TD-LTE网络节能技术.ppt

TD-LTE基于OFDMA技术，峰均比比较高，无线指标对功放非线性特征敏感，功放额定功率距离峰值功率较远，功率效率的提升需要采用创新硬件技术 LTE基于一定发射功率下完成最大吞吐量的指标而设计，目前需要对功率高效利用的系统设计 3GPP已进行LTE节能相关的工作，R10/R11/R12分别成立了对应的研究项（SI/WI）推进LTE节能相关技术的研究,TD-LTE网络已进入大规模部署阶段，随着设备基本功能的逐渐完善，提高设备和网络运行效率，逐渐成为研究焦点 预计2015年2G基站耗电量占比为61.1%，TD-S基站耗电量占比为13.9%，TD-L基站耗电量占比为22.4%；TD-L的能耗将会急剧增加,LTE设备级节能背景,LTE节能空间巨大,LTE节能技术应用推广迫在眉睫,LTE设备级节能网络概述,LTE基站器件随负载的功耗分布,LTE接入网架构,LTE设备组网,用户业务量随时间呈现明显的波动,如何利用业务波动，减少不必要的功耗付出,HetNet组网,大小基站配合，合理吸收话务,扁平式架构,eNB BBU硬件架构 BBU关键组件包含：基带处理板、主控传输、电源模块等 目前主流厂商的产品多支持背板设计、DSP采用FS/TI等厂家，FPGA采用Xilinx主流厂家，功耗较小，每载频耗电量20-40瓦(企标为75瓦/载频）,LTE设备级节能eNB架构,BBU能效提升节能空间有限,eNB RRU硬件架构 RRU 关键组件包含：功放、滤波、数字中频、电源等模块 其中功放为最大的耗能器件，占基站总体功耗一半 LTE基于OFDMA技术，峰均比比较高，对功放的非线性特征敏感， 功放额度功率距峰值功率较远，功率效率较低,PA占比较大的比例，重点提升方向,随芯片集成度提升，eNB的硬件平台功耗不断降低，DPD/CFR/Doherty等技术得到大规模应用，后续ET及GaN等新材料和技术进一步应用，硬件效率有望进一步提升,典型的能量分配比例,RRU整机能效 = 空口发射功率/RRU输入功率，对同一硬件平台而言，在线性工作区间内，空口发射功率越大，整机能效越高，输入功率也增加, 因此降低空口发射功率也是有效降低功耗的途径,越靠近链路末端（比如，天线/馈线处），节能方案越容易产生收益。,LTE设备级节能能量分配,硬件提升 eNB基站耗电元器件主要包括： 射频功率放大器（PA） 占整机功耗的比例大约在40%70% PA功耗与基站发射功率和工作状态密切相关，如待机状态下（仅发RS/PSS/SSS/系统消息等帧）PA功耗可下降约40% 对小基站而言，BB所占比例则明显上升，PA所占功耗比例下降；且数值相对固定，几乎不随业务量变化 硬件平台性能提升主要依靠节能分级指标，引导厂家引入更高效的节能技术和材料 软件提升 LTE空口能效提升 下行功率控制未考虑UE地理位置及业务需要而对功率进行合理限制，有提升空间 上行功率控制未考虑网络资源及干扰的时间和空间的动态性而进行的静态的上行发射功率补偿，不能适时适地满足合适功率的要求 LTE组网能效提升 大小基站组网合理吸收话务，但是小基站的能耗在业务低谷期占的比例愈大。选择合适的小基站开启和关闭至关重要。（据预测未来10年内小基站数量将为宏基站的5-10倍）,LTE设备级节能技术思路,LTE节能侧重于在时域、频域、空域上减少不必要的发射功率，从而整体上降低设备能耗,技术原理：LTE现有方案中，没有实际数据传输时，在不影响控制类符号传输和终端接收的情况下，RRU在相应时间（无实际符号传输）将功放关闭，从而达到减少功耗和降低邻区干扰的目的。,关注：哪些符号（symbol）可以关断？ 子帧0的主辅同步信号、PBCH所在的symbol不能关断（共4个） 每个子帧的第1个symbol包含PCFICH信息，不能关断；第2、3个symbol包含用户控制信道，可根据实际业务占用情况确定是否关断 每个子帧内小区参考信号所在symbol不能关断 其余业务信道占用symbol可根据负荷情况开关或关断,TD-LTE 符号关断功能 eNodeB根据业务量的变化，适时启动符号级别的功放关闭功能，在没有业务的符号时段内关闭功放，以降低能耗。