網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)白皮書

目錄前言 2背景意義 2性能指標(biāo) 3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展 3網(wǎng)絡(luò)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù) 4網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面 4457空口節(jié)能技術(shù) 881012新技術(shù)融合 13AI136G15其他技術(shù) 16總結(jié)與展望 18參考文獻(xiàn) 18主要貢獻(xiàn)單位 19縮略語 20前言面向6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，本白皮書闡述其背景意義和面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，簡要介紹能耗性能指標(biāo)和3GPP國際組織關(guān)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能課題的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口節(jié)能技術(shù)、新技術(shù)融合以及其他技術(shù)等層面，重點(diǎn)探討網(wǎng)絡(luò)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)方案。最后，總結(jié)白皮書主要內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論，并展望其未來發(fā)展趨勢。背景意義隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，能源問題日益突出。自2000年以來全球碳排放增速明顯提升，隨著空氣中二氧化碳濃度的劇增，全球升溫迅速，而氣候變暖帶來的風(fēng)暴、熱浪等極端天氣將嚴(yán)重危害人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。在我國，雙碳目標(biāo)被納入“十四五”規(guī)劃建議，二氧化碳排放力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。雙碳目標(biāo)是全球應(yīng)對氣候變化的重要責(zé)任，也是行業(yè)和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基石。就電信行業(yè)能耗情況來看，其碳排放是以電力購入的間接排放為主。在電信行業(yè)的能耗構(gòu)成中，基站、通信機(jī)房和數(shù)據(jù)中心的能耗為主要占比，其節(jié)能最為關(guān)鍵。5G基站滿載功耗約4G的3-4倍，尤其隨著5G網(wǎng)絡(luò)的正式商用，能耗增幅顯著提高。面向6G提出的6大典型場景和15個(gè)能力指標(biāo)[1]，從智能、感知、泛在等多維度，對速率、容量、時(shí)延、定位、用戶體驗(yàn)等提出更高要求，驅(qū)動6G向更高頻點(diǎn)、更大帶寬、更多算力演進(jìn)，從而給6G網(wǎng)絡(luò)能耗帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一、更高頻點(diǎn)：6G毫米波基站的覆蓋半徑僅為5G3.5GHz30%，同時(shí)毫米波基站功放效率約為7-15%，具體數(shù)值取決于工藝，例如硅鍺SiGe7%+GaN15%+5G基站功放效率的1/7-1/3。因此，需要更高的能耗以支持6G毫米波基站功放正常工作。二、更大帶寬：大帶寬、多天線是造成5G單站功耗增加的主要因素，5G單站功耗是4G的3-4倍。另外，按照帶寬代際增長規(guī)律，預(yù)計(jì)6G帶寬可達(dá)500MHz-1GHz。如果單位帶寬發(fā)射功率保持不變，可推算6G基站發(fā)射功率將是5G的5倍以上，單站整體功耗將是5G的4倍以上。三、更多算力：智慧內(nèi)生是6G重要特征，常用AI（ArtificialIntelligence，人工智能）模型的復(fù)雜度從十幾兆到上百G個(gè)模型參數(shù)。以ChatGPT為例，包含1750億個(gè)模型參數(shù)，其模型訓(xùn)練使用了1萬個(gè)V100GPU，據(jù)環(huán)球零碳研究中心粗略合算，電力消耗超168萬度，按日訪問100萬用戶測算，運(yùn)行每天耗電約1.2萬度。6G新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，應(yīng)以綠色節(jié)能為基本原則，提升系統(tǒng)能量效率，實(shí)施綠色生態(tài)運(yùn)營模式。