5G新无线电的节能特性以及如何使运营商建立更密集的网络

从历史上看，网络的密集化意味着更高的能源消耗，这可能会增加运营商支出​​的很大一部分。反过来，这可以限制网络中的基站数量。

5G新无线电(NR)旨在实现更密集的网络部署，同时提高能源效率，从而降低运营成本和环境影响。在我们探索新的技术特性之前，让我们更仔细地看看现有的4G LTE无线网络是如何运作的。

数据流量的持续指数增长(图1)扩大了移动网络。这种扩展导致无线电网络中的能量消耗成为运营商的电力使用和运营支出的重要贡献者。近年来，我们与网络运营商Telia共同发布了一份联合报告，该报告审查了ICT网络运营商的运营碳排放。我们发现，2015年，ICT网络消耗了全球电网总供应量的1.15%，占全球能源碳排放量的0.53%。随着新设备和用例增加网络容量，确保低5G能耗的需求对于最小化运营商费用并确保它们仍然能够达到节能目标至关重要。NR如何回答?

今天我们看到移动网络能耗的主要部分来自无线电基站，消费稳定。我们还可以看到，即使在密集部署的网络中，如在城市中心，网络流量负载在白天也会波动很大，基站中几乎没有流量的显着时段(在ITU-R报告中有更多内容)。在进一步检查流量模式时，我们发现即使在高负载时间内，数据传输也存在许多短缺(图2)。这提出了一个明显的问题：如果基站花费大量时间不传输用户数据，为什么他们仍然一直在消耗能量?

要理解这一点，我们需要仔细研究基站的功耗特性(图3)。该模型表明，即使在没有输出功率的情况下，即在基站处于空闲状态时，基站中也存在显着的能量消耗。其原因在于大多数硬件组件仍然保持活动状态，因此它们能够传输4G标准中定义的强制空闲模式信号，例如同步信号，参考信号和系统信息。那么，我们如何利用这些知识创建5G NR节能功能呢?

5G NR标准的设计基于无线电网络中典型交通活动的知识以及支持无线电网络设备中睡眠状态的需要。通过在没有业务流量(即关闭硬件组件)时将基站置于休眠状态，它将消耗更少的能量。关闭的组件越多，我们将节省的能量越多(如图3中的y轴所示)。

在诸如LTE的先前网络技术中，频繁发送常开信号，例如小区特定参考信号(CRS)。这些是确保小区覆盖和与用户良好连接所必需的。结果，基站休眠的持续时间非常短(小于1ms)，直到下一次所需的信号传输发生，并且因此当基站只有少量具有非常快的重新激活时间的组件可以被关闭时处于空闲模式，这限制了LTE的可能节能。

另一方面，NR需要少得多的始终在线信令传输的传输。反过来，当很少或没有正在进行的数据传输时，这又允许更长和更长的睡眠时间，这对整体网络能量消耗具有显着影响(图4)。

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