摘要：提出一種5G基站智能節(jié)能方案,，用于降低5G基站設(shè)備能耗,、節(jié)省5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本、實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信行業(yè)節(jié)能減排,。所提方案是基于人工智能技術(shù),，從網(wǎng)絡(luò)層面統(tǒng)一配置4G/5G基站節(jié)能策略，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)選定區(qū)域內(nèi)小區(qū)的歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),，構(gòu)建基站業(yè)務(wù)負(fù)荷預(yù)測模型,，并生成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略分別執(zhí)行各基站的節(jié)能任務(wù),。在節(jié)能任務(wù)執(zhí)行后,，基站智能節(jié)能方案將根據(jù)區(qū)域內(nèi)反饋的節(jié)能效果、網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)變化,、用戶感知質(zhì)量變化等數(shù)據(jù),，進(jìn)一步優(yōu)化節(jié)能參數(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果,。所提方案可對基站業(yè)務(wù)量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測及天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控,，并自動(dòng)生成節(jié)能策略，實(shí)現(xiàn)基于多制式網(wǎng)絡(luò)智能協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域級(jí)智能節(jié)能,，使節(jié)能策略能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化,。

 

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信基站; 霍爾傳感器; 電力儀表;節(jié)能方案;

 

　　隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模逐年增加，通信設(shè)備對能源的需求與日俱增,，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的能耗在運(yùn)營商的運(yùn)營成本(OPEX,Operating Expense)占比已高于15%,。經(jīng)過5G試商用網(wǎng)絡(luò)的測試驗(yàn)證，5G單站功耗是4G單站功耗的3～4倍,，運(yùn)營商面臨基站設(shè)備能耗大幅增加OPEX費(fèi)用的運(yùn)營壓力,。當(dāng)通信行業(yè)邁入5G時(shí)代，通信設(shè)備的智能節(jié)能對降低5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本,，實(shí)現(xiàn)通信行業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義,。

　　傳統(tǒng)的基站設(shè)備節(jié)能方案依賴于主設(shè)備廠家在硬件、軟件等產(chǎn)品設(shè)計(jì)和持續(xù)優(yōu)化能力。硬件方案,，新設(shè)備可以通過使用新工藝,、新材料、新設(shè)計(jì)等創(chuàng)新技術(shù)方案,，實(shí)現(xiàn)降低設(shè)備硬件的基本能耗,。軟件節(jié)能方案，通過智能符號(hào)關(guān)斷,、休眠,、通道關(guān)斷等軟件功能，在某些場景下實(shí)現(xiàn)降低基站能耗,。硬件方案受限于器件,、工藝的發(fā)展情況。軟件方案已支持單站的節(jié)能策略的配置,，更需要綜合考慮節(jié)能策略,。

　　隨著5G網(wǎng)絡(luò)智能化、云化架構(gòu)的發(fā)展趨勢,，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù),、人工智能技術(shù)等技術(shù)方案，5G網(wǎng)絡(luò)智能能耗管理可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能策略智能化選擇,、參數(shù)配置自動(dòng)化,、效果評估化，從而達(dá)到運(yùn)行效率綜合節(jié)能效率的“雙優(yōu)目標(biāo)",。

 

　　為了滿足5G豐富的業(yè)務(wù)場景的要求,，3GPP R15規(guī)范定義了NR新空口標(biāo)準(zhǔn)，對5G基站設(shè)備的硬件能力,、軟件功能等都提出更高要求,。例如，5G基站需要支持更大帶寬,，在Sub 6 GHz頻段支持100 MHz帶寬,，毫米波頻段支持400 MHz至800 MHz帶寬，大帶寬對軟件,、硬件處理能力要求更高,，5G基站的功耗需求也更大。

　　5G有源天線處理單元(AAU,Active Antenna Unit)與傳統(tǒng)的4G射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU,Radio Remote Unit)設(shè)備有很大差別,，例如AAU內(nèi)部集成了天線陣列,、支持高達(dá)64個(gè)射頻通道以及部分基帶功能等，這些使得AAU內(nèi)部在功放模塊,、數(shù)字基帶,、收發(fā)機(jī)等器件的功耗數(shù)值和功耗占比都有較大幅度增加。此外，AAU的功耗還要考慮時(shí)鐘模塊,、電源模塊、濾波器等其它模塊增加的熱耗,。根據(jù)5G基站功耗的測試數(shù)據(jù)分析,，基站設(shè)備中AAU設(shè)備(64T64R AAU)在5G基站設(shè)備總能耗占比約90%，提高AAU的能效水平可降低單站總能耗,。