并將6G技術(shù)賦能千行百業(yè)，助力各行各業(yè)深入實(shí)踐數(shù)字化轉(zhuǎn)型，踐行綠色發(fā)展戰(zhàn)略，共同譜寫人類命運(yùn)共同體新篇章。性能指標(biāo)能量效率是用于評估網(wǎng)絡(luò)能耗的重要性能指標(biāo)，從定義的角度出發(fā)，找到網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的有效手段。關(guān)于能量效率的定義，學(xué)術(shù)研究中將其定義為單位能耗下所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，單位為比特/焦耳（bit/J）。若想提升能量效率，可以從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和能耗兩個(gè)角度出發(fā)，一方面，有效提升傳輸速率，另一方面，減少傳輸單位數(shù)據(jù)量所消耗的能量。此外，ITU定義的傳統(tǒng)5G網(wǎng)絡(luò)能量效率，指的是與所提供的業(yè)務(wù)量相關(guān)的最小化無線接入網(wǎng)（RAN）能量消耗的空口技術(shù)能力[2]，包括兩個(gè)方面：1）網(wǎng)絡(luò)側(cè)，指的是無線接入網(wǎng)在單位能耗下用戶傳輸或接收的信息比特?cái)?shù)；2）終端側(cè)，指的是通信模塊的單位能耗，單位均為比特/焦耳[3]。因此，要想提升網(wǎng)絡(luò)能量效率，可以從網(wǎng)絡(luò)和終端兩個(gè)角度出發(fā)，雙管齊下，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的目的?？紤]6G應(yīng)用場景的多樣化，以及對空口傳輸性能的不同需求，可以將網(wǎng)絡(luò)能量效率定義為該場景下性能指標(biāo)與功耗的比值，從而更加全面客觀的反映該場景的實(shí)際性能需求和能耗占比。具體來說，對于高速率場景，可以將能量效率定義為單位能耗下提供的數(shù)據(jù)速率，單位是比特/秒/焦耳（bps/J）；對于低時(shí)延場景，可以將其定義為單位能耗下提供的傳輸時(shí)延，單位是秒/焦耳（s/J）；對于廣覆蓋場景，可以將其定義為單位能耗下提供的覆蓋距離，單位是米/焦耳（m/J）。類似地，對于6G融合場景，可以由單一維度擴(kuò)展到更多維度，將能量效率與6G場景的性能指標(biāo)相對應(yīng)，從而更加全面地評估單位功耗可提供的空口性能指標(biāo)，以滿足6G多樣化的業(yè)務(wù)場景需求。標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP在Release18階段開展了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的討論，包括StudyItem（SI）和WorkItem（WI）兩部分工作內(nèi)容。（1）SI階段在2021年12月舉行的RAN#94e會議中，正式確定了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能課題的研究內(nèi)容，主要包括以下三個(gè)方面的工作。建立基站能耗仿真模型，用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方案的性能評估；建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的評估方法與KPI；研究并識別gNBUE側(cè)的節(jié)能技術(shù)。歷時(shí)近一年的SI，重點(diǎn)討論了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的仿真模型，評估方法以及在時(shí)域、頻域、空域、功率域、UE輔助信息等方面的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)，并提供仿真結(jié)果，相關(guān)研究內(nèi)容形成報(bào)告TR38.864[4]。（2）WI階段根據(jù)SI階段的研究進(jìn)展，WI階段的標(biāo)準(zhǔn)化工作圍繞部分節(jié)能增益較高的技術(shù)展開。在2022年12月份舉辦的RAN#98會議中，確定了網(wǎng)絡(luò)節(jié)能課題的工作內(nèi)容如下：CSI增強(qiáng)的空域與功率域網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)；小區(qū)非連續(xù)發(fā)送/接收（CellDTX/DRX）技術(shù)；inter-bandCA場景下的SSB-lessSCell技術(shù)（FR1co-located小區(qū)）；Rel-18網(wǎng)絡(luò)節(jié)能小區(qū)內(nèi)防止傳統(tǒng)UE駐留的方案；inter-node波束激活及其有限區(qū)域內(nèi)限制尋呼增強(qiáng)技術(shù)；小區(qū)切換流程增強(qiáng)技術(shù)。