5G时代的到来改变了人类社会的生产和生活方式，但5G基站AAU的高功耗问题也不容忽视。目前，华为、中兴、爱立信等主流设备在4G网络设备中的AAU功耗远高于RRU，大大增加了运营商的运营成本。运营中的通信网络资源由于承载业务的不均衡而没有得到充分利用，甚至部分网络资源处于空状态。
同时，在5G网络中，由于AAU本身的特性，一些站点的垂直维度，尤其是高垂直维度的小区层资源难以得到充分利用，导致单个小区内部分资源利用率较低，甚至出现空的负载。当前，在全社会倡导增本增效的环境下，如何降低5G网络的能耗成本，保证网络资源的高效运行，对运营商的可持续发展具有重要意义。
本文从关闭AAU天线通道、网络中潮汐区域节能方案、增强网络覆盖、合理设置网络切换区域四个方面探讨5G网络如何更有效地实现节能。网络节能后，用户可以有良好的网络体验，充分利用5G网络资源。
5G网络节能方案的实施
基于信道关闭的5G基站AAU节能方案
AAU通道关闭有两种情况:通道完全关闭和通道分时段关闭。
首先，通道是完全封闭的。以5G网络建设中常用的64通道AAU为例。5G网络可以监控每个通道的流量负载。如果流量低于某个阈值，就会启动该通道的全迁移尝试，尝试将原本由该通道承载的流量迁移到相邻通道。邻信道是否接收取决于其自身信道的业务负载限制。同时，由于AAU波瓣的自恢复能力，信道关闭对AAU覆盖性能的影响可以忽略。
基于AAU信道全闭方案的流量迁移算法流程图如图1所示:设置64个信道的AAU中的一个信道为Tk，Tk信道承载的流量M，Tk-1信道承载的流量O，Tk+1信道承载的流量P；L lt；Tk信道承载流的最小阈值是L，最大阈值是H，其中L
图1 AAU信道流量迁移算法流程图
第二，渠道是被时间封闭的。当5G网络的AAU检测到应该发送部分下行信号或上行信号，但没有数据发送时，关闭PA以节省PA的静态功耗。一旦AAU检测到信号被发送，PA立即返回正常状态。以下线信号传输为例，具体5G网络中AAU正常状态和节能状态对比如图2所示。
图2 5G网络中AAU正常状态和节能状态对比
潮汐地区5G网络节能方案
所谓潮汐区，是指5G网络在不同时间段的流量负荷是不一样的，潮汐现象在城市的CBD区域和商业街区比较明显。这些地区的共同特点是白天人流量大，网络负载大，晚上人流量小，网络负载小。
区域潮汐5G网络节能主要关注潮汐区域的网络结构和网络运行时各扇区的流量承载能力。通过对5G基站各扇区流量负荷的日常监测，网络可以通过以下方式节能，即如果A扇区承载的流量发生>:B扇区承载的流量，B扇区承载的流量可以完全迁移到A扇区，同时A扇区同意迁移，那么B扇区的睡眠模式启动。此时同步调整A扇区的网络参数，保证B扇区承载的所有流量能够足够数量的迁移驻留在A扇区。此外，基于相邻5G基站中最近的两个扇区，完成扇区A和扇区B的流量迁移。
5G基站各扇区流量迁移的具体实现如图3所示:gNB3基站三个扇区向周边基站的流量迁移方向如箭头所示，接收gNB3基站流量的基站gNB2、gNB4、gNB5可以完整接收gNB3三个扇区的流量；GNB3基站完成流量迁移后启动睡眠或关闭模式，暂时退出网络运行。
图3 5G基站各扇区流量迁移示意图
由于5G网络具有自我优化的能力，网络参数的设置可以自我配置，自我动态实现。从某种意义上来说，B扇区是一个只用于承载能力的扇区。它在高流量和高网络负载时打开，在低流量和低流量时关闭。节点时间的选择以不引起5G网络各扇区拥塞预警为前提。
提高5G网络覆盖，降低网络能耗。