　　基站設(shè)備功耗包括靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗,，如圖1所示。目前,，5G基站設(shè)備基礎(chǔ)功耗平均占比58%,，動(dòng)態(tài)功耗平均占比42%?；镜撵o態(tài)功耗與基站設(shè)備硬件有關(guān),，可以通過硬件平臺(tái)升級(jí)來降低設(shè)備的基礎(chǔ)功耗?；净A(chǔ)功耗的降低手段包括基帶資源共享,、器件動(dòng)態(tài)關(guān)斷、AAU設(shè)備快速喚醒等硬件節(jié)能方案,，主要依靠主設(shè)備廠家不斷演進(jìn)硬件工藝,、提高集成度來完成。動(dòng)態(tài)功耗(主要是AAU設(shè)備功耗)隨業(yè)務(wù)負(fù)荷波動(dòng),，功耗變化與AAU設(shè)備業(yè)務(wù)負(fù)荷(業(yè)務(wù)量)變化相關(guān),，通過軟件功能優(yōu)化可提高動(dòng)態(tài)能耗的利用率。軟件功能節(jié)能方式包括符號(hào)關(guān)斷,、通道關(guān)斷,、載波關(guān)斷、小區(qū)休眠,、電源管理等,。本文主要從軟件節(jié)能方案角度出發(fā)，通過AI算法預(yù)測忙閑時(shí)段的業(yè)務(wù)量,，智能化設(shè)定不同基站的節(jié)電時(shí)間,、節(jié)電方式，控制空閑基站的耗電量,。

 

　　傳統(tǒng)的軟件節(jié)能方案主要依賴于話務(wù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn),，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、跨網(wǎng)絡(luò),、靈活智能的節(jié)能管理天候跨網(wǎng)絡(luò)智能化節(jié)能,，管理效率與節(jié)能小區(qū)數(shù)量成反比，管理難度高、節(jié)能效果欠佳,。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能大幅提升及AI技術(shù)的日益成熟,，智能節(jié)能技術(shù)將解決節(jié)能方案的實(shí)現(xiàn)瓶頸，可通過在網(wǎng)管系統(tǒng)增加AI模塊用于智能節(jié)能控制,，實(shí)現(xiàn)4G/5G多制式網(wǎng)絡(luò)智能協(xié)同,，支持網(wǎng)絡(luò)區(qū)域級(jí)、單基站,、單扇區(qū)不同顆粒度的智能節(jié)能,，并且達(dá)到實(shí)時(shí)、靈活的基站能耗管理目標(biāo),。

　　基站智能節(jié)能方案主要通過自動(dòng)采集4G/5G基站的業(yè)務(wù)量,、性能數(shù)據(jù)、工參數(shù)據(jù),、運(yùn)行指標(biāo),、告警數(shù)據(jù)、B域數(shù)據(jù)等,，按場景,、區(qū)域、基站性質(zhì)對基站進(jìn)行分級(jí)管理,，利用AI算法對歷史業(yè)務(wù)量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,，通過業(yè)務(wù)量模型對基站進(jìn)行業(yè)務(wù)預(yù)測，根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測結(jié)果為基站制定差異化的節(jié)能策略,，自動(dòng)生成節(jié)能任務(wù)通過指令下發(fā)基站,，在業(yè)務(wù)空閑時(shí)實(shí)施符號(hào)關(guān)斷、通道關(guān)斷,、載波關(guān)斷,、小區(qū)休眠、電源關(guān)斷等操作,，在業(yè)務(wù)高峰時(shí)則自動(dòng)將節(jié)能模式切換為正常模式,，從而達(dá)到天候、跨廠家,、多網(wǎng)協(xié)同的系統(tǒng)級(jí)節(jié)能效果,。