此外，仍有很多在SI階段研究的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)未能標(biāo)準(zhǔn)化，為了進(jìn)一步節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗并為6G打下基礎(chǔ)，3GPPRelease19將進(jìn)一步開展網(wǎng)絡(luò)節(jié)能課題的標(biāo)準(zhǔn)化工作。網(wǎng)絡(luò)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面空天地一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)未來網(wǎng)絡(luò)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)全域的“泛在連接”。隨著各行各業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的加速，全域數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施將迅速擴(kuò)張，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能耗、碳排放增長之間的矛盾將日益突顯，綠色節(jié)能將成為未來6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的內(nèi)生需求。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)能的新型空天地一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?？仗斓匾惑w網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、空基網(wǎng)絡(luò)、低空及地面網(wǎng)絡(luò)三層組網(wǎng)，形成以地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以非地面網(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。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)方式。超蜂窩架構(gòu)下，基站控制面與用戶面解耦，控制基站與業(yè)務(wù)基站可以獨(dú)立按需部署。前者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；后者為用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸，可按需靈活部署。同一個(gè)控制基站覆蓋范圍內(nèi)可以部署多個(gè)業(yè)務(wù)基站，且業(yè)務(wù)基站可根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)荷變化動態(tài)休眠。該架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)覆蓋可跟隨業(yè)務(wù)需求動態(tài)調(diào)整，在不影響覆蓋性能的前提下通過控制業(yè)務(wù)基站適時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更為靈活的休眠，提升網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果。無蜂窩架構(gòu)以用戶為中心，部署多個(gè)分布式接入點(diǎn)以及一個(gè)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)可以實(shí)現(xiàn)高水平的協(xié)作，形成一個(gè)“超級基站”覆蓋整個(gè)區(qū)域。每個(gè)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。當(dāng)區(qū)域內(nèi)用戶較少時(shí)，可以關(guān)斷部分接入點(diǎn)，進(jìn)一步節(jié)省系統(tǒng)能耗[5][6]。