非常值得研究的方向。
