蜂窝网络功耗的快照

为了了解真实5G网络中的功率使用量并运行节点，我们仔细研究了欧洲网络的数据。在2021年7月，每15分钟每15分钟收集一次数据。

参见图1：分别来自欧洲运营商网络的能量测量，总和最常见的产品。

左侧的直方图显示了来自网络的所有能量测量。右侧图揭示了该网络中五个最常见产品的各个直方图，这些直方图由颜色分组和分离。我们可以清楚地看到，网络的总功耗（左侧）由这些产品的特性主导。

让我们更详细地分析图形，从左图开始。有一个较大的尖峰接近零能量，表明在低流量时，有些节点被停用。进入右侧的单个峰，我们看到某些产品（例如双波段无线电）在能源消耗方面具有显着扩展，这表明服务流量与相应的能源消耗之间的良好负载依赖性。这是具有高能量性能和低能消耗的网络的最重要特征，因为无线电访问网络本质上是分布的，通常具有很大的流量负载变化。

图中的最右峰对应于Massive Mimo无线电，这是一个具有64个天线的高容量5G-NR无线电单元，能够在100MHz上传输高达200W。这个峰值强调了以精确构建网络的好处，意识到要在需要该容量的地方部署高容量的产品。

为什么5G NR在实现低网络能源消耗方面是更好的标准

即将在各地部署5G NR的未来网络，即使流量继续成倍增长，各地的5G NR也会比当今的网络更少消耗的能源？还是上述数据应该引起关注？

幸运的是，与以前的标准相比，5G NR标准在低能操作方面要好得多。至关重要的差异是在低到中期流量期间对节能的支持大大改善了。5G NR的容量也更高，从某个交通量使用的容量的比例来看，负载较低。

在检查网络中的流量模式时，即使在高度加载的时间内，也可以观察到数据传输中的几个短差距（图2）。这些较短的差距可通过快速将组件置于睡眠模式，然后在下一次传输之前再次激活网络来减少网络中的功耗。这些时间差距的时间越长，可以使组件入睡越多，能源消耗就越低。

参见图2：白天改变网络流量负载。突出显示的部分显示了高流量情况下数据包传输的差距。

利用这些时间间隙的功能称为Micro-Spleep TX，只要有时间间隔，它就会使无线电单元处于睡眠模式。

在4G标准中，这些时间差距微囊性TX最多0.2ms的其他节能功能总是很短。这是因为4G LTE标准规定，应始终在整个带宽上传输大量同步信号，参考信号和系统信息。需要这些信号来确保单元格的覆盖范围并与用户建立良好的联系。但是它们也限制了我们可以通过LTE实现的可能节省。

5G NR标准是根据无线电网络中典型交通活动的知识以及支持无线电设备中睡眠状态的需求设计的。因此，5G NR为在网络产品中实施节能功能提供了更好的支持。

在5G NR中，在独立模式下强制性传输之间的时间可以长达20ms，在非固定模式下的时间为160ms。比相应的LTE值比相应的0.2ms长100至800倍。此外，5G NR需要在频域中始终始终的信号传输。这通常被称为Ultra Lean设计5G NR物理层的。

这是5G NR的超李型设计，在很少或根本没有正在进行的数据传输的情况下，可以使更深层次的睡眠期。在这种情况下，很少有与单元能力有关的相对度量。对于相同的交通量，高容量5G-NR电池的利用率低于容量较低的LTE电池，因此高容量5G-NR电池将使用较少的能量。

由于可以将更多的组件放在睡眠模式下更长的时间，因此有很大的潜力减少5G-NR产品的能源消耗以及最终的整体网络能源消耗。

让我们看看一个例子。在图3中，我们比较了底部的空LTE电池的能量消耗和一个空的5G-NR单元。没有活跃的用户，也没有提供流量。此示例中的功耗是使用3GPP在5G-NR标准化期间使用的功率模型来计算的。

参见图3：在LTE（顶部）和NR（底部）中的空闲模式信号传导期间，理论基站能量消耗的示例（使用3GPP的基站功率模型）。NR配置为每20ms每20ms发送一次同步信号块（SSB）。

重要的要点是，5G-NR标准可以实现从根本上不同的产品行为，该行为在能源消耗与流量方面更可扩展。

5G NR中的Ultra-Lean设计开始产生现实影响

最近对能够支持4G LTE和5G NR的爱立信无线电产品的测量证明，Ultra Lean设计的现实影响很大。

见图4和图5。

由于NR的始终信号大大较少，因此与LTE相比，在微型Sleep TX期间关闭功率放大器的技术可节省大量的节省。尽管在LTE中使用微水平TX可提供令人印象深刻的能源节省，但对于NR来说，这甚至更好。在此处提供的示例中，在LTE闲置模式下使用微静脉TX的功率减少约为45％，而对于NR，可以实现更令人印象深刻的能量消耗降低70％。

通过NR和智能节能技术使这些改进成为可能。在图5中显示的是，可以观察到产物双波段无线电的能量量表。这款4端口的MIMO和双频收音机可以在消耗1060 W电力的同时提供4x40 W的射频功率。其他操作状态的功耗可能会大大降低，例如，对于NR非固定式数字模式操作，例如130 W。在现实生活中，这些不同的操作模式在不同的流量情况和/或一天中的不同时间使用，从而实现了网络中的功耗。

5G能源消耗：未来

我们现在在早期产品中看到的能源性能仅仅是开始。我们预计后来的5G-NR产品进一步改善。尤其是在广播的数字组件和基本产品中，仍然有改进的余地。然后，RAN产品中的更多负载依赖性也将对基于AI和ML的优化解决方案产生更大的影响。5G NR带来的能源消耗降低将降低服务提供商的运营成本以及蜂窝网络的环境影响。这也将导致产品尺寸和重量的显着减少，因为耗散耗散是产品微型化的关键限制因素。

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