新型分布式無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為更好地支持自動駕駛、智能制造、遠(yuǎn)程醫(yī)療等垂直行業(yè)，對低時(shí)延和高可靠提出更高要求，尤其面向未來6G網(wǎng)絡(luò)泛在連接，傳統(tǒng)的集中式智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已無法滿足。因此，業(yè)界提出了一系列新型分布式無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過引入分布式智能計(jì)算框架，以充分利用用戶終端和節(jié)點(diǎn)所持有的多維數(shù)據(jù)以及計(jì)算資源。然而，新型分布式無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨分布式節(jié)點(diǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、海量的高維模型參數(shù)傳輸和超級算力等諸多挑戰(zhàn)，使得6G網(wǎng)絡(luò)能耗成為其規(guī)模部署和廣泛應(yīng)用的主要瓶頸之一。因此，采用分布式分層智能無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，有效降低6G分布式無線網(wǎng)絡(luò)能耗[7]?？紤]無線接入網(wǎng)側(cè)的多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以在?微基站、CU/DU、云端/邊緣端等不同層面部署智能功能組件，開展無線分布式學(xué)習(xí)。自下而上具體地可分為，用戶設(shè)備的終端智能層、部署在DU上的第一智能層、部署在CU上的第二智能層、部署在邊緣節(jié)點(diǎn)上的第三智能層以及部署在云端的第四智能層，如下圖所示。不同的智能層針對不同目標(biāo)產(chǎn)生不同的功能配置，由此可構(gòu)建面向6G網(wǎng)絡(luò)的分布式分層智能無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)可以靈活快速地編排和使用智能功能組件，部署多層級數(shù)據(jù)分析網(wǎng)元，在網(wǎng)絡(luò)各層級均可組成分布式協(xié)同管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水平層面上各個(gè)無線節(jié)點(diǎn)之間的分布式智能交互與協(xié)同[8]。圖1 6G網(wǎng)絡(luò)智能功能組件垂直分層部署示意圖在新型分布式無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，聯(lián)邦學(xué)習(xí)（FederatedLearning，F(xiàn)L）作為最有望成為6G基礎(chǔ)架構(gòu)的一種分布式智能計(jì)算框架，能夠在保護(hù)用戶數(shù)據(jù)隱私的前提下，進(jìn)行更廣泛的機(jī)器學(xué)習(xí)，預(yù)期將在6G智能服務(wù)和應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。通過聯(lián)邦學(xué)習(xí)和多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠袡C(jī)結(jié)合，可進(jìn)行多層次聯(lián)邦聚合。如下圖所示，基于宏基站-微基站-設(shè)備的三層網(wǎng)絡(luò)，在垂直方向上構(gòu)成聯(lián)邦學(xué)習(xí)分布式分層智能無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，聯(lián)邦聚合可拆分為位于微基站的低層次聯(lián)邦聚合和位于宏基站的高層次聯(lián)邦聚合，從而實(shí)現(xiàn)較低的通信成本和更廣泛的數(shù)據(jù)共享。圖2 6G網(wǎng)絡(luò)多層次FL節(jié)點(diǎn)部署示意圖具體地，在邊緣網(wǎng)絡(luò)，早期模型聚合具有較低的通信成本，且能有效緩解由于局部數(shù)據(jù)的隨機(jī)性而導(dǎo)致模型更新的不確定性。而后期模型聚合，通過更高層次的聯(lián)邦學(xué)習(xí)服務(wù)器進(jìn)行模型聚合和更新，可實(shí)現(xiàn)更多、更廣泛的數(shù)據(jù)共享，且加速全局聚合的收斂性。因此，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)對學(xué)習(xí)性能、時(shí)延、容量、能耗等指標(biāo)的實(shí)際需求，靈活調(diào)整和優(yōu)化聯(lián)邦聚合在不同網(wǎng)絡(luò)層次的部署位置，實(shí)現(xiàn)FL動態(tài)分層。