6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究

無線通信RadioCommunication6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究ResearchonEnergySavingTechnologyfor6GNetworkLüTing，ZhangTao，CaoGen，LiFuchang（ChinaUnicomResearchInstitute，Beijing100048，China）關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：作為未來新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，6G網(wǎng)絡(luò)自身的綠色低碳發(fā)展對于通信行業(yè)“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施至關(guān)重要。為了從根本上提升6G網(wǎng)絡(luò)能效水平，分析了6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的需求與挑戰(zhàn)，構(gòu)建了6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)體系，重點(diǎn)探討了6G網(wǎng)絡(luò)綠色內(nèi)生及高能效運(yùn)行的使能技術(shù)。Keywords：1概述5G主要面向增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）和超可靠低延遲通信（uRLLC）三大典型應(yīng)用場景。隨著遠(yuǎn)程全息、觸覺通信、超能網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)提出更嚴(yán)苛的要求，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和收稿日期：2023-10-09性能指標(biāo)存在一定的局限性。為了有效應(yīng)對新興信息業(yè)務(wù)的需求，當(dāng)前世界各國已相繼啟動6G技術(shù)研發(fā)。IMT-2030（6G）推進(jìn)組已發(fā)布系列6G白皮書，在6G愿景、需求及關(guān)鍵性能指標(biāo)方面，業(yè)界基本達(dá)成共識，6G關(guān)鍵技術(shù)研究方面已逐步收斂，將超大規(guī)模MIMO、通信感知一體化、智能超表面、內(nèi)生AI、數(shù)字孿生、內(nèi)生安全等技術(shù)作為6G潛在技術(shù)，對于全雙工、軌道角動量等新技術(shù)的研究也取得階段性進(jìn)展。在6G網(wǎng)絡(luò)性能方面，業(yè)界提出了502023/12/DTPT6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究無線通信RadioCommunication300bit/s/Hz等關(guān)鍵指標(biāo)。與5G相顯著提高，大多數(shù)性能指標(biāo)相比5G提升10~100倍。要基座，已成為當(dāng)前國家“雙碳”戰(zhàn)略的重要發(fā)力點(diǎn)。未來，6G網(wǎng)絡(luò)將作為數(shù)字世界的新一代超級基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)能力將大幅提升，面臨絕對能耗持續(xù)增加的壓力。為了推動通信網(wǎng)絡(luò)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展，需要將節(jié)能作為6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標(biāo)與內(nèi)在約束，構(gòu)建新一代綠色低碳網(wǎng)絡(luò)。2面向6G的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)演進(jìn)2.15G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢節(jié)能技術(shù)一直都是無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的熱點(diǎn)，伴隨著通信技術(shù)的代際更替，節(jié)能技術(shù)也不斷發(fā)展演進(jìn)。目前，4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)主要采用網(wǎng)絡(luò)層、站點(diǎn)層、設(shè)備層三級節(jié)能體系。設(shè)備層節(jié)能技術(shù)主要從基站硬件、軟件特性方面挖掘設(shè)備的能效潛力，一方面通過改進(jìn)硬件設(shè)計、提高平臺集成度、采用新工藝、新材料等降低設(shè)備的基礎(chǔ)功耗，另一方面通過開啟符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、載波關(guān)斷等節(jié)能特性以更高效的調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源、降低設(shè)備動態(tài)功耗。