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基站设备功耗对5G网络建设的影响及应对
作者: 发布日期:2019-08-07

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通信世界网消息2019年6月6日,工信部分别向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放了5G商用网牌照,标志着我国移动通信正式进入5G时代。相对于4G网络,5G网络在网络性能和业务承载方面有较大的提升。4G时代被认为是移动互联网时代,主要解决人与人之间的通信,而5G时代被认为是万物互联时代,在完善人与人之间通信的基础上,人与物、物与物的通信,将得到极大的发展。借助5G网络提供的高带宽、大连接、低时延的网络能力,高清视频、VR/AR、无人机、智慧城市、智能制造、远程医疗等业务能够得到快速发展,这些业务将会极大影响我们的工作,生活,生产以及社会的各个方面,因此可以说“4G改变生活、5G改变社会”。

5G网络规划建设流程与4G网络类似,但由于5G基站设备的工作带宽为100MHz,发射功率典型值为200W,因此设备功耗方面与4G相比,有明显的增加,这一方面会增加网络的供电需求,给网络建设带来困难;另一方面也增加运营商的运营成本。因此需要研究5G基站设备功耗对网络建设的影响,同时提出相应的解决方案,以保障5G网络快速部署和正常运营。


5G网络架构

5G网络架构和4G网络架构类似,总体上由无线接入网和核心网构成,图1为3GPP给出的5G网络结构。

图1  5G网络架构

在图1中,5GC主要包含AMF/UPF网元,其中AMF为接入和移动管理功能,UPF为用户平面功能。NG-RAN为5G无线接入网,其中gNB为5G基站,ng-eNB为4G基站。

对于5G网络,设备功耗主要包括无线接入网设备和核心网设备,对于核心网设备,其功耗与4G相当,而对于5G无线接入网设备,尤其是gNB工作带宽典型值为100MHz,发射功率为200W,其功耗相对于4G网络有明显的增加,是影响网络能耗的主要因素。

5G设备功耗分析

5G基站设备,其架构主要采用BBU+AAU方式,其中,BBU为基带部分,可以进一步拆分为CU和DU两个逻辑网元,其中CU处理无线网PDCP层以上的协议栈功能,DU处理PDCP层以下的无线协议功能。目前国内5G网络建设,原则上采用了CU/DU合设部署方式。AAU为射频部分,是由射频单元与天线整合的有源天线单元。

对于基站BBU和AAU设备的功耗,目前不同厂商设备的差异性较大,表1为目前4个主设备厂商的5G基站功耗情况。

表1  5G基站设备功耗

注:后期随着技术的进步,设备型号的变化,基站功耗也将发生变化,因此上表中的数据仅作为功耗分析时的参考。



根据表1,以现有64T64R S111宏站设备为例,单基站的功耗约为3~4kW,5G设备较4G设备功耗提升约2~3倍,这将使5G网络供电系统建设和运营面临两个难点。


供电系统建设难度加大

5G电源系统建设,可以采用现有电源系统方式,这时要求现有电源系统具有4kW以上的空余容量;5G电源系统建设也可以采用新建电源系统方式,需要外电引入不小于15kVA,以便满足5G、4G网络共建的需求。

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