為了更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，可考慮減少高通信成本的高層次全局聚合的通信頻次，通過降低通信開銷來降低總能耗。相比于傳統(tǒng)FL方案，在相同學(xué)習(xí)精度的前提下，引入多層次聯(lián)邦聚合的分布式分層智能無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗。無線智能云網(wǎng)絡(luò)IMT-2030Framework[9]強(qiáng)調(diào)了環(huán)境適應(yīng)性和網(wǎng)絡(luò)、終端節(jié)能減排的重要性。其中，網(wǎng)絡(luò)能效是目前最為關(guān)注的量化指標(biāo)，通常被定義為bit/Joule。2010一半的能源消耗在空調(diào)和其他設(shè)施上，并進(jìn)一步提出集中RAN設(shè)備以降低能耗，被稱為Cloud-RAN（C-RAN）。集中點(diǎn)可以在無線電或基帶處理上，如下圖所示。圖3 Cloud-RAN示意圖根據(jù)分析[10][11]，C-RAN是一個(gè)生態(tài)友好的基礎(chǔ)設(shè)施。首先，通過C-RAN架構(gòu)的集中處理，基站站點(diǎn)數(shù)量可以成倍減少，空調(diào)等現(xiàn)場支持設(shè)備的耗電量可大幅降低。其次，由于協(xié)作無線電技術(shù)可以減少RRH之間的干擾并允許更高的RRH密度，因此可以縮短RRH到UE的距離，部署具有較低發(fā)射功率的較小小區(qū)，同時(shí)不影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量。用于信號傳輸?shù)哪芰繉p少，這對于減少RAN中的功耗和延長UE電池待機(jī)時(shí)間特別有幫助。最后，由于BBU池是大量虛擬BS之間的共享資源，這意味著可以實(shí)現(xiàn)更高的資源利用率和更低的功耗。當(dāng)虛擬基站在夜間空閑且不需要大部分處理能力時(shí)，可以有選擇地關(guān)閉或進(jìn)入較低功耗狀態(tài)，而不會影響7x24服務(wù)承諾。O-RAN繼承了C-RAN的優(yōu)點(diǎn)，定義了O-CU/O-DU/O-RU的開放接口，為分析不同網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的功耗提供了足夠的靈活性。報(bào)告[12]指出，對于大多數(shù)移動網(wǎng)絡(luò)來說，超過80%的能源消耗在無線接入網(wǎng)絡(luò)中，其余的則消耗在核心網(wǎng)、支持系統(tǒng)和相關(guān)的云基礎(chǔ)設(shè)施中。預(yù)估RAN側(cè)使用的80%能耗中，大約80%為無線電供電，剩余20%用于分布式單元(DU)。通過采用MicroSleepTx、多頻段無線電器件設(shè)計(jì)和集成等新技術(shù)，可以大大節(jié)省無線電能耗。同時(shí)，云化DU基于高性能通用處理器架構(gòu)，優(yōu)化了能耗，對軟件開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)有良好的兼容性。為了充分發(fā)揮潛力，SMO/RIC軟件經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，rAPP可滿足自動化非實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)管理的需求，降低運(yùn)營成本、提高網(wǎng)絡(luò)性能并降低能耗。3GPP在Release18和Release19階段開展網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的討論和標(biāo)準(zhǔn)化工作，詳見前文第4章節(jié)。3GPP指出了優(yōu)化RAN能耗的潛在方向，O-RAN架構(gòu)通過分離網(wǎng)絡(luò)實(shí)體和可編程rAPP，提供了最大的靈活性。O-RAN架構(gòu)與新的節(jié)能特性的結(jié)合，有望在6G時(shí)代帶來光明的前景?？湛诠?jié)能技術(shù)空域節(jié)能技術(shù)NR基站中AAU功耗占比約80%，是網(wǎng)絡(luò)能耗最主要組成部分。空域節(jié)能技術(shù)在系統(tǒng)性能損失可以容忍的基礎(chǔ)上，可以通過對網(wǎng)絡(luò)空域元素進(jìn)行自適應(yīng)TXRU、天線端口、天線面板、TRP等。相比半靜態(tài)空域元素自適應(yīng)技術(shù)，動態(tài)空域元素自適應(yīng)方案，可提供更加精細(xì)的自適應(yīng)顆粒度，更好的匹配業(yè)務(wù)負(fù)載與實(shí)際的傳輸環(huán)境，為UE提供更好的服務(wù)，從而更好的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)/基站能耗降低。