站點(diǎn)層節(jié)能技術(shù)主要通過電源、備電、空調(diào)等配套設(shè)施的智能化管控，在滿足業(yè)務(wù)需求的同時降低站點(diǎn)能源消耗。網(wǎng)絡(luò)層節(jié)能技術(shù)以全網(wǎng)能耗最優(yōu)為目標(biāo)，基于AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)精確預(yù)測并自動生成節(jié)能策略，使網(wǎng)絡(luò)資源與能源調(diào)度適配于業(yè)務(wù)變化，實(shí)現(xiàn)對多制式網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同節(jié)能管理。未來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)層節(jié)能技術(shù)將持續(xù)向高級智能化方向演進(jìn)，基于海量的數(shù)據(jù)以及精準(zhǔn)預(yù)測與意圖感知能力，使能更加實(shí)時化、智能化的節(jié)能控制。在站點(diǎn)層節(jié)能方面，將通過重構(gòu)站點(diǎn)形態(tài)、融合清潔能源等，打造站點(diǎn)，提升站點(diǎn)能效。此外，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是影響能效的重要因素，可通過簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，應(yīng)對多模多頻網(wǎng)絡(luò)并存、頻譜碎片化、設(shè)備多樣化導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化、能耗大等問題，推動無線網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化發(fā)展。2.26G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能需求與挑戰(zhàn)6G在5G基礎(chǔ)上，將從服務(wù)于人、人與物，進(jìn)一步拓展到支撐智能體的高效互聯(lián)，將實(shí)現(xiàn)由萬物互聯(lián)到萬物智聯(lián)的躍遷，最終將助力人類社會實(shí)現(xiàn)“萬物智網(wǎng)絡(luò)將融合地面移動通信、近地空間平臺、無人機(jī)平臺、中低軌衛(wèi)星等通信技術(shù)，將二維網(wǎng)絡(luò)覆蓋升級為三維立體網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)空天地一體化的全覆蓋，消除邊遠(yuǎn)地區(qū)的數(shù)字鴻溝。同時，為了滿足更加豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用以及極致的性能需求，6G將采用內(nèi)生智能的新空口和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)能力在5G的基礎(chǔ)上進(jìn)一步躍升。目前，5G正處于高速發(fā)展期，預(yù)計到2025年，我國每萬人將擁有26個5G基站，5G基站總數(shù)將不少于360萬。到6G時代，隨著頻譜向太赫茲、可見光等更高頻段延伸，無線信號的傳播能力將顯著下降，為了實(shí)現(xiàn)與5G相當(dāng)?shù)母采w，6G基站部署規(guī)模將會是5G的數(shù)倍之多，相應(yīng)地，6G網(wǎng)絡(luò)對能耗的需求將是巨大的。為了應(yīng)對6G高能耗的挑戰(zhàn)，推動6G綠色低碳化發(fā)展，業(yè)界對6G網(wǎng)絡(luò)的能效指標(biāo)提出了更高的要求。能效指標(biāo)用于衡量能量有效轉(zhuǎn)化效率，在傳遞相同信息量的前提下，網(wǎng)絡(luò)能效越高，則消耗的能量越少。預(yù)計6G網(wǎng)絡(luò)的能效指標(biāo)將是5G的10~100倍，以期通過能效水平的提升，緩解6G絕對能耗激增的壓力。2.36G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)體系無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)能效水平與系統(tǒng)設(shè)計緊密相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信令流程、無線空口傳輸技術(shù)等都是影響網(wǎng)絡(luò)能效的重要因素。