精品案例_巧用5G NR符号关断,助力节能减排

巧用5G NR符号关断助力节能减排
目录
一、符号（SYMBOL） (3)
二、符号关断 (4)
三、关断目的 (5)
四、能耗监控统计 (5)
五、BBU 框和射频模块的能耗统计 (7)
六、模拟小区加载 (7)
七：启动测试 (7)
7．1：小区选定 (7)
7．2：小区状态核查 (8)
7.3：测试计划 (9)
7.4：测试准备 (11)
八：能耗监控 (12)
8.1：能耗的检测： (12)
8.2：累加法： (12)
8.3：直测法： (12)
8.4：实验的能耗监测 (12)
九：实验验证 (14)
9.1：符号关断未开启时，小区模拟加载不同数量虚拟用户时，对应不同的能耗14
9.2：符号关断开启时，小区模拟加载不同数量虚拟用户时，对应不同的能耗 (15)
9.3：总体汇总 (19)
9.4：测试小结 (20)
十：经验总结 (20)
符号关断助力节能减排
【摘要】在基站设备中，功率放大器（PA，Power Amplifier）的能耗最多，在没有信号输出时，功率放大器也会产生静态能耗。

为降低系统能耗，同时又能保证数据传送的完整性，可通过打开符号关断开关参数NRDUCellAlgoSwitch.SymbolShutdownSwitch来开启符号关断功能率。

【关键字】5G、符号关断、小区模拟加载、节能减排
【业务类别】巧用符号关断策略研究
一、符号（SYMBOL）
符号在移动无线通信中调制的产物，调制也就是把信息比特转化为符号表达的过程。

以前在GSM、PHS中，符号并不起眼，大家关注的还是信息的比特。

到了IS-95以后，符号在CDMA技术中才显山露水，变得非常重要了。

在CDMA 中，符号代表着信号的不同幅值，由于cdma的码分技术，符号可以被扩频以及叠加，符号成了描述扩频以及解扩过程中的一个基本信息单位。

OFDM技术中，符号依然很重要，这时引入了一个新的符号类型：OFDM符号。

OFDM符号是IFFT 变换后的结果，不光代表着不同幅值，而且代表着一段波形，等同于在采样点内各个正交子载波的波形幅值的叠加。

既然是波形，就代表两层含义，一个是时间上的，一个是功率上的。

每个OFDM符号的持续时间是固定的，而在这个时间段中，这个符号的幅值是不断变化的。

在数据在一个个无线帧上源源不断的传输，其中每个帧的时长是10毫秒。

这10毫秒的无线帧又划分成了10个长度为1毫秒的子帧。

其实，帧和子帧不过是度量时间的标尺而已，在5G系统中并没有实际的作用。

在子帧之下，还要细分为时隙。

时隙和前面所说的子载波间隔强相关：子载波间隔越小，时隙就越长，反之，子载波间隔越大，时隙就越短。

在每个时隙内，都含有14个OFDM 符号。

符号是时域的最小单位，用户的数据正是在这一个个符号上发送的。

每个符号根据调制方式的不同，可以携带不同数量的比特。

5G中的帧，子帧，时隙和符号之间的关系，如下图所示。

二、符号关断
预计NR 基站属于二维度调度，相对LTE 基站，它更加灵活。

调度信息包含时域和频域（如资源块（RB）、带宽部分（BWP）、服务小区）[1-5]，即包含调度符号数和RB 数目。

传统的LTE 调度是一维调度，调度信息只包含频域。

在该调度模式下，调度器可以采用调度一个时隙的部分符号但是满带宽的，这可以替代原来的调度一个时隙的所有符号但只分配部分RB 的策略。

在这种策略下，由于剩下符号没有业务数据可发，所以可以被关断。

PA 功耗分为静态功耗和动态功耗。

静态功耗在PA 开启后就一直存在，不随负荷而变化；动态功耗随着负荷增加而增加。

符号关断节能的本质是降低PA 静态功耗。

符号节能的方法是在集中的符号上快速传完数据，然后关断剩下符号，这样节省了关断符号上的PA 静态功耗及TRX 的静态功耗。

假设关断了X 个符号，那么PA 和TRX的静态功耗可减少X/14。

符号关断的恢复时间在微秒级，关闭的器件为PA 和部分TRX。

该功能对网络关键性能指标（KPI）没影响，在任何时候都可以开启。

当基站检测到符号没有承载数据时，实时关闭功率放大器，以降低系统能耗。

当基站检测到符号有承载数据时，实时打开功率放大器，以保证数据传送的完整性。

符号关断功能通过动态检测符号有无数据发送，在小区部分符号没有数据发送时，动态关闭对应符号周期内的功率放大器，因此对网络性能没有影响。

符号关断原理示意图如下：
符号关断的原理就是在RRU检测，如果当前符号不承载数据，则关闭功放。

检测是符号级的，如图所示，对应1个Slot中Symbol #1、#2、#3、#5、#6周期则可以关闭功放。

增强型符号关断模式是基站在部分子帧没有用户发送数据时，基站将这些没有用户数据发送的子帧配置成MBSFN子帧，实现关闭更多的符号。

三、关断目的
5GNR网络运行过程中，功耗成本是运营商最主要的运营支出费用之一。

移动性管理有网络控制切换和终端自动控制切换两种方式，两种方式均采用以下关键步骤：终端用户在源小区进行测量，并进行测量报告；终端用户断开与源小区的连接，并与目标小区同步；终端用户接受目标小区的系统参数，随机接入目标小区；切换过程中链路失败检测、恢复与重建，回传链路传输。

符号关断功能通过动态检测符号有无数据发送，在小区部分符号没有数据发送时，动态关闭对应符号周期内的功率放大器，因此对网络性能没有影响。

四、能耗监控统计
1:能耗监控是指基站可以周期性统计基站系统的能耗，通过指标上报给U2020，通过U2020可以直观的对基站能耗进行监控。

U2020支持采集基站能耗数据后，执行进一步的统计和分析，如图4-1所示。

2：基站整站能耗统计有两种机制：一种是累加法，另一种是直测法。

累加法是通用方式，直测法仅适用于配置了PMU（Power Monitoring Unit）的基站。

这两种机制不需要参数配置与工程部署，直接通过以下描述的方法进行监控即可。

累加法：基站根据实际的模块配置情况，定时统计BBU、射频模块和风扇等模块的能耗，再进行累加得到整个基站的能耗，并上报给U2020。

基站内具备数字电源的模块自行上报能耗给BBU。

在LampSite站型中，如果射频单元是pRRU，由于pRRU不具备能耗测量能力，故pRRU的能耗数据由RHUB进行测量并汇总上报给BBU；如果射频单元是RRU，RRU可以测量能耗，同时对接的RHUB 也可以测量自身能耗，均都上报给BBU。

再由BBU汇总RRU、RHUB和自身BBU 的能耗上报给U2020。

在U2020上通过指标VS.EnergyCons.BTS.Adding.NR统计NR制式消耗的基站能耗，该指标是由NR相关的单元能耗相加得到。

NR相关的单元能耗包括BBU中各NR相关单板能耗、配置NR载波的射频模块能耗和风扇能耗等。

在NR单模基站中，指标值统计的是基站整站能耗。

在含NR的多模基站中，指标值统计的是基站中的NR能耗。

由于多模基站的特殊性，无法精确获取多模基站中的NR能耗，该指标仅作参考，因此建议在多模场景下采用多模基站的整站能耗统计指标。

多模场景下NR能耗的估算方法如下：NR 制式能耗= NR单元能耗+ 1/2LN单元能耗+ 1/2UN单元能耗+ 1/2GN单元能耗+ 1/3ULN单元能耗+ 1/3GLN单元能耗+ 1/3GUN单元能耗+ 1/4GULN单元能耗直测法：针对配置PMU的基站，还可以通过PMU监控为基站提供供电的PSU （Power Supply Unit）电源系统的总能耗，包括BBU、RRU和风扇等模块的能耗，将测量的总能耗上报给U2020。

基站能耗可以上报交流能耗，也可以上报直流能耗。

可以根据需要设置PMU监控的能耗为交流能耗还是直流能耗，执行MML命令SET ECMP，通过配置能耗测量点参数ENERGYCON.MP来选择上报交流能耗或直流能耗：1：如果参数ENERGYCON.MP设置的是“AC”，那么总能耗是PSU电源系统交流转直流之前的能耗。

2：如果参数ENERGYCON.MP设置的是“DC”，那么总能耗是PSU电源系统交流转直流之后的能耗。

在U2020上通过指标VS.EnergyCons.BTS.Measuring.NR统计电源系统根据检测到的电流和电压而计算出的NR制式消耗的基站能耗。

3：该指标在参数ENERGYCON.MP设置为“AC”时：n 在NR单模场景下，该指标统计的是电源系统经检测
计算出的PSU输入功率。

n 在含NR的多模场景下，该指标统计的是PSU输入总功率的一部分，例如双模场景下为PSU输入总功率的一半。

– 该指标在参数ENERGYCON.MP 设置为“DC”时：n 在NR单模场景下，该指标统计的是电源系统经检测计算出的PSU 输出功率。

n 在含NR的多模场景下，该指标统计的是PSU输出总功率的一部分，例如双模情况下为PSU输出总功率的一半。

五、BBU 框和射频模块的能耗统计
基站还支持统计BBU框和射频模块的能耗指标，并上报给U2020。

l BBU框的能耗通过指标VS.EnergyCons.BU上报，该指标统计了BBU框内所有单板的能耗总和。

该指标统计时，不对能耗按照制式进行拆分。

当多模基站中的制式共用BBU框时，上报的能耗值是BBU框的整体能耗。

如果多模基站的BBU是分离主控，则该指标会在分离的主控板上分别上报，且上报的指标值相同。

射频模块的能耗通过指标VS.EnergyCons.BTSBoard上报。

该指标统计时，不对能耗按照制式进行拆分。

当多模基站中的制式共用射频模块时，上报的能耗值是射频模块的整体能耗。

如果多模基站的BBU是分离主控，则该指标会在分离的主控板上分别上报，且上报的指标值相同。

在LampSite站型中，如果射频单元是pRRU，由于pRRU不具备能耗测量能力，故pRRU 的能耗数据由RHUB进行测量并汇总上报给BBU，RHUB单板的该指标包含了RHUB自身能耗和由RHUB供电的pRRU的能耗之和。

六、模拟小区加载
正常模式指全网元的真实环境，真实小区，真实UE接入。

下行模拟加载模式指全网元环境，真实小区，真实UE和模拟UE同时存在。

在RNLU根据CMAC的调度信息，区分真实UE和模拟UE，对于模拟UE的信息，有些可配参数用来支持灵活配置不同的应用场景。

在下行空口和射频可以看作是真实UE的数据，可以用来模拟对邻区的干扰信息，对于外场和实验室测试可以减少大量的人力和物力。

七：启动测试
7．1：小区选定
选取SZ-市区-滕王阁SA 5G站点，基站位于宿州滕王阁大酒店楼顶，经纬度116.9716，33.63377，该站点为SA站点，小区PCI=351 352 353，天线挂高30m，方位角20°140°220°，主要覆盖滕王阁酒店周边道路以及周边附件街道。

7．2：小区状态核查
7．2．1现该基站均未开启小区模拟加载
7.2．2现该基站均未开启符号关断
7.3：测试计划
7.3．1未开启符号关断，小区模拟加载：
对选定小区不开启符号关断，通过不同用户量（小区模拟加载）下，是否开启符号关断来进行对比，研究符号关断对节能减排的作用。

7.3．2开启符号关断、小区模拟加载：
对选定小区开启符号关断，通过不同用户量（小区模拟加载）下，是否开启符号关断来进行对比，研究符号关断对节能减排的作用。

对于小区模拟加载的开启，使用STR NRDUCELLSIMULATELOAD命令来进行开启，需要注意的是，在使用此命令的时候，可以选择测试模式，存在三种测试模式可以选择，分别是：TDD模拟加载模式，FDD模拟加载模式以及符号关断模拟加载模式，这里我们选择符号关断模拟加载模式。

使用符号关断模式加载模式此命令其他必填项就相对于其他模拟模式少了很多，只剩下模拟加载自动停止计时器、PDSCH模拟加载配比(%) (PDSCHSIMULATEDLOADRATE)、模拟Slot关断比例(%) (SIMULATEDSLOTSHUTDOWNRATE)。

对于必填项的参数：
模拟加载自动停止计时器：该参数表示小区下行模拟加载功能的生效时长，当生效时长达到参数值时，将自动停止小区下行模拟加载功能。

参数值0表示不会自动停止小区下行模拟加载功能。

界面取值范围：0~70560单位：分，实际取值范围：0~70560。

对无线网络性能的影响：该参数设置的越小，小区下行模拟加载功能自动运行的时间越短；该参数设置的越大，小区下行模拟加载功能自动运行的时间越长。

适用制式：N PDSCH模拟加载配比：该参数表示PDSCH模拟加载的比例，即用于模拟加载的RB个数占小区总RB个数的比例。

参数值0表示PDSCH模拟加载不生效。

界面取值范围：0~100，单位：%，实际取值范围：0~100。

对无线网络性能的影响：该参数设置的越小，PDSCH 模拟加载的比例越低，对邻区数据信道的干扰越小；该参数设置的越大，PDSCH模拟加载的比例越高，对邻区数据信道的干扰越大。

适用制式：N
模拟Slot关断比例：该参数表示进行符号关断时，符号关断的比例。

取值0-100。

7.4：测试准备
准备测试工具及人员如下：
测试硬件：钳流表
测试软件：华为泰山网管PRS
测试人员：胡乐
八：能耗监控
8.1：能耗的检测：
对于开启的符号关断的小区在网管上面进行能耗的监控方法有两种：累加法和直测法。

8.2：累加法：
基站根据实际的模块。

配置情况，定时统计BBU、射频模块和风扇等模块的能耗，
再进行累加得到整个基站的能耗，并上报给U2020。

8.3：直测法：
针对配置PMU的基站，还可以通过PMU监控为基站提供供电的PSU（Power Supply Unit）电源系统的总能耗，包括BBU、RRU和风扇等模块的能耗，将测量的总能耗上报给U2020。

8.4：实验的能耗监测
为了能够更好更精确的测量能耗，本次实验采用网管的累加法和现场测试两种方法，保证实验数据的准确。

8.4.1：累加法测量实验能耗
8.4.2：现场测试实验能耗
8.5：实验数据的选择
通过两种方法对实验的能耗的测量，通过U2020网管指标查询可以得到一定时间段内能耗的变化。

通过钳流表获得实时的电量能耗，本次实验对两种数据都进行分析对比，力求保证实验结果的准确。

九：实验验证
9.1：符号关断未开启时，小区模拟加载不同PDSCH模拟加载配比时，对应不同
的能耗
符号关断未开启时能耗：
9.2：符号关断开启时，小区模拟加载不同PDSCH模拟加载配比时，对应不同的
能耗
符号关断开启时能耗：
9.3：符号关断开启前后能耗对比（在U2020上通过指标
VS.EnergyCons.BTS.Adding.NR统计（日））
9.3.1未开启符号关断
PDSCH模拟加载配比0%：
PDSCH模拟加载配比25%：
PDSCH模拟加载配比50%：
PDSCH模拟加载配比75%
PDSCH模拟加载配比90%
9.3.2开启符号关断PDSCH模拟加载配比0%：
PDSCH模拟加载配比25%：
PDSCH模拟加载配比50%
PDSCH模拟加载配比75%
PDSCH模拟加载配比90%
9.3：符号关断对上下行速率以及时延的影响9.3.1 符号关断对上行速率的影响
9.3.1 符号关断对下行速率的影响
9.3.2 符号关断对时延的影响
9.4：总体汇总
在相同的小区模拟加载的数量下，开启符号关断可以降低一定量的基站能耗，在不同的小区模拟加载的数量下，符号关断的能耗也有不同的表现，整体较不开启符号关断，能耗有很好的控制和下降。

且在开启符号关断之后，同常规的不开启符号关断的网络用户感知比较，对于用户速率影响较小。

网络影响1：
网络影响2：
网络影响3：
9.5：测试小结
通过对不同扇区的符号关断实验数据分析发现，符号关断可以降低能耗，且在降低能耗的同时并不影响网络性能。

不同的用户数量的接入，符号关断对于能耗的影响不同，在低业务量的时候，可以大大的降低能耗，而在存在持续高业务量的时候，符号关断节能效果降低。

十：经验总结
对于使用符号关断，助力节能减排，在基站设备中，功率放大器的能耗最多，在没有信号输出时，功率放大器也会产生静态能耗。

符号关断功能是指当基站检测到符号没有数据承载时，实时关闭功率放大器，从而降低系统能耗；当基站检测到符号有数据承载时，实时打开功率放大器，保证数据传送的完整性。

在保证数据传送的完整性的同时，在节能层面可以实现较好的能耗控制。

符号关断在LTE上已经可以使用并且有很好的效果，不但可以应用于LTE单制式场景，也可应用于多制式共用射频模块场景。

但是在LTE使用中，在多制式共用射频模块场景下，在LTE制式的载波处于激活状态，其他制式的载波处于节能关断状态时，符号关断功能才会生效。

对于5G的符号关断，SA站点开启符号关断可以直接开启。

通过实验案例的数据分析可以得知，在不同的小区模拟数量（PDSCH模拟加载配比）下，开启符号关断影响的能耗不同，小区模拟数量为25%左右时，符号关断之后同未开启符号关断相比能耗降低最多，在小区模拟数量高于50%时，符号关断之后同未开启符号关断相比能耗降低，但降低幅度减小。

在开启符号关断之后,对于网络的下行速率、上行速率以及时延影响较小，在基站下测量结果的分析中几乎可以忽略两者之间的差距。

现网中，默认不开启符号关断，在一些用户较多，业务较多的区域开启符号关断对于节能减排有效果，但效果不明显。

在一些5G用户较少，且业务并不频繁的区域，开
启符号关断可以很好的控制能耗，节能减排，节省成本。

在5G发展初期，5G终端较少，且5G业务也较少的情况下，可以开启符号关断，进行很好的能耗控制。

这也为之后的节能减排，以及基站能耗以及电费的成本压降提供了一种可行的解决办法。

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