5G現(xiàn)網(wǎng)中，大規(guī)模MIMO由于其支持空域復(fù)用或多徑分集的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。而在大規(guī)模MIMO帶來高容量的同時(shí)，其大量的TXRU及相關(guān)的硬件處理單元（包括功率放大器）也會帶來基站功耗的增加。一個(gè)有效的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能解決方案是根據(jù)流量負(fù)載或服務(wù)的UE數(shù)量調(diào)整基站的TXRU開關(guān)，如下圖所示，在小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)變少時(shí)，可以適當(dāng)?shù)年P(guān)閉一部分基站的TXRU，使得其能夠在不損失容量的基礎(chǔ)上減少基站功耗。傳統(tǒng)的空域關(guān)斷無法很好地支持動態(tài)快速關(guān)斷，例如：獲得省電增益的時(shí)候有明顯的容量損失，或者受限于速度無法全天候使用。這是由于靜態(tài)關(guān)斷的切換時(shí)間太長，導(dǎo)致基站的天線狀態(tài)無法根據(jù)信道狀態(tài)進(jìn)行快速的調(diào)整，即天線狀態(tài)與信道狀態(tài)不匹配，從而導(dǎo)致較大的性能損失。圖4 TXRU自適應(yīng)動態(tài)關(guān)斷根據(jù)動態(tài)負(fù)荷水平、不同TXRU關(guān)斷的多組CSI，首先將整個(gè)時(shí)間分解為諸多毫秒級的短調(diào)度窗，先進(jìn)的動態(tài)關(guān)斷采用基于能效原則的動態(tài)調(diào)度器（受限容量損失前提條件下獲得盡可能大的基站節(jié)能增益，在每個(gè)短調(diào)度窗上模擬遍歷所有關(guān)斷方式（包括不關(guān)斷，從而快速選擇最優(yōu)的關(guān)斷方式。對于動態(tài)關(guān)斷技術(shù)方案，節(jié)能狀態(tài)下硬件響應(yīng)時(shí)間是影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素，硬件響應(yīng)時(shí)間需要實(shí)現(xiàn)從分鐘級到毫秒級的跨越，使得從僅閑時(shí)節(jié)能擴(kuò)展到全時(shí)節(jié)能。另外，CSI報(bào)告的高層配置參數(shù)數(shù)量是有限的，過多的配置用于自適應(yīng)通道關(guān)斷的CSI報(bào)告會影響其他用途的CSI報(bào)告配置。因此，對于TXRU動態(tài)關(guān)斷方案中的一個(gè)重要研究方向就是CSI報(bào)告的增強(qiáng)，即在一個(gè)CSI報(bào)告中上報(bào)多組CSICSI開銷的降低方案。通道關(guān)斷技術(shù)不僅僅可以降低功放功耗，還可以降低射頻通道的靜態(tài)功耗，基于通道關(guān)斷的空域節(jié)能技術(shù)，在保證服務(wù)連續(xù)性上具有明顯的優(yōu)勢，而且應(yīng)用場景并不限于基站業(yè)務(wù)輕負(fù)載場景，被視為主流的空域節(jié)能方案。大規(guī)模分布式天線支持多TRP操作，類似于多個(gè)天線面板都可以視為空域AAU的一部分，所以multi-TRP半靜態(tài)/動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整屬于傳輸天線自適應(yīng)調(diào)整的特例。實(shí)際傳輸中往往存在UE和某一個(gè)TRP存在更好的傳輸鏈路，例如物理距離更近，這時(shí)候多個(gè)TRP都為UE傳輸并不總是必須的，動態(tài)關(guān)斷某些TRP可以顯著降低網(wǎng)絡(luò)能耗，特別將來傳輸系統(tǒng)為支持短距離傳輸會部署分布式大規(guī)模MIMO陣列，會支持更多的TRP傳輸，支持multi-TRP動態(tài)ON/OFF能更好的平衡UE性能與網(wǎng)絡(luò)能耗的矛盾。時(shí)域節(jié)能技術(shù)DTX/DRX（DiscontinuousTransmission/DiscontinuousReception）智能協(xié)調(diào)、自適應(yīng)降低廣播信號發(fā)送時(shí)間等方法，讓網(wǎng)絡(luò)有更多的時(shí)間處于微睡眠/輕睡眠/深睡眠狀態(tài)，有效降低信號傳輸在時(shí)域上占比，從而在對UE性能影響有限的前提下大幅降低網(wǎng)絡(luò)功耗。