在5G系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要以傳輸速率、時延、連接密度等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)為設(shè)計目標(biāo)，節(jié)能技術(shù)是作為在標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上的疊加功能引入的，主要通過在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行階段使能資源與業(yè)務(wù)的動態(tài)適配，適時關(guān)斷部分硬件資源以達(dá)到節(jié)能的效果。5G節(jié)能技術(shù)雖然可以在業(yè)務(wù)閑時降低部分能耗，但不能從根本上提升系統(tǒng)的基礎(chǔ)能效，節(jié)能效果有限。為了從根本上提升網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能效水平，6G網(wǎng)絡(luò)需要在系統(tǒng)研發(fā)的早期階段就引入節(jié)能理念，構(gòu)建綠色內(nèi)生的6G網(wǎng)絡(luò)。為此，6G節(jié)能技術(shù)體系將在5G的三級節(jié)能體系基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，涵蓋端到端全生命周期的節(jié)能。在系統(tǒng)設(shè)計階段，將綠色節(jié)能作為目標(biāo)與約束條件，在架構(gòu)設(shè)計及協(xié)議棧設(shè)計過程中充分考慮能效因素，將綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、零信令開銷以及高效無線傳輸技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)綠色內(nèi)生的使能技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸能力最大化、能耗最小化，提升系統(tǒng)自身的基礎(chǔ)能效水平。在系統(tǒng)運(yùn)行階段，引入可重構(gòu)組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)按需組網(wǎng)；采用智能資源管理及智能關(guān)斷等技術(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)資源以及能源的使用效率，使能6G網(wǎng)絡(luò)高能效運(yùn)行。郵電設(shè)計技術(shù)/2023/1251無線通信RadioCommunication6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究節(jié)能技術(shù)，從多維度降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行能耗。在設(shè)備層，引入高能效的芯片、器件及硬件平臺，開啟軟件關(guān)斷功能，降低設(shè)備級功耗；在站點(diǎn)層，執(zhí)行站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的智能監(jiān)測與管控，打造綠色站點(diǎn)；在網(wǎng)絡(luò)層，基于智能化云平臺實(shí)現(xiàn)多制式網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的智能化節(jié)能（見圖36G網(wǎng)絡(luò)綠色內(nèi)生的使能技術(shù)3.1綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層節(jié)能智能化云平臺（5G/6G多系統(tǒng)協(xié)同節(jié)能）能耗感知站點(diǎn)層節(jié)能智能資源管理能耗感知網(wǎng)絡(luò)層節(jié)能智能化云平臺（5G/6G多系統(tǒng)協(xié)同節(jié)能）能耗感知站點(diǎn)層節(jié)能智能資源管理能耗感知設(shè)備層節(jié)能內(nèi)生AI的高能效基站業(yè)務(wù)、能耗等數(shù)據(jù)感知零瓦特智能關(guān)斷智能化綠色站點(diǎn)智能開關(guān)指令智能控制指令可重構(gòu)組網(wǎng)節(jié)能策略使能6G網(wǎng)絡(luò)高能效運(yùn)行（系統(tǒng)運(yùn)行階段）零信令開銷高效無線傳輸零信令開銷高效無線傳輸綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使能6G網(wǎng)絡(luò)綠色內(nèi)生（系統(tǒng)設(shè)計階段）圖16G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)體系架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與形態(tài)是影響網(wǎng)絡(luò)性能與能效水平的重要因素。5G時代主要實(shí)現(xiàn)從城市到鄉(xiāng)村的全面覆蓋，網(wǎng)絡(luò)形態(tài)以傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)組網(wǎng)架構(gòu)為主，形成多頻層、多制式、宏微協(xié)同的覆蓋模式。