摘要：笔者主要从5G超密集网络概述出发，并且阐述了基站节能技术，旨在为本行业提供有效的参考与借鉴。
关键词：5G超密集网络；基站节能关键技术
一、5G超密集网络概述
1.超密集网络（UDN）的定义
超密集网络 UDN（Ultra Dense Network）作为 5G的关键技术之一，将为网络数据流量爆炸式增长和终端连接问题提供有效解决方案。超密集网络由承担基础覆盖的宏基站和负责热点覆盖的微小区、微微小区、家庭基站等多种类型的低功率接入点组成。
5G 无线网络中，支持无线传输技术的低功率接入点的部署密度将达到现有站点部署密度的 10 倍以上，接入点间的距离达到 10 米左右，激活用户数和接入点数将达到同一数量级甚至达到 1：1 比例，形成超密集异构网络。
2.宏－微部署场景
在５Ｇ超密集网络宏微协同覆盖的场景下，提出了控制承载相分离的网络架构，主要思想是将控制信令的覆盖范围与数据覆盖相分离，这样可以使数据覆盖灵活地随着业务负载的动态变化而改变。在HCN中，宏基站和小基站所承担的任务有所不同。如图1.1所示，通常情况下SBS用来提供高数据速率传输，而MBS用来保证网络覆盖、和提供低数据速率业务。因此，每个UE都会接入MBS层，然后根据UE的业务类型来选择数据服务基站。例如，如果用户进行视频通话，由于所需要的数据速率比较高，就会同时接入MBS和SBS。用户进行语音通话时，只需要连接SBS。
图1.1 HCN架构
基于双连接的5G超密集组网架构中，UE根据自身业务类型选择接入方式，可以灵活部署小基站。在HCN中，宏基站充当SBS间的接入集中式控制器，负责无线资源的管理、小范围移动性管理等。HCN网络具有如下优势：
（1）提髙资源利用率
在此种网络架构中，宏基站充当SBS间的集中控制模块，可以对资源进行优化控制，比如可以对SBS间的干扰进行协调管理，可以通过资源优化算法控制SBS的接入选择，控制SBS的打开／关闭等，从而提升网络容量和资源利用率，改善系统的能效。
（2）提升移动性能
由于SBS-直处于MBS的覆盖范围下，UE始终和MBS保持连接，SBS仅仅提供用户面连接，此时终端在SBS之间的移动切换就是SBS进行添加、修改、释放的过程，避免了频繁切换带来的核心网信令增加。同时，由于UE与MBS持续连接，可以保证部分低速率数据业务的传输能力，这样就可以保证用户在频繁切换过程中的良好体验。
二、基站节能技术
1.基站设备级节能
设备级节能的主要思想是针对基站的组成设备进行节能考虑。分两部分进行：
（1）硬件层面：主要在硬件电路的设计上对现有的部分设备进行合理改进，提尚设备对能量的利用率。
（2）在软件层面，通过对现有的通信协议进行扩展，引进节能思想，实现对部分设备的动态控制，尽量减少各部分设备的能量消耗。基站中的功率放大器约消耗基站65%的能量，但是功放的效率并不高，因此提高基站的功放效率对减少基站的能源消耗意义重大。基站休眠技术是一种有效的节能技术，它主要的工作原理为：考虑到基站在无负载或负载较低的情况下，仍处于满功率工作状态，因此可以考虑基站在低负载或无负载时，将基站的一些主要功耗设备进行智能关闭和开启，从而可以有效减少基站的功耗。分布式基站技术的设计原理是把传统宏基站中的基带处理单元和射频处理单元两部分进行分离，二者通过光纤相连，从而降低建设维护成本，减少能量消耗，提高效率。
2.基站间协作节能
处于低负载的基站进行休眠后，其覆盖范围内的用户可以进行垂直卸载到宏基站，也可以水平卸载到相邻基站，由相邻基站进行补偿，基站之间通过这种协作的方式在保证服务质量的前提下降低能耗。
基站间的协作节能主要通过小区缩放（Cell Zoommg）技术和自组织网络技术来实现。自组织网络中的各个网络节点具有一定的自主智能控制功能，通过相互之间的协作，实现网络拓扑结构的动态调整，从而使得网络的性能达到最优的状态。Cell Zoommg技术也叫蜂窝聚焦技术，本质就是根据网络中的实际负载情况动态地对小区覆盖范围进行控制，该技术可以用来均衡负载及降低系统能耗。
3.小区缩放技术
小区缩放的过程是由相关应用在网关或者基站端的虚拟服务器来控制的，整个流程如下：
步骤1：小区缩放服务器通过专门的控制信道对网络负载、信道、业务类型等基本的网络状态信息进行感知。
步骤2：待小区缩放服务器将上述基本的网络状态信息全部收集后，对信息进行整合、计算并分析是否实行小区缩放策略，并做出决定。如果小区缩放服务器决定对小区进行缩小或扩张，必须联合周围的基站进行联合覆盖。
步骤3：通过一些具体的技术来实现小区缩放。主要包括物理调整、基站协作、中继传输、基站休眠等。如图2.1所示。
图2.1 小区缩放手段
（1）基站协作
基站协作是将多个基站划分为同一个簇中，通过基站间协同处理技术，对基站间的千扰进行消除，处于同一个簇中的基站可以通过相互协作来扩大覆盖面积，如图2.1（b）所示。从外界UE来看，基站形成的簇就相当于一个覆盖面积比较大的新的小区。而覆盖面积就是协同基站覆盖面积的叠加。
（2）物理调整
所谓的物理调整就是指通过调整网络设备的相关参数来实现小区的缩小或者扩张。如图2.1（a）所示，可以通过增大或减小基站的发射功率调节小区的覆盖范围，通过调整基站的高度或者天线的倾角同样也可以达到小区缩放的目的。但是这些调整要有外界条件的支撑，比较机械化。
（3）中继传输
在蜂窝网络中，处于小区边缘的用户往往因为接收信息功率太小或者是小区干扰太严重导致服务质量不好，常常采用部署中继站的方式提升小区边缘用户的业务性能。图2.2（b）展示了小区可以通过中继传输来扩大覆盖范围。另外，中继站还可以放置在两个邻居基站中间。这样，我们可以将一些边缘用户业务从负载较高的小区中继到负载较低的小区中，表现为缩小前者小区覆盖范围，扩大后者覆盖范围。
（4）基站休眠
当一个基站运行在休眠模式时，可以关闭空调、风扇等其他耗能设备，这可以大幅度的降低系统能耗。在这种情况下，工作在休眠模式下的小区相当于将覆盖面积缩小至零，而它的邻居小区则需要扩大覆盖范围以保证整个网络的无缝覆盖。
参考文献：
[1]李超.5G超密集网络基站节能技术浅究[J].低碳世界，2017（12）
[2]5G移动通信超密集网络（UDN）技术研究[J].资源节约与环保2018（16）
[3]谢健.试析移动基站的节能技术[J].建筑学研究前沿，2017（5）
论文作者:张万昆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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