　　2.1 數(shù)據(jù)采集與分析

　　數(shù)據(jù)采集需要按照基站業(yè)務(wù)過程、信令交換原則等,，通過對接不同的數(shù)據(jù)來源庫,，以一定粒度獲取需要的數(shù)據(jù)源，包括PM,、MR,、工參,、基站配置等數(shù)據(jù)。然后,，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取解析,、關(guān)聯(lián)匯聚，將原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到節(jié)能方案所需的數(shù)據(jù)庫表格中,。另外,，需要對數(shù)據(jù)的規(guī)模進(jìn)行探索分析，對不同規(guī)模的數(shù)據(jù)采取不同的存儲(chǔ)方式和處理工具,。為了方便后續(xù)為基站節(jié)能提供支撐服務(wù)，需要通過各種技術(shù)手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織或分析,，包括缺失數(shù)值的處理,、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,、數(shù)據(jù)降維等,。

圖1 基站功耗分析示意圖

　　數(shù)據(jù)采集和分析的過程中需要建立數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和監(jiān)控體系。在數(shù)據(jù)采集之后,，需對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評估,，確定數(shù)據(jù)的可用性，以免因數(shù)據(jù)質(zhì)量問題影響后續(xù)節(jié)能策略的分析,。在數(shù)據(jù)處理的過程中需要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理的步驟,、時(shí)間等，避免因數(shù)據(jù)處理過程的中斷或錯(cuò)誤導(dǎo)致后續(xù)節(jié)能分析的錯(cuò)誤,。

 

　　基站智慧用電云平臺(tái)通過對5G宏站和室分站點(diǎn)加裝交/直流智能監(jiān)控設(shè)備,、無線采集設(shè)備以及系統(tǒng)管理平臺(tái)，完成夜間無業(yè)務(wù)時(shí)段的下電操作,，減少電能消耗,，降低運(yùn)營成本支出，以及提升通信設(shè)備供電線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測保護(hù)功能,；系統(tǒng)后臺(tái)對存儲(chǔ)的供電線路歷史電氣性能數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理,、匯總、分析,，找出故障原因,，給出解決建議對策，減少后續(xù)同類故障的發(fā)生率,，提升供電線路運(yùn)維管控能力,。

 

平臺(tái)架構(gòu)圖

　　Acrel Cloud-6000 5G基站電氣監(jiān)控云平臺(tái)軟件人機(jī)界面友好，擁有數(shù)據(jù)匯總,、系統(tǒng)體檢,、分析報(bào)告,、能耗統(tǒng)計(jì)、能耗報(bào)表等功能,。

 

　　顯示基站的設(shè)備詳情和設(shè)備在線失聯(lián)狀態(tài),；

　　顯示具體設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史曲線供查詢；

　　提供分合閘功能供用戶對儀表進(jìn)行操作,；

　　提供參數(shù)設(shè)置功能,，用戶能對儀表內(nèi)置的報(bào)警值和保護(hù)開關(guān)等進(jìn)行操作。

 

　　對不同的基站設(shè)置不同的分合閘策略,，下發(fā)周期可以按照年~月~周~日來進(jìn)行選擇,，提供下發(fā)命令的日志供用戶進(jìn)行查詢。

　　對設(shè)備可以設(shè)置對應(yīng)的進(jìn)線和出線關(guān)系,，來對每一個(gè)基站的使用功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,，可以分析基站的使用負(fù)載。從而可以分析不同區(qū)域的基站使用情況,。

　　對各個(gè)基站的溫度進(jìn)行設(shè)置,，當(dāng)溫度高于范圍內(nèi)，會(huì)開啟空調(diào),，其實(shí)時(shí)間會(huì)關(guān)閉空調(diào),。

 

 

　　DTSD1352 - xSyD系列導(dǎo)軌式多回路電力儀表主要用于多個(gè)三相回路的全電參量測量可同時(shí)接入x個(gè)三相回路、y個(gè)單相回路的電流輸入,?？芍苯踊蜷g接測量電壓電流、功率,、功率因數(shù),、相角、不平衡度,、諧波等參數(shù),。