為了滿足差異化的覆蓋需求，現(xiàn)網(wǎng)呈現(xiàn)多網(wǎng)并存、頻譜碎片化、設(shè)備多樣化的格局，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜化、能耗大等問題。6G將實(shí)現(xiàn)萬物智聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)將由地面覆蓋擴(kuò)展到太空、空中、陸地、海洋等更多自然空間，實(shí)現(xiàn)全球全域的“泛在連接”。此外，下一代無線網(wǎng)絡(luò)還需要賦能千行百業(yè)，支持多樣化終端接入，滿足差異化的業(yè)務(wù)性能要求，對數(shù)據(jù)速率、連接數(shù)、時延等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)以及組網(wǎng)的靈活性均提出了更高的要求。因此，傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不足以支撐6G網(wǎng)絡(luò)的愿景目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)萬物智聯(lián)、綠色低碳的發(fā)展目標(biāo)，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將發(fā)生顛覆式重構(gòu)，無線網(wǎng)將打破傳統(tǒng)的有邊界的、煙囪式的架構(gòu)，支持融合泛在、綠色節(jié)能的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。6G綠色網(wǎng)絡(luò)將采用空天地一體化組網(wǎng)，通過天基網(wǎng)絡(luò)、空基網(wǎng)絡(luò)、地面網(wǎng)絡(luò)3層組網(wǎng)，形成以地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以天基網(wǎng)絡(luò)和空基網(wǎng)絡(luò)為拓展的立體全域覆蓋網(wǎng)絡(luò)。地面網(wǎng)絡(luò)與非地面網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、深度融合，采用統(tǒng)一的協(xié)議棧，支持海量用戶無感知、極簡的泛在接入。基于內(nèi)生智能，充分利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信、計算和感知能力，通過分布式學(xué)習(xí)、群智式協(xié)同，實(shí)現(xiàn)端到端智能編排調(diào)度、跨域智能管控，保障用戶為中心的業(yè)務(wù)感知和最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)能效。地面與非地面網(wǎng)絡(luò)層可采用超蜂窩、無蜂窩等符合綠色通信發(fā)展趨勢的新型組網(wǎng)架構(gòu)。超蜂窩采用控制面與用戶面解耦的架構(gòu)，控制基站與業(yè)務(wù)基站可以獨(dú)立按需部署，前者用于提供用戶接入以及控制信號的傳遞，可采用大區(qū)覆蓋模式；后者用于為用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸，可按需靈活部署。無蜂窩構(gòu)架基于“以用戶為中心”的理念，網(wǎng)絡(luò)中部署多個分布式接入點(diǎn)以及一個與所有接入點(diǎn)相連接的中央處理單元，通過中央處理單元的集中信號處理，廣泛分布的接入點(diǎn)522023/12/DTPT6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究無線通信RadioCommunication個區(qū)域。每個用戶接入一組特定的接入點(diǎn)，可以利用空間宏分集和低路徑損耗提升網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和能量效率。6G綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以空天地一體化組網(wǎng)為基礎(chǔ)（見圖2融合超蜂窩、無蜂窩技術(shù)，通過多站點(diǎn)協(xié)同覆蓋，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能效最大化。具體來說，超蜂窩架構(gòu)中的控制基站可位于天基或空基網(wǎng)絡(luò)層，提供更大范圍、連續(xù)的信令覆蓋，以保障用戶接入的連續(xù)性；地面業(yè)務(wù)基站則可按需部署在熱點(diǎn)區(qū)域，根據(jù)業(yè)務(wù)潮汐效應(yīng)動態(tài)休眠，以降低基站能耗。此外，地面網(wǎng)絡(luò)還可采用無蜂窩架構(gòu)，基于對接入點(diǎn)的智能化控制，實(shí)時關(guān)閉無用戶接入的接入點(diǎn)，以進(jìn)一步節(jié)省系統(tǒng)能耗。