TD-LTE網絡節(jié)能技術

1、1lTD-LTE基于OFDMA技術，峰均比比較高，無線指標對功放非線性特征敏感，功放額定功率距離峰值功率較遠，功率效率的提升需要采用創(chuàng)新硬件技術lLTE基于一定發(fā)射功率下完成最大吞吐量的指標而設計，目前需要對功率高效利用的系統(tǒng)設計l3GPP已進行LTE節(jié)能相關的工作，R10/R11/R12分別成立了對應的研究項（SI/WI）推進LTE節(jié)能相關技術的研究lTD-LTE網絡已進入大規(guī)模部署階段，隨著設備基本功能的逐漸完善，提高設備和網絡運行效率，逐漸成為研究焦點l預計2015年2G基站耗電量占比為61.1%，TD-S基站耗電量占比為13.9%，TD-L基站耗電量占比為22.4%；TD-L的能耗將會

2、急劇增加LTE設備級節(jié)能背景020406080100120GSM載頻功耗TD-S載頻功耗TD-L載頻功耗RRU功耗BBU功耗LTE節(jié)能空間巨大LTE節(jié)能技術應用推廣迫在眉睫0.14%1.35%20.23%32.64%42.56%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%100.00%201220132014F2015F2016FLTE基站耗電占比非LTE基站耗電占比2LTE設備級節(jié)能網絡概述LTE基站器件隨負載的功耗分布MicroPicoFemtoLTE接入網架構LTE設備組網用戶業(yè)務量隨時間呈現明顯的波動如何利用業(yè)務

3、波動，減少不必要的功耗付出HetNet組網,大小基站配合，合理吸收話務扁平式架構3eNB BBU硬件架構BBU關鍵組件包含：基帶處理板、主控傳輸、電源模塊等目前主流廠商的產品多支持背板設計、DSP采用FS/TI等廠家，FPGA采用Xilinx主流廠家，功耗較小，每載頻耗電量20-40瓦(企標為75瓦/載頻）LTE設備級節(jié)能eNB架構EPC電源&風扇基帶處理板主控傳輸板基帶處理板基帶處理板Power inputOMCFE/GE傳輸傳輸接口接口傳輸傳輸協(xié)議協(xié)議處理處理信令信令處理處理電源電源模塊模塊PDCPRLCMAC協(xié)議協(xié)議處理處理解碼解碼解調解調編碼編碼調制調制MIMO&OFD

4、M處理處理傳輸處理單元主控單元O&M時鐘時鐘模塊模塊基帶處理單元BBURRU/RUIr風扇風扇模塊模塊時鐘時鐘源源Ir接口接口電源風扇單元BBU能效提升節(jié)能空間有限eNB RRU硬件架構RRU 關鍵組件包含：功放、濾波、數字中頻、電源等模塊其中功放為最大的耗能器件，占基站總體功耗一半LTE基于OFDMA技術，峰均比比較高，對功放的非線性特征敏感， 功放額度功率距峰值功率較遠，功率效率較低PA占比較大的比例，重點提升方向隨芯片集成度提升，eNB的硬件平臺功耗不斷降低，DPD/CFR/Doherty等技術得到大規(guī)模應用，后續(xù)ET及GaN等新材料和技術進一步應用，硬件效率有望進一步提升4典型

5、的能量分配比例RRU整機能效 = 空口發(fā)射功率/RRU輸入功率，對同一硬件平臺而言，在線性工作區(qū)間內，空口發(fā)射功率越大，整機能效越高，輸入功率也增加, 因此降低空口發(fā)射功率也是有效降低功耗的途徑越靠近鏈路末端（比如，天線/饋線處），節(jié)能方案越容易產生收益。 LTE設備級節(jié)能能量分配5硬件提升 eNB基站耗電元器件主要包括：射頻功率放大器（PA）占整機功耗的比例大約在40%70%PA功耗與基站發(fā)射功率和工作狀態(tài)密切相關，如待機狀態(tài)下（僅發(fā)RS/PSS/SSS/系統(tǒng)消息等幀）PA功耗可下降約40%對小基站而言，BB所占比例則明顯上升，PA所占功耗比例下降；且數值相對固定，幾乎不隨業(yè)務量變化硬件平臺

6、性能提升主要依靠節(jié)能分級指標，引導廠家引入更高效的節(jié)能技術和材料軟件提升LTE空口能效提升下行功率控制未考慮UE地理位置及業(yè)務需要而對功率進行合理限制，有提升空間上行功率控制未考慮網絡資源及干擾的時間和空間的動態(tài)性而進行的靜態(tài)的上行發(fā)射功率補償，不能適時適地滿足合適功率的要求LTE組網能效提升大小基站組網合理吸收話務，但是小基站的能耗在業(yè)務低谷期占的比例愈大。選擇合適的小基站開啟和關閉至關重要。（據預測未來10年內小基站數量將為宏基站的5-10倍）LTE設備級節(jié)能技術思路LTE節(jié)能側重于在時域、頻域、空域上減少不必要的發(fā)射功率，從而整體上降低設備能耗6技術原理：LTE現有方案中，沒有實際數據傳

7、輸時，在不影響控制類符號傳輸和終端接收的情況下，RRU在相應時間（無實際符號傳輸）將功放關閉，從而達到減少功耗和降低鄰區(qū)干擾的目的。關注：哪些符號（symbol）可以關斷？ 子幀0的主輔同步信號、PBCH所在的symbol不能關斷（共4個） 每個子幀的第1個symbol包含PCFICH信息，不能關斷；第2、3個symbol包含用戶控制信道，可根據實際業(yè)務占用情況確定是否關斷 每個子幀內小區(qū)參考信號所在symbol不能關斷 其余業(yè)務信道占用symbol可根據負荷情況開關或關斷1. TD-LTE 符號關斷功能 eNodeB根據業(yè)務量的變化，適時啟動符號級別的功放關閉功能，在沒有業(yè)務的符號時段內關閉

