面向5G-A 6G的无线网节能技术

1面开展了大量卓有成效的探索与实践，5G基站功耗相比建网初期下降超三分之一。面向5G-A和未来6G，无线网络需要提供更立体的覆盖、更智能的网络和更丰富的应用，对网络能耗和运营提出更高挑战。本文从“设备级、网元级系统级”三级节能体系出发，介绍了5G-A和6G无线网节能ICT产业自身面临节能减排压力，随着5G基站和数据中心的规模发展，无论碳排放总量和强度都是严峻挑战；另一方面，ICT产业承担着科技创新、产业引领、数字减碳的重要任务，5G作为新基建之首对实现全社会绿色低碳作用尤2过去几年，中国移动与产业合作伙伴在节能降耗方面开展了大量卓有成效的探索和实践，5G基站功耗相比建网初期下降超三分之一，节能效果显著。未来移动通信网络需要提供更立体的覆盖、更智能的能力以及更丰富的应用统级节能，其中设备级重点从器件、硬件设计开展硬件节能方案研究；网元级主要从亚帧、通道关断及休眠等方面开展软件节能方案研究；系统级节能重点从新型网络架构新算法研发更高效的芯片和功放等设备，保证入网设备的3未来6G网络将融合通信、感知、AI、计算等多种能力于一体，因此对底层硬件处理器的高性能、低功耗要求越来越高。处理芯片的功耗是重要的关键指标之一。集成度将持续演进，通过超高集成度的基带及数字中频芯片，配合超高集成度的模拟射频前端芯片，不断优化电路设计和相关算法，可降低6G基站整机功耗。此外，芯片架构改良也可以改善功耗。近年来，越来越多基站采用加速器，与功放功耗占基站功耗的60%，在未来更大带宽的需求下，功放功耗将进一步增加。因此，降低功放的能耗将对降低具有功率和效率方面的明显优势，以此为基础的功放管得的支持，但功放效率面临挑战。锗化硅(SiGe)将作为100-4新型化合物半导体材料磷化铟(InP)等具有高速率的显著优在架构方面，Doherty架构设计简单且成本低，在额定功率下可以保持较高的功放效率，但随着输出功率下降，功放效率逐渐下降。未来6G需要根据场景进行架构选择，型架构并存。在此基础上，可考虑使用更小、更密集的小管芯代替传统的大管芯，实现多级多路架构，提升功放效率。针对低负荷下功放的效率下降问题，可考虑管芯的按需自适应开启，在低负荷下开启少量管芯，减少功放饱和在算法方面，功放动态调压是提升功放效率的关键技5术。传统包络跟踪技术(ET)是供电电压跟踪信号包络同步变化，但对硬件挑战巨大。分级动态调压技术，采用分级可变电压模式，实时跟踪基站业务量，根据发射功率大小对供电漏压进行自适应控制，使不同负载下功放效率均达面向运营网元能效最优，需要系统研发时域域、功率域等网元级节能技术，在保证用户业务体验的同时，实现具体网元业务流量与能效精细匹配，提升网络整亚帧静默：中低负载场景下，基站检测到部分下行亚帧（符号）无数据发送时关闭功放等射频硬件，降低静态6在亚帧静默技术基础上，提出集中调度技术，提升空闲符号占比，可进一步提升节能效果。集中调度是基站将有效数据在部分下行亚帧（符号）上尽量集中，以增加连续关闭功放等射频硬件的时长，进一步提升节能效果。可结合业务感知和识别能力，针对不同业务的时延和速率需求，进行差异化集中调度，在保障业务体验的基础上提升集中调度技术是将分散的业务集中到一个时隙进行调度，数据传输时延会有所增加，基于此提出帧内集中调度技术，即在每个时隙调度周期内（帧内）进行符号级业务7休眠技术：低负载场景下，基站关闭AAU/RRU功放、收发信机等模拟器件和数字中频器件，大幅降低功耗。基站休眠技术根据关闭深度不同，又分为浅层休眠、深度休眠和极致休眠。关闭的器件越多，节能增益越好，但从休眠状态恢复时间也越长，需结合业务需求选择合适的休眠技针对传统浅层休眠技术从休眠状态恢复时间约30秒，如遇突发业务无法及时唤醒而影响用户感知的问题，实现了亚秒级浅层休眠，通过硬件架构及软件配置优化，控制8针对传统极致休眠仅支持定时唤醒，无法感知业务变化进而影响用户体验的问题，提出基于业务唤醒的极致休力的基础上，BBU可根据实时业务情况控制AAU/RRU休眠与100M实现三载波聚合，构成260M超大带宽，可大幅提升网络连接速率，有力保障裸眼3D、XR云游戏、高清直播等高9设备能耗。