當(dāng)系統(tǒng)低負(fù)載時(shí)，基站不連續(xù)發(fā)送/接收（CellDTX/DRX）或基站短時(shí)間關(guān)斷，如時(shí)隙、符號或子幀級關(guān)斷等，使得在DTX/DRX-OFF或關(guān)斷期間，基站可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)。通過增加基站睡眠時(shí)間，減少基站連續(xù)開啟或頻繁喚醒，從而降低基站能耗。公共信號或者信道，比如SSB、SIB1、尋呼、隨機(jī)接入信道等，自適應(yīng)調(diào)整，包括公共信號/信道傳輸圖樣自適應(yīng)調(diào)整、公共信號/信道傳輸周期自適應(yīng)調(diào)整、公共信號/信道時(shí)域資源位置自適應(yīng)調(diào)整等，讓基站減少alwayson的周期性發(fā)送或接收，使基站可以進(jìn)入到睡眠狀態(tài)，從而降低基站能耗。支持SSB/SIB-less技術(shù)，即UE基于intra-band/inter-band中其他小區(qū)上傳輸?shù)腟SB/SIB1來執(zhí)行同步和獲取系統(tǒng)消息，通過不發(fā)送本載波上SSB/SIB1來降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功耗。進(jìn)一步支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按需（on-demand）發(fā)送SSB/SIB1，減少非必要時(shí)SSB/SIB1等信號的發(fā)送，從而獲得網(wǎng)絡(luò)節(jié)能增益。實(shí)現(xiàn)小區(qū)動態(tài)按需關(guān)閉，即小區(qū)按需關(guān)閉全部或大部分元器件，僅保留收/發(fā)部分參考信號，或喚醒信號，或發(fā)現(xiàn)信號，最大程度上節(jié)省能耗。當(dāng)小區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)有用戶需要提供服務(wù)時(shí)，可以通過小區(qū)協(xié)同或終端發(fā)送喚醒信號激活關(guān)閉小區(qū)，或由UE觸發(fā)公共信號的發(fā)送，進(jìn)一步兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)能增益與終端業(yè)務(wù)傳輸性能?；綝TX/DRX機(jī)制中，在周期性進(jìn)行DTX/DRX-ON、DTX/DRX-OFF的基礎(chǔ)上，利用AI可以預(yù)測系統(tǒng)的負(fù)載情況或者開啟/關(guān)閉基站DTX/DRX的時(shí)機(jī)等，使能基站DTX/DRX智能化，通過動態(tài)的基站DTX/DRX機(jī)制進(jìn)一步降低基站能耗。針對公共信號或者信道，利用AI預(yù)測小區(qū)中終端的接入情況和業(yè)務(wù)到達(dá)情況等，基站智能化調(diào)整公共信號或者信道的發(fā)送，通過自適應(yīng)公共信號或者信道機(jī)制進(jìn)一步降低基站能耗。針對小區(qū)關(guān)閉，兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)能增益與終端業(yè)務(wù)傳輸性能的關(guān)鍵點(diǎn)在于小區(qū)開啟/關(guān)閉的時(shí)機(jī)，利用AI可以預(yù)測系統(tǒng)的負(fù)載情況或者小區(qū)開啟/關(guān)閉的時(shí)機(jī)等，使得小區(qū)可以準(zhǔn)確的自主實(shí)現(xiàn)開啟/關(guān)閉，進(jìn)一步降低基站能耗。頻域節(jié)能技術(shù)頻域節(jié)能技術(shù)可以大致分為兩類，一類是針對單載波的情況，可以通過靈活的帶寬調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能；另一類是針對多載波的情況，可以通過多載波間協(xié)調(diào)，以減少部分公共信號傳輸，從而降低網(wǎng)絡(luò)能耗[2]。對于單載波情況，6G超大規(guī)模天線可能工作在更高的頻段，適用更大的帶（BWP，BandwidthPart）往往高于用戶實(shí)際所需的帶寬。通過對BWP的高效調(diào)整，例如可以通過為用戶同時(shí)分配多個(gè)備選BWP資源，再根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要選擇合適的BWP，從而有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗。對于多載波情況，多載波之間的協(xié)調(diào)對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能有重要作用。