　　具體功能如下：

　　●x路三相和y路單相回路全電參量測量，電流互感器外置,；

　　●監(jiān)測各相電壓/電流,、零序電流、頻率,；

　　●監(jiān)測各相功率,、總功率（有功、無功,、視在）,；

　　●監(jiān)測各相功率因數(shù)、總功率因數(shù),；

　　●監(jiān)測電壓/電流相角,、電壓/電流不平衡度,；

　　●監(jiān)測電壓、電流總諧波及2-31分次諧波,；

　　●當(dāng)月和上月的電壓,、電流、功率極值記錄,；

　　●電流,、功率需量和實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率需量,；

　　●200條事件記錄,，記錄DIDO的動(dòng)作情況；

　　●支持過壓,、過流,、斷相、DI聯(lián)動(dòng)等報(bào)警輸出,；

　　●4時(shí)區(qū)14時(shí)段的費(fèi)率設(shè)置；

　　●四象限電能,，12個(gè)月復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì),；

　　●31天四象限和復(fù)費(fèi)率電能凍結(jié)，正反向電能計(jì)量,；

　　●兩路無源開關(guān)量輸入,、兩路開關(guān)量輸出、RS485通訊,；兩路有源開關(guān)量輸入,，用于識(shí)別油機(jī)和市電接入。

 

 

 

　　AMC16-DETT 基站直流電能計(jì)量模塊主要是針對有共享需求,，且開關(guān)電源無分用戶電量計(jì)量功能的基站而

　　設(shè)計(jì)的,。儀表可進(jìn)行六個(gè)回路的直流電的計(jì)量，自帶電源給霍爾傳感器供電,，同時(shí)可通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)零漂校準(zhǔn),，具有遙測、遙信,、遙調(diào),、實(shí)時(shí)電量計(jì)量、供電質(zhì)量異常告警,、信息存儲(chǔ)及處理,、信息交互等功能。直流電能計(jì)量模塊可計(jì)量三家運(yùn)營商的直流用電量,，提供基站節(jié)能詳細(xì)的數(shù)據(jù)依據(jù),，為直流配電設(shè)備提供可靠的分項(xiàng)計(jì)量解決方案,。

　　模塊具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口,采用 YD/T1363.3-2014協(xié)議，符合中國鐵塔有限公司 Q/ZTT2205-2017《基站直流電能計(jì)量模塊技術(shù)要求》相關(guān)技術(shù)要求,。

　　●監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)時(shí)間,、總電壓、輸出總電流,、總功率,、總電能、各分路電壓,、各分路電流,、各分路功率、各分路電能,；LED指示燈顯示,；RS485通訊

　　●計(jì)量：起動(dòng)電流：額定電壓下，計(jì)量模塊的負(fù)載電流值在不超過電流1%時(shí),，模塊啟動(dòng)潛動(dòng)電流：當(dāng)計(jì)量模塊的電流線路中無電流,，加于電壓線路上的電壓為額定值的85%～125%時(shí)，模塊計(jì)算器不應(yīng)有1個(gè)以上的數(shù)字變化,；

　　●報(bào)警：直流電壓輸出過低告警,、直流電壓輸出過高告警、一次下電告警,、模塊失壓告警,、計(jì)量支路錯(cuò)誤告警、內(nèi)部程序錯(cuò)誤告警,、時(shí)鐘錯(cuò)誤告警,、存儲(chǔ)器故障告警、交流輸入停電告警,；

　　●校時(shí)：支持廣播校時(shí),，可通過RS485通信接口對計(jì)量模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程校時(shí)；

　　●存儲(chǔ)：有歷史電能數(shù)據(jù)和歷史告警信息的存儲(chǔ)功能,，內(nèi)存為2MB,。

 

 

　　安科瑞5G基站配電解決方案，通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)零漂校準(zhǔn),，具有遙測,、遙信、遙調(diào),、實(shí)時(shí)電量計(jì)量,、供電質(zhì)量異常告警、信息存儲(chǔ)及處理,、信息交互等功能,。為基站節(jié)能提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)依據(jù),，為直流、交流配電設(shè)備提供分項(xiàng)計(jì)量解決方案,。

 

[1] 李露,李福昌,曹亙,呂婷.5G基站智能節(jié)能方案研究.

[2] 孟一翔.移動(dòng)通信基站節(jié)能減排技術(shù)研究[D].上海：上海交通大學(xué),，2012.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版

 

繆俊輝，男,，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司,，主要從事新建5G基站配電的研發(fā)與應(yīng)用。