节能功能方面，支持频段级节能，通过2.6G和4.9G独立器件按需休眠，获取灵活关断增益；并支持休眠深度自适应调整，当所有频段均满足休眠条件，自动生效通道静默：在中低负载场景下，通过关闭（或休眠）部分射频通道，以降低功耗；静默或开启的时间颗粒度为秒级。传统通道静默技术对网络覆盖有一定程度的影响，下行需通过Powerboosting补偿广播信道覆盖，且静默的TTI级通道静默是基站每个TTI/slot根据业务量的变化，判断通道静默生效状态（不静默、静默50%、静默），下行功率控制：在中低负载场景下，基站根据各终端的无线信道环境及业务需求分别调整下行信道发射功率，在保证用户感知不下降的前提下，减小基站对于信道质量3GPP引入了基于多CSI的自适应功率回退机制，基于一套CSI-RS配置，引入多套CSI上报，分别对应多套功率回退配置的CSI-RS。在有业务传输时，基站可以根据CSI此外，未来6G网络中基站的部署将更加密集，可结合站间能耗、干扰等情况，在满足覆盖的基础上自适应调整同节能、智能化节能等系统级节能技术，实现能源的全时极简基站（C-RAN）：存量基站设备可进行C-RAN集中化、配套轻量化改造，通过频率极简、设备极简和机房极简，降低空调耗电与设备能耗。同时基于现网中的不同组频率极简：多制式RRU合并，退频退RRU。精简频段数量，按照覆盖层、容量层连续覆盖规划频点，机房极简：多电源室外化，引入室外电源、刀片电为满足未来网络中用户不同的体验诉求，未来6G网络将支持更多的频段。由于无线电波传播特性导致高频段小区覆盖范围有限，高频小区部署走向超密集化，传统的蜂窝组网方式会带来能耗的急剧增长，需研究绿色节能的新超蜂窝组网：超蜂窝组网通过合理的控制与数据分离，实现高低频有机协同，通过低频的信令小区实现广域的覆盖，中高频的数据小区实现网络按需的数据传输，结合对业务需求的感知，按需开启和关闭数据小区，实现网络能无蜂窝组网：面向未来流量更加广域分布、现场接入需求更加迫切的要求，6G网络的大规模MIMO形态将由式规划向分布式转变。无蜂窝网络以用户为中心，部署多个分布式接入点以及一个与所有接入点相连接的中央处理单元，通过中央处理单元的集中信号处理，广泛分布的接入点可实现高水平协作。通过对网络资源进行灵活编排和按需使用，最大程度利用网络设备的计算及通信能力，有中频段、毫米波、太赫兹、可见光等全频段资源相互协同深度融合的网络，可基于多频段的动态互补满足多样化的场景需求。以能效/能耗为约束优化网络结构和流量分布，根据不同频段的能效特征和业务承载能力，结合终端能力和业务需求，制定用户接入和迁移策略，提高网络整体能基于内生AI技术，6G将从网元智能节能和网络智能节能两个方面持续探索时域、频域、空间和功率域多维度的资源管理，通过更精准高效的业务预测，合理配置并不断网元智能节能：以拓展节能空间、保障用户体验为目标，通过灵活资源编排与节能技术调度实现最优资源利用例如，利用智能化的业务感知能力，识别短视频、语音等不同业务类型及其数据特征，与攒包调度、通道静默等节能技术相结合，制定差异化调度策略，实现业务体验和节能增益的最佳平衡。利用智能化的场景感知能力，识别电力业务、工业控制等不同场景类型及其网络要求，实现时网络智能节能：具备全域协同能力，面向多场景、多制式、多频段、多节能技术形成最佳节能策略，实现网络能耗、网络性能和业务体验多目标优化。例如，基于话务模型、工参、MR等指标进行小区簇识别，针对不同小区簇制定节能和性能目标，通过区域联合自学习不断迭代优化生成匹配流量分布的最佳网络参数配置策略。在多频组网场景下，通过智能化的网络能效评估和业务预测能力，将绿色低碳已成为无线网可持续发展的必然要素，