,LTE设备级节能符号关断,（三）节能减排新技术,TD-LTE 符号关断功能（续）,说明：符号关断减少的是RRU中PA的静态能耗，假设PA的静态能耗占RRU的整体能耗比例31%，每时隙共7个符号，按平均可关断5个symbol计算，可节约RRU功耗22%。 极限条件下：理论上MBSFN每子帧仅保留1个CRS（14个symbol关掉13个）可节约RRU功耗28%； 较低负荷下：假设一半时间可以应用符号关断，可节约RRU功耗11%； 现有设备实现情况：30%负荷下，可以实现3-5%的能耗降低，大于该负荷则能耗节约不显著。 假设单RRU 功耗典型功耗260瓦，80万RRU 年均耗电量约为18亿度，按现有设备实现情况，如每天有8小时启用该功能，大约每年可节电1800-3000万度。,节能效果：理论上最高30%左右，较低负荷下整体10%左右能耗节约 对网络质量影响：干扰降低，无负面影响 技术应用成本：需要调度算法和硬件平台改造或升级,LTE设备级节能符号关断,LTE设备级节能符号关断,LTE设备级节能MIMO通道关断,2. MIMO通道关断功能 指当用户数及PRB资源利用率下降至设定的条件时，eNodeB关断部分射频通道，在业务负荷上升时适时开启通道。,技术原理：当小区负荷较低时，允许关闭本小区的部分发射通道，以节省能耗； 为保证公共信道覆盖和业务不受影响， eNodeB可以提升公共信道的发射功率3dB。当检查到业务负载增加后，退出智能关断模式，恢复原有的通道发射状态。,通道关断运行过程： （1）BBU进行通道关断决策。 （2）BBU的决策结果为要进行通道关断，则给RRU发送通道关断激活指示，用来通知RRU通道关断； （3）RRU发送通断关断激活响应消息,LTE设备级节能MIMO通道关断,2. MIMO通道关断功能（续）,说明： 假设典型基站忙时8个小时、中等10个小时、闲时6个小时 RRU未采用通道关断功耗约为260w，采用通道关断功耗约150W 8通道RRU关闭4个通道，每天按6小时闲时计算，全天可以节约7.5%的能耗 80万RRU 中约45%为8通道RRU，年均耗电量约18亿度，按现有设备实现情况，启用该功能，每年大约节电6000万度。,节能效果：理论上关闭一半的通道数量可以节约RRU功耗40%左右。 对网络质量影响：覆盖和干扰会略微受影响，用户峰值吞吐量下降 技术应用成本：较低,Tips1：为了保证控制信道覆盖和业务不受影响，系统会自动调整小区用户的传输模式并提升控制信道的发射功率3dB Tips2：为了保证UE在通信过程中TM不改变，目前正在与厂家合作进行天线合并方案探讨，不改变Port的数量与设置，对网络的影响将更小,LTE设备级节能小基站关断,技术原理：宏基站Macro（Inter/Intra-RAT）监控负荷变化，当负荷降低至一定阈值时，小基站自主关闭或进入休眠态；当Macro负荷升高至一定阈值时，通知Pico基站进入探测态（Probing）。Pico在探测态时可以发送导频信号，同时Macro通知UE探测Pico基站并将探测结果发至Macro，Macro基站据此决策最合适的Pico基站打开，无需打开的Pico则进入休眠态。,3. 小基站关断/开启功能 宏基站覆盖范围内部署热点小基站（如Pico/Femto等覆盖范围小、发射功率低的基站）场景下，当区域内的业务量降低到一定阈值时，宏基站可以承载全部业务量，适时关闭小基站，当区域内的业务量上升到一定阈值时，则适时打开小基站。,适用场景RAT（Inter-RAT）,3.小基站关断/开启功能（续）,说明：小基站一般部署于热点区域，存在明显的潮汐效应，当低业务负荷时，休眠PA可以减少功耗30%（基于实测数据） 二期集采中小基站占的比例是1.3%，约4000个左右 按每天40%时间可以关断小基站计算，应用该功能可以每年节电约42万度 随着LTE网络覆盖的深化，小基站的数量和比例将会越来越大，小基站关断/开启功能将会有更大的节能潜力,节能效果：预期将会大大减少小基站无效工作时间，小基站功耗降低30%以上 对网络质量影响：影响很小 技术应用成本：软件方式，成本低,LTE设备级节能小基站关断,载波关断： 载频智能关断是指当本载频上的用户数较少时，将用户迁移到负荷允许