通過引入綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可減少地面業(yè)務(wù)基站部署數(shù)量，同時結(jié)合動態(tài)休眠技術(shù)，預(yù)計總體網(wǎng)絡(luò)能效可提高1~2倍。3.2高效無線傳輸技術(shù)6G網(wǎng)絡(luò)將在5G的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)多天線、調(diào)制編碼、雙工等物理層技術(shù)，探索新的物理維度和傳輸載體，實(shí)現(xiàn)信息傳輸方式的革命性突破。通過在6G網(wǎng)絡(luò)中引入更高效的無線傳輸技術(shù)，可以提高空口傳輸效率，減少數(shù)據(jù)傳輸所需的頻譜與功率資源開銷，實(shí)現(xiàn)用更少能量傳遞更多信息，從而提升網(wǎng)絡(luò)能效。多天線技術(shù)作為提升頻譜效率最有效的技術(shù)手段，已在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，基站的收發(fā)天線數(shù)從3G支持的1T1R增加到5G的64T64R，5G商用設(shè)備已普遍采用大規(guī)模MIMO技術(shù)。隨著天線和芯片集成度的不斷提升，天線陣列規(guī)模還將持續(xù)擴(kuò)大，由大規(guī)模MIMO向超大規(guī)模MIMO進(jìn)一步演進(jìn)，不斷向更高空間維度擴(kuò)展。超大規(guī)模MIMO通過大幅增加天線數(shù)至數(shù)千乃至更高數(shù)量級，更為深入地挖掘空間資源，從而大幅提高頻譜效率。超大規(guī)模MIMO設(shè)備具有超高增益，可有效補(bǔ)償高頻段傳輸帶來的高路徑損耗，能夠在不增加設(shè)備發(fā)射功率的前提下擴(kuò)大覆蓋范圍，從而實(shí)現(xiàn)更高的能量效率。此外，超大規(guī)模MIMO設(shè)備還具有在三維空間內(nèi)進(jìn)行波束調(diào)整的能力，除地面覆蓋之外，還可以提供非地面覆蓋，更好地滿足全域泛在覆蓋需求。基于無蜂窩架構(gòu)的分布式大規(guī)模MIMO是提高系統(tǒng)覆蓋與容量性能的另一種有效方案。可通過大量不同地理分布的低功耗接入點(diǎn)之間的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大范圍連續(xù)均勻的覆蓋，提高覆蓋率，并利用接收分集對抗陰影衰落效應(yīng)，降低用戶干擾，使用戶獲得良好的信道條件，從而提升頻譜效率。分布式大規(guī)模MIMO系統(tǒng)利用多個接入點(diǎn)共同為用戶提供服務(wù)，消除了小區(qū)邊界，實(shí)現(xiàn)了以用戶為中心的服務(wù)架構(gòu)。在物理層技術(shù)增強(qiáng)方面，可采用新的編碼調(diào)制技術(shù)、多址接入技術(shù)、全雙工技術(shù)、設(shè)計新波形、優(yōu)化號結(jié)構(gòu)等，提升系統(tǒng)頻譜效率。比如，極化編碼技術(shù)為6G網(wǎng)絡(luò)逼近信道容量極限提供了可能，編譯碼復(fù)雜度以及誤碼率都比較低。準(zhǔn)循環(huán)低密度奇偶校驗(yàn)碼具有很高的譯碼效率和并行性，適合高吞吐量業(yè)務(wù)。AI編碼可基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法等在大量碼字集合中學(xué)習(xí)最優(yōu)碼字的參數(shù)，從而優(yōu)化編碼設(shè)天基控制基站天基網(wǎng)絡(luò)空基控制基站空基網(wǎng)絡(luò)CPUAP地面控制基站業(yè)務(wù)基站地面網(wǎng)絡(luò)控制層控制層業(yè)務(wù)層圖26G綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)53郵電設(shè)計技術(shù)/2023/1253無線通信RadioCommunication6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究計。全雙工技術(shù)可以使上行和下行同時傳輸，在不占用額外帶寬的情況下提高頻譜復(fù)用能力。此外，還可采用OTFS調(diào)制、概率成形調(diào)制、基于免調(diào)度的非正交多址接入等潛在的新技術(shù)，提升系統(tǒng)傳輸效率。6G網(wǎng)絡(luò)還將探索新的物理維度、新型信息傳輸模式，以提高空口能力，如軌道角動量和智能反射表面技術(shù)。電磁波軌道角動量提供了除頻率、相位、空間之外的另一個維度，利用不同模態(tài)數(shù)的電磁渦旋波間的相互正交性，可以在同一載波上將信息加載到具有不同軌道角動量的電磁波上，提高數(shù)據(jù)傳輸能力。智能反射表面技術(shù)可以利用軟件控制反射面上每個反射單元的電磁性質(zhì)，以可編程的方式對空間電磁波進(jìn)行智能調(diào)控，使傳播環(huán)境得以重新配置，以改善無線鏈路性能。綜合考慮潛在的物理層增強(qiáng)技術(shù)帶來的空口性能收益，通過高效無線傳輸技術(shù)將能效提高2倍左右。3.3零信令開銷在無線網(wǎng)絡(luò)中，同步信號、系統(tǒng)消息和尋呼消息等公共信號是系統(tǒng)信令開銷的主要組成部分，影響空口資源使用效率，造成功率資源浪費(fèi)。6G將引入更多頻段和更大帶寬，在多載波組網(wǎng)場景下，每個載波都需要發(fā)送公共信號，配置公共和專用的控制信道，從而導(dǎo)致更高的信令開銷，影響網(wǎng)絡(luò)能效水平。為了構(gòu)建6G綠色空口，可通過降低公共信號開銷的方式提升系統(tǒng)能效。在小區(qū)低負(fù)荷場景下，可減少公共信號的傳輸次數(shù)，使小區(qū)有更多時間進(jìn)入關(guān)斷或休眠的節(jié)能狀態(tài)，降低系統(tǒng)能耗。在多載波場景下，還可基于多載波之間的協(xié)同，將多個載波的系統(tǒng)消息匯聚在一個載波上傳輸，不發(fā)送系統(tǒng)消息的載波則可進(jìn)行更長時間的關(guān)斷，在降低公共信號開銷的同時降低能耗。另一方面，還可通過極簡傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)零信令開銷。傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中，終端接入網(wǎng)絡(luò)需要復(fù)雜的信令交互與調(diào)度過程，這會造成很大的開銷。6G面向萬物互聯(lián)的場景，連接數(shù)與5G相比將提升10~1000倍，傳統(tǒng)基于蜂窩連接的傳輸方式將導(dǎo)致信令風(fēng)暴和功耗增加。面向海量連接需求，6G綠色網(wǎng)絡(luò)可在無蜂窩架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合多域多用戶聯(lián)合接收、稀疏導(dǎo)頻技術(shù)等，使終端無需復(fù)雜信令交互即可發(fā)起傳輸，并在傳輸結(jié)束后適時進(jìn)入休眠狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)零信令開銷、低功耗的極簡傳輸。采用零信令開銷技術(shù)，可以節(jié)省公共信號傳輸所需的功率等空口資源，使系統(tǒng)能效提升542023/12/DTPT30%以上。46G網(wǎng)絡(luò)高能效運(yùn)行的使能技術(shù)4.1可重構(gòu)組網(wǎng)現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模式以物理小區(qū)為核心，以“煙囪式”協(xié)議棧的方式將控制面與用戶面功能綁定在一起，網(wǎng)元功能與硬件緊耦合，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)依附于某個網(wǎng)元，這種模式在一定程度上限制了網(wǎng)絡(luò)資源效用，難以滿足多樣化、復(fù)雜化的業(yè)務(wù)需求。6G網(wǎng)絡(luò)可采用可重構(gòu)組網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)用戶行為以及業(yè)務(wù)特征動態(tài)按需組網(wǎng)。基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等技術(shù)，將網(wǎng)元功能軟件化，打破硬件的限制，消除不同網(wǎng)元功能之間的耦合性，使得網(wǎng)元功能可以更加精細(xì)化靈活分配和動態(tài)部署。同時，不同網(wǎng)元的功能可根據(jù)應(yīng)用場景動態(tài)重構(gòu)，也可以獨(dú)立演進(jìn)，以適應(yīng)未來更多新的應(yīng)用場景。可重構(gòu)組網(wǎng)技術(shù)可以在提供高質(zhì)量通信服務(wù)的同時，有效提升網(wǎng)絡(luò)資源效用，符合綠色通信發(fā)展趨勢。4.2智能資源管理無線網(wǎng)絡(luò)的能效與資源使用效率、業(yè)務(wù)負(fù)荷變化緊密相關(guān)，如何在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量要求的前提下通過智能資源管理提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，是提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率的關(guān)鍵。目前，基于5G網(wǎng)絡(luò)的智能化資源調(diào)度與節(jié)能控制，可以達(dá)到10%~20%的節(jié)能效果。未來隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源管理將更加實(shí)時化、智能化、協(xié)同化，使資源動態(tài)適配于業(yè)務(wù)變化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流、資源流以及能量流的匹配，最大化網(wǎng)絡(luò)資源和能源利用率，基于智能資源管理將獲得更大的節(jié)能收益。