8、功放，以降低能耗。LTE設備級節(jié)能符號關斷7（三）節(jié)能減排新技術1. TD-LTE 符號關斷功能（續(xù)）說明：符號關斷減少的是RRU中PA的靜態(tài)能耗，假設PA的靜態(tài)能耗占RRU的整體能耗比例31%，每時隙共7個符號，按平均可關斷5個symbol計算，可節(jié)約RRU功耗22%。極限條件下：理論上MBSFN每子幀僅保留1個CRS（14個symbol關掉13個）可節(jié)約RRU功耗28%；較低負荷下：假設一半時間可以應用符號關斷，可節(jié)約RRU功耗11%；現有設備實現情況：30%負荷下，可以實現3-5%的能耗降低，大于該負荷則能耗節(jié)約不顯著。假設單RRU 功耗典型功耗260瓦，80萬RRU 年均耗電量約為18

9、億度，按現有設備實現情況，如每天有8小時啟用該功能，大約每年可節(jié)電1800-3000萬度。l節(jié)能效果：理論上最高30%左右，較低負荷下整體10%左右能耗節(jié)約l對網絡質量影響：干擾降低，無負面影響l技術應用成本：需要調度算法和硬件平臺改造或升級LTE設備級節(jié)能符號關斷8LTE設備級節(jié)能符號關斷9LTE設備級節(jié)能MIMO通道關斷2. MIMO通道關斷功能 指當用戶數及PRB資源利用率下降至設定的條件時，eNodeB關斷部分射頻通道，在業(yè)務負荷上升時適時開啟通道。技術原理：當小區(qū)負荷較低時，允許關閉本小區(qū)的部分發(fā)射通道，以節(jié)省能耗； 為保證公共信道覆蓋和業(yè)務不受影響， eNodeB可以提升公共信道的

10、發(fā)射功率3dB。當檢查到業(yè)務負載增加后，退出智能關斷模式，恢復原有的通道發(fā)射狀態(tài)。通道關斷運行過程：（1）BBU進行通道關斷決策。（2）BBU的決策結果為要進行通道關斷，則給RRU發(fā)送通道關斷激活指示，用來通知RRU通道關斷；（3）RRU發(fā)送通斷關斷激活響應消息 10LTE設備級節(jié)能MIMO通道關斷2. MIMO通道關斷功能（續(xù)）說明：假設典型基站忙時8個小時、中等10個小時、閑時6個小時RRU未采用通道關斷功耗約為260w，采用通道關斷功耗約150W8通道RRU關閉4個通道，每天按6小時閑時計算，全天可以節(jié)約7.5%的能耗80萬RRU 中約45%為8通道RRU，年均耗電量約18億度，按現有設

11、備實現情況，啟用該功能，每年大約節(jié)電6000萬度。l節(jié)能效果：理論上關閉一半的通道數量可以節(jié)約RRU功耗40%左右。l對網絡質量影響：覆蓋和干擾會略微受影響，用戶峰值吞吐量下降l技術應用成本：較低Tips1：為了保證控制信道覆蓋和業(yè)務不受影響，系統(tǒng)會自動調整小區(qū)用戶的傳輸模式并提升控制信道的發(fā)射功率3dBTips2：為了保證UE在通信過程中TM不改變，目前正在與廠家合作進行天線合并方案探討，不改變Port的數量與設置，對網絡的影響將更小11LTE設備級節(jié)能小基站關斷技術原理：宏基站Macro（Inter/Intra-RAT）監(jiān)控負荷變化，當負荷降低至一定閾值時，小基站自主關閉或進入休眠態(tài)；當M

12、acro負荷升高至一定閾值時，通知Pico基站進入探測態(tài)（Probing）。Pico在探測態(tài)時可以發(fā)送導頻信號，同時Macro通知UE探測Pico基站并將探測結果發(fā)至Macro，Macro基站據此決策最合適的Pico基站打開，無需打開的Pico則進入休眠態(tài)。3. 小基站關斷/開啟功能 宏基站覆蓋范圍內部署熱點小基站（如Pico/Femto等覆蓋范圍小、發(fā)射功率低的基站）場景下，當區(qū)域內的業(yè)務量降低到一定閾值時，宏基站可以承載全部業(yè)務量，適時關閉小基站，當區(qū)域內的業(yè)務量上升到一定閾值時，則適時打開小基站。適用場景RAT（Inter-RAT）MacroPico通知Pico進入探測態(tài)UE判斷啟動Pi

13、co發(fā)送導頻信號通知UE進行Pico探測測量導頻信號UE上報測量結果選擇合適Pico啟動合適Pico123.小基站關斷/開啟功能（續(xù)）說明：小基站一般部署于熱點區(qū)域，存在明顯的潮汐效應，當低業(yè)務負荷時，休眠PA可以減少功耗30%（基于實測數據） 二期集采中小基站占的比例是1.3%，約4000個左右 按每天40%時間可以關斷小基站計算，應用該功能可以每年節(jié)電約42萬度 隨著LTE網絡覆蓋的深化，小基站的數量和比例將會越來越大，小基站關斷/開啟功能將會有更大的節(jié)能潛力l節(jié)能效果：預期將會大大減少小基站無效工作時間，小基站功耗降低30%以上l對網絡質量影響：影響很小l技術應用成本：軟件方式，成本低LTE設備級節(jié)能小基站關斷13l載波關斷：載頻智能關斷