网络覆盖质量主要影响5G网络系统中控制信道信令的开销。在5G网络覆盖差的情况下，终端需要不断检查网络信道，导致信息传输速率大打折扣，信令开销增加，会导致系统能耗增加。此外，网络导频信号设置不合理可能会造成终端的乒乓切换，增加网络不必要的信令开销，无法完成业务信道的正常数据传输。
5G基站的控制信令主要是RRC建立过程。这两个信令过程之间的区别在于，只有激活了接入层安全性的终端才能发起重建过程。如果有上下文并且验证通过，则重建成功，否则，根据图4完成RRC的重建。
图4 5G基站RRC信令流程
图5 5g基站RRC信令流程
无论是通过图4的流程还是图5的流程在5G网络和终端之间建立RRC连接，在传输指定长度的消息时，如果网络的覆盖性能不足，终端和网络需要多次尝试RRC连接建立链路，导致网络资源增加，主要是信令开销，网络能耗增加。
5G网络覆盖的提升可以从以下几个方面来实现:优化5G网络的无线参数，如调整AAU设计参数如悬挂高度、倾角、方向角等来提升网络覆盖；充分利用5G网络特有的覆盖增强技术，提高覆盖能力，如在网络上行方向引入低频，增强网络上行覆盖能力；网络的覆盖性能也可以通过合理使用波束成形技术来增强。
设置合理的网络切换区域，降低网络能耗。
网络切换区域的设置主要影响用户选择的住宅小区。当终端向信号质量好的目标小区发起切换请求时，如果切换门限设置不合理，必然会影响终端无法及时停留在质量好的目标小区，终端仍然会停留在质量差的小区。这会导致终端不断检查网络信道质量，增加5G网络的信令开销，进而增加能耗。
5G网络切换的信令流程如图6所示。如果终端发起切换请求，由于切换参数设置不合理，原5G基站无法及时切换到目标小区，并且由于信道质量差，终端的切换请求一直在原小区进行，导致系统中不必要的信令交互，增加资源消耗，进一步增加网络能耗。
图6 5G切换流程图
5G网络中切换区域的合理设置可以从以下几个方面实现:合理设置切换邻区，合理控制5G网络中各个基站的覆盖范围，保证邻区重叠区域最优；设置合理的切换门限和切换完成时间，保证终端能够及时停留在网络质量最好的目标小区。
5G网络节能综合分析
基于AAU信道关闭的节能方案比较容易实现，对网络的影响是信道关闭影响扇区的波瓣宽度，从而影响扇区边缘的覆盖，最终影响用户在小区边缘的速率体验。如果64通道的AAU在垂直维度的上半部分长期流量负载较低，可以考虑更换为32通道或8通道等较低通道的AAU，实现网络节能。
5G网络潮汐区节能方案效果最为明显，但对网络结构影响相对较大，对5G网络参数的自优化和配置能力要求较高，不仅涉及一般参数的调整，还涉及邻区和切换门限的调整。
提升5G网络的覆盖能力，最好不要加基站。这个方案相对容易实施。首先，通过调整工程参数来完成。其次，通过选择覆盖增强技术并在必要时适当调整基站的发射功率来实现。
5G网络切换区域的合理设置主要涉及切换邻区和切换门限的设置，相对容易实现。只要5G网络结构变化不频繁，快速完成切换区域设置后，就不需要频繁调整。
基于对5G网络节能方案的研究，从关闭AAU通道、潮汐区域节能、网络覆盖能力提升节能、网络切换区域节能合理设置四个方面进行了探讨。如果综合运用以上四种节能方案，效果会更好。此外，涉及潮汐区域的网络节能方案还可能涉及区域内站点间的协调，尤其是参数间的协调调整，对5G网络的自优化、自配置能力提出了极大的挑战。
当然，5G网络的节能是建立在不降低用户对网络感知的前提下。只有这样的节能，才能实现良好的用户感知和运营商的共赢。
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