感知能力，基于內(nèi)生AI對用戶行為與業(yè)務(wù)需求進(jìn)行預(yù)測，按需對空域、頻域、時域等多域資源進(jìn)行智能化調(diào)度，達(dá)到能耗、網(wǎng)絡(luò)性能、業(yè)務(wù)體驗(yàn)的最佳平衡。此外，基站側(cè)還可引入網(wǎng)絡(luò)低負(fù)載節(jié)能技術(shù)，通過不同粒度的小區(qū)休眠、MIMO層適應(yīng)等技術(shù)，對空口資源進(jìn)行靈活調(diào)度以節(jié)能。在站點(diǎn)層，采用大數(shù)據(jù)及數(shù)字孿生技術(shù)，對站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測和管理，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況及能耗、碳排放以及環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時感知生成節(jié)能控制策略，控制電源、空調(diào)等設(shè)施的工作狀態(tài)，提高供配電效率和制冷能效。在網(wǎng)絡(luò)層，基于集中式或分布式AI進(jìn)行業(yè)務(wù)需求6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究無線通信RadioCommunication能化協(xié)同調(diào)度，在滿足業(yè)務(wù)需求的前提下盡可能降低全網(wǎng)能耗。此外，在6G綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，每個分布式基站或接入點(diǎn)可實(shí)時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，由控制基站或中央處理單元對多個設(shè)備的資源進(jìn)行協(xié)同調(diào)度，形成以用戶為中心的彈性網(wǎng)絡(luò)覆蓋與資源配置，可最大化網(wǎng)4.3零瓦特智能關(guān)斷5G網(wǎng)絡(luò)主要采用符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、載波關(guān)斷等不同粒度的關(guān)斷技術(shù)降低設(shè)備能耗，但受限于可關(guān)斷時長以及設(shè)備喚醒時延的影響，節(jié)能效果有限。在6G綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，可基于超蜂窩、無蜂窩實(shí)現(xiàn)更加靈活、智能的關(guān)斷。在超蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，同一個控制基站覆蓋范圍內(nèi)可部署多個業(yè)務(wù)基站，控制基站提供廣域底層覆蓋，在不影響用戶接入的前提下，業(yè)務(wù)基站可根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)荷變化動態(tài)休眠。在無蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，廣泛分布的多個低功耗接入點(diǎn)可以根據(jù)用戶的位置感知適時關(guān)斷與開啟，同時滿足覆蓋與節(jié)能的要求。由此，基于6G綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并結(jié)合通信電源一體化智能控制，可以實(shí)現(xiàn)在不影響業(yè)務(wù)的前提下，對業(yè)務(wù)基站或接入點(diǎn)的供電狀態(tài)進(jìn)行智能控制，達(dá)到“零比特、零5結(jié)束語6G作為未來數(shù)字世界的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)綠色低碳化發(fā)展對于通信行業(yè)“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施至關(guān)重要。從5G到6G，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)演進(jìn)、設(shè)備能力逐代提升、部署規(guī)模逐步擴(kuò)大，推動6G網(wǎng)絡(luò)性能大幅躍升，同時也帶來更大的節(jié)能降碳的挑戰(zhàn)，高能效成為6G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要目標(biāo)。目前，6G正處于技術(shù)預(yù)研與探索階段，為了從根本上提升網(wǎng)絡(luò)能效水平，有必要在6G研發(fā)的早期階段就開展綠色節(jié)能技術(shù)研究，構(gòu)建6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)體系，將綠色節(jié)能的理念融入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信令流程、無線傳輸