愛立信BBU深度節(jié)電功能助力中國移動5G網絡綠色運營

  ICC訊 從2022年中南部某市23個站點BBU深度節(jié)電功能試驗結果看(圖1)，BBU深度節(jié)電功能開啟后，BBU平均功耗下降32%，系統(tǒng)流量穩(wěn)定，無KPI影響，每GB電量可節(jié)省20%。

  圖1

  對此，中國移動江西地市公司的客戶對愛立信的BBU深度節(jié)電功能表示了高度認可：“愛立信5G主流BBU設備支持BBU節(jié)能技術，開啟相關參數即可。在前期地市公司現網開展的3個站點BBU節(jié)能功能測試中，對比開啟前、后的3天平均能耗，單個BBU平均功耗節(jié)省30%左右，無KPI影響?！?

  隨著中國5G網絡建設和規(guī)模的進一步擴大，5G NR中頻段和低頻段的現網存量基站已經達到234萬站。5G網絡在給用戶帶來更加優(yōu)質體驗的同時，其大帶寬、多天線、大功率發(fā)射的特點必然帶來基站功耗明顯上升。同時，5G網絡建設至今，現有網絡整體負荷相對網絡支持能力之間還有一定差距。如何加強與提升5G現網的能效比不僅是運營商和設備商共同面臨的課題，也是當今社會綠色發(fā)展的需求。5G網絡能效提升與節(jié)能功能部署是當下運營商關注的重中之重。

  AAU/RRU和BBU是5G基站的主要能耗來源。如何在保證用戶體驗的前提下，盡可能降低AAU/RRU/BBU能耗是各個設備廠商和運營商共同面臨的挑戰(zhàn)。對于AAU/RRU，目前已經開展的節(jié)能功能部署主要包括亞幀關斷、載波關斷、通道關斷、淺層休眠、深度休眠等;對于BBU，目前已經開展的節(jié)能功能部署則包括低業(yè)務節(jié)能、淺層休眠等。BBU系統(tǒng)的主要構成包括主控電路、基帶電路、電源電路和同步電路、風扇等。其中基帶電路是BBU系統(tǒng)能耗來源的最主要構成部分。因此，如何降低基帶部分的功耗是BBU節(jié)能降耗的主要突破方向。

  BBU基帶電路的核心是超大規(guī)模數字集成電路ASIC芯片，其工作狀態(tài)下功耗構成主要是靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗，其中靜態(tài)功耗主要是ASIC芯片的漏電流產生的，基帶ASIC芯片一旦上電完成，無論是否有基帶協議棧信號處理任務，靜態(tài)功耗就必然存在;動態(tài)功耗主要是由基帶ASIC數字芯片內部邏輯電路運行時的狀態(tài)翻轉及伴隨的充放電電流產生的功耗，所以動態(tài)功耗的大小取決于基帶ASIC數字芯片的工藝制程、數字邏輯電路規(guī)模、芯片主頻大小、內核和I/O接口邏輯電壓擺幅、芯片運算負荷及工作溫度等因素。

  在BBU基帶ASIC芯片工藝制程和工作溫度確定的情況下，在保證用戶體驗的前提下，降低功耗的主要著眼點包括調整投入使用的數字邏輯電路規(guī)模、調整芯片主頻和內核電壓擺幅等措施。其中，調整投入使用的數字邏輯電路規(guī)模是效果最好的技術措施，也是最難實現的技術措施。

  5G網絡基帶信號處理協議棧由NR RAN 軟件和基帶硬件共同完成，軟、硬件的高效協同才能實現最大化的能效比。通常軟件功能和硬件資源在協同工作中，功能映射是靜態(tài)的，這樣做的好處是架構簡單，在應對高中低不同業(yè)務負荷時無需調整軟件對硬件資源的分配和使用;但這樣做也有弊端，即對于系統(tǒng)中低業(yè)務負荷下全部硬件資源都處于上電工作狀態(tài)，全部基帶芯片資源的靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗和業(yè)務負荷關系不大。

  愛立信BBU數字基帶芯片采用了愛立信硅芯科技(Ericsson Silicon)超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)級芯片(System on Chip，也被稱為片上系統(tǒng))，并采用模塊化系統(tǒng)架構設計(圖2)，SoC基帶硬件和RAN 軟件緊密協同配合主要完成無線通信協議棧層一和層二的用戶業(yè)務和控制信令基帶信號處理。系統(tǒng)設計中考慮到在不同業(yè)務負荷情況下RAN軟件根據業(yè)務智能感知所需要使用的基帶硬件資源，調用SoC芯片內部的不同基帶模塊投入運算，并結合BBU硬件板級電源域顆?；O計和SoC內部模塊化電源域的設計，可將不投入使用的基帶模塊電路實現半靜態(tài)或動態(tài)關斷(圖3)從而大幅度節(jié)省BBU系統(tǒng)能耗;同時，RAN 軟件可根據業(yè)務動態(tài)變化所需基帶模塊資源，動態(tài)調配所需基帶模塊資源，啟動或停止相應基帶模塊的使用，以保證在不影響業(yè)務負荷和用戶感知的情況下，最大化BBU系統(tǒng)節(jié)能。