在5G網(wǎng)絡(luò)，多載波情況已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)部署的典型案例，可有效提升整體的網(wǎng)絡(luò)容量。在6G時(shí)代，頻譜資源有限，載波間和載波內(nèi)的頻率聚合將更加普遍。以載波間聚合為例，可以通過引入?yún)⒖驾d波的概念實(shí)現(xiàn)多載波協(xié)調(diào)?；驹趨⒖驾d波上，傳遞用戶用于隨機(jī)接入的公共信號以及目標(biāo)載波的相關(guān)信息，用戶只需檢測參考載波上的數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)靈活的工作載波隨機(jī)接入過程。由此，多個(gè)用戶可共用同一個(gè)參考載波，各自的工作載波上無需再發(fā)送用于隨機(jī)接入的公共信號，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。功率域節(jié)能技術(shù)對于高負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，往往沒有空閑資源可用于關(guān)斷，降低網(wǎng)絡(luò)能耗往往需要采取降低發(fā)射功率的方式，可通過動態(tài)功率譜密度（powerspectraldensity，PSD）調(diào)整實(shí)現(xiàn)。根據(jù)部分外場測試結(jié)果，在滿載的情況下，發(fā)射功率減半，可降低20%左右的網(wǎng)絡(luò)能耗，同時(shí)對小區(qū)吞吐量影響較小?；诂F(xiàn)有協(xié)議和設(shè)備實(shí)現(xiàn)，調(diào)整天線發(fā)射功率往往需要重新配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，操作不便。因此，可優(yōu)化天線設(shè)計(jì)架構(gòu)和相關(guān)功率調(diào)整機(jī)制，以便網(wǎng)絡(luò)能夠快速地進(jìn)行功率調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能的目的。此外，功率域節(jié)能技術(shù)包括功放PA性能優(yōu)化以及硬件實(shí)現(xiàn)，詳情參見5.2.5空口新硬件章節(jié)?？湛谛掠布捎贸呒啥鹊?G芯片在未來基站系統(tǒng)的基帶芯片方面，6G基站系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)1Tbs這樣的高數(shù)據(jù)速率的接收譯碼處理，相對5G有十倍到百倍的增加，這意味著我們需要執(zhí)行超高速的基帶處理。在這些過程中，信道編碼對基帶芯片性能的要求最高,主要決定了基站芯片的功耗、最大吞吐量、復(fù)雜度和成本。因此，我們可能需要完全重新設(shè)計(jì)信道編碼算法和標(biāo)準(zhǔn)，以提高效率或并行處理的可能性。6G基站系統(tǒng)要實(shí)時(shí)處理達(dá)到Tbps的峰值吞吐量，對芯片性能要求更加苛刻，6G基站都會考慮采用專用集成電路芯片，用以降低功耗并提升運(yùn)算效率。幸運(yùn)地，芯片的制程得到了持續(xù)演進(jìn)，集成度得到不斷的提升，制程節(jié)點(diǎn)越小意味著晶體管越小、速度越快、能耗表現(xiàn)越好，超高集成度芯片技術(shù)預(yù)期可以得到大規(guī)模商用，例如基帶芯片的制程可以達(dá)到2納米。圖5 某主流晶圓廠的制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)線路圖通過超高集成度的基帶及數(shù)字中頻芯片，配合使用超高集成度的模擬射頻前端芯片，不斷優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和相關(guān)算法，可以全面降低6G基站的整機(jī)功耗，無論在空載還是滿載均可以達(dá)到能耗最優(yōu)。采用高能效的6G功放射頻信號只有經(jīng)過功率放大器（PA放大獲得足夠的射頻功率并發(fā)送出去。有統(tǒng)計(jì)指出約一半以上的基站的功耗來自PAPA的功耗效率和線性度是相互矛盾的，為了兼顧兩者，業(yè)界采用了數(shù)字預(yù)糾偏算法(DPD)PA輸入側(cè)進(jìn)行與PA響應(yīng)相反的數(shù)字域非線性濾波。在6G基站系統(tǒng)的DPD芯片方面，持續(xù)優(yōu)化算法，需要設(shè)計(jì)適合亞太赫茲、太赫茲超高頻和GHz超大帶寬的新算法。由于6G支持的頻段非常豐富，還需要研究多頻段的DPD算法。6G通信系統(tǒng)將使用非常高的載波頻率，因此波束成形用于規(guī)避高衰減和路徑損耗，基于相控陣波束成形發(fