安科瑞5G基站能耗監(jiān)控系統(tǒng)
1 5G基站建設(shè)現(xiàn)狀
目，國內(nèi)已建成超71.8萬個(gè)5G基站，5G終端連接數(shù)超過了2億，運(yùn)營商5G的投資也超過了幾千億，已經(jīng)基本將5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋到全國所有的地以上城市，獨(dú)立組網(wǎng)模式正實(shí)現(xiàn)規(guī)模部署，還將充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)優(yōu)勢提供大寬帶、低延時(shí)等方面的服務(wù)。
疫情為國民經(jīng)濟(jì)摁下了暫停鍵，如果要實(shí)現(xiàn)盡快恢復(fù)，必須采取措施。基建有助于擴(kuò)大需求、穩(wěn)增長、穩(wěn)就業(yè)。防疫期間，全民隔離讓全社會對數(shù)字技術(shù)的需求集中井噴。幾億人在線辦公，全國所有學(xué)生在線上課，還有幾乎所有的生活物資的交易，都是在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)實(shí)停擺的時(shí)候，數(shù)字建立了一套支撐現(xiàn)實(shí)的新“循環(huán)系統(tǒng)”。
有了云計(jì)算的支撐，大數(shù)據(jù)支撐的科學(xué)決策、各種算法支撐的人工智能，智聯(lián)網(wǎng)支撐的萬物互聯(lián)，以及在線才有擁有可能。由此，支撐了疫情期間的社會治理、資源調(diào)配，科學(xué)決策，組織協(xié)同。
在消費(fèi)域，5G+超高清、5G+AR/VR等技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，如游戲娛樂、賽事直播、居住服務(wù)等新技術(shù)應(yīng)用仍在探索和實(shí)踐中。諸如教育、醫(yī)療應(yīng)用等，可基于5G+人工智能+大數(shù)據(jù)技術(shù)下，以提供相應(yīng)服務(wù)。此外，這兩年的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展也是非常迅猛的，全國在建項(xiàng)目超過了1100個(gè)，有很多非常好的應(yīng)用場景得以實(shí)現(xiàn)，
2 5G基站用能情況
5G基站能耗是4G的3~5倍，單個(gè)5G基站，在沒有用戶接入的情況下，每小時(shí)耗電達(dá)到2.1千瓦；目全市5G用戶少，按每天7小時(shí)無用戶計(jì)算，單站每月空耗用電就達(dá)到440度，每年達(dá)到5300度，通過廠家網(wǎng)管僅能關(guān)閉基站發(fā)射單元，減少1/3的能耗；5G基站用電大，需要及時(shí)觀察5G基站電流電壓變化。
有統(tǒng)計(jì)指出，每GB流量約消耗2千瓦時(shí)的電量，也就是說下載一部1GB的電影相當(dāng)于2000瓦吹風(fēng)機(jī)連續(xù)工作1小時(shí)。若按每度電1元計(jì)算，下載一部1GB的電影，運(yùn)營商需支付2元電費(fèi)，如無限流量套餐流量上限動輒40GB，而可預(yù)見的5G資費(fèi)只會降不會升，可想而知，隨著5G流量需求暴增，運(yùn)營商的電費(fèi)成本壓力越來越大。
而在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。越加密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網(wǎng)絡(luò)面臨的一大成本挑戰(zhàn)。
3 基站供電系統(tǒng)及用能分析
通常，基站的供電系統(tǒng)由市電引入，通過交流配電箱、開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為-48V直流后連接到基站設(shè)備，基站設(shè)備再通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。
基站設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含：BBU、射頻（RF）單元、功率放大器（PA）、主電源、天線接口、扇熱系統(tǒng)等，其中BBU包含控制單元、傳輸單元和基帶處理單元等，主要負(fù)責(zé)信號濾波、OFDM、調(diào)制解調(diào)、頻域處理（符號映射/解映射和MIMO均衡等）、CPRI、DPD（數(shù)字預(yù)失真處理）等功能。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，可以基站功耗分為三大類型：傳輸功耗、計(jì)算功耗和額外功耗。
傳輸功耗：指功率放大器（PA）和射頻（RF）部分所消耗的電量，其主要執(zhí)行基帶信號與無線信號之間的信號轉(zhuǎn)換，饋電線的功耗包括在傳輸功耗之內(nèi)。
計(jì)算功耗：指BBU消耗的電量，包括數(shù)字部分處理、管理和控制、與核心網(wǎng)和其他基站間通信等相關(guān)功耗。
額外功耗：指從市電引入到基站直流供電的整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中的額外損失的電量，也包括機(jī)房空調(diào)、制冷設(shè)備所消耗的電量。
對于傳統(tǒng)2G3G4G基站，由于基站的計(jì)算能力較小，通常傳輸功耗大于計(jì)算功耗，即BBU功耗小于PA和RF部分功耗，因此傳統(tǒng)基站提升能效的辦法主要集中在減少傳輸功耗，比如我們在閑時(shí)關(guān)閉部分載頻和射頻部分來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。但5G時(shí)代情況不一樣了。密集分布的小/微基站和Massive MIMO天線，是5G基站的兩大主要特征。一方面，Massive MIMO本身是以更高的計(jì)算成本為代價(jià)降低傳輸功耗；而小基站覆蓋范圍小，PA更低，也意味著傳輸功耗更低。另一方面，由于5G傳輸速率將成倍提升，5G基站將處理海量數(shù)據(jù)，且隨著5G業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，5G BBU的計(jì)算功耗將逐漸上升。
因此，在5G時(shí)代，基站的計(jì)算功耗將大幅提升超過傳輸功耗。5G基站計(jì)算功耗上升，帶來的不僅是耗電問題，還有扇熱問題；同時(shí)，隨著5G邊緣計(jì)算和高速本地緩存的發(fā)展，未來那些掛在城市燈桿上的小基站將執(zhí)行越來越多的數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算，這為5G部署提出了新的挑戰(zhàn)。
5 5G基站能耗監(jiān)控解決方案
安科瑞5G基站能耗監(jiān)控系統(tǒng)通過對5G宏站和室分站點(diǎn)加裝交/直流智能監(jiān)控設(shè)備、無線采集設(shè)備以及系統(tǒng)管理平臺，完成夜間無業(yè)務(wù)時(shí)段的下電操作，減少電能消耗，降低運(yùn)營成本支出，以及提升通信設(shè)備供電線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測保護(hù)功能；系統(tǒng)后臺對存儲的供電線路歷史電氣性能數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決建議對策，減少后續(xù)同類故障的發(fā)生率，提升供電線路運(yùn)維管控能力。
5.1 方案主要特點(diǎn)
5.1.1 人防+物防
儀表24小時(shí)不間斷監(jiān)測，線路出現(xiàn)問題自動報(bào)警
維護(hù)檢修系統(tǒng)派單，狀態(tài)跟蹤，結(jié)果核查
5.1.2 數(shù)據(jù)融合分析
歷史數(shù)據(jù)保存便于問題排查
定點(diǎn)數(shù)據(jù)圖形化展示，通過走勢圖提供對未來情況的預(yù)測
5.1.3 遠(yuǎn)程控制
針對每個(gè)基站的使用情況設(shè)定下電策略，根據(jù)現(xiàn)場情況對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控
5.2 方案主要功能
5.2.1 頁功能
5.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控
5.2.3 隱患管理
5.2.4 設(shè)備啟停調(diào)節(jié)
對不同的基站設(shè)置不同的分合閘策略，下發(fā)周期可以按照年~月~周~日來進(jìn)行選擇，提供下發(fā)命令的日志供用戶進(jìn)行查詢。
5.2.5 設(shè)備信息管理
對設(shè)備可以設(shè)置對應(yīng)的進(jìn)線和出線關(guān)系，來對每一個(gè)基站的使用功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以分析基站的使用負(fù)載。從而可以分析不同區(qū)域的基站使用情況。
5.2.6 溫度控制管理
對各個(gè)基站的溫度進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于范圍內(nèi)，會開啟空調(diào)，其實(shí)時(shí)間會關(guān)閉空調(diào)
6 能耗監(jiān)控硬件設(shè)備選型
6.1 新建基站能耗監(jiān)控選型
6.1.1交流基站配置
6.1.2 直流基站配置
6.2 改造基站能耗監(jiān)控選型
6.2.1 交流基站配置
7 案例分析
在廣州某區(qū)5G基站應(yīng)用，此站點(diǎn)共部署3個(gè)華為AAU，單項(xiàng)供電；電源輸入240V，8.9A，實(shí)時(shí)功耗在2.1KW。遠(yuǎn)程控制設(shè)備采用帶4G全網(wǎng)通物聯(lián)網(wǎng)電表，220V輸入，額定電流60A，功耗13KW，采用電信4G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，每分鐘上報(bào)一次。
安裝后測試，可以正常遠(yuǎn)程開閉，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控用電情況。按每天關(guān)閉7小時(shí)（00:00-07:00），每月可節(jié)省14.17*30=425度電，相當(dāng)于每月可節(jié)省510元電費(fèi)（1.2元/度電）。
按照該地區(qū)共485個(gè)5G基站計(jì)算，則每月可節(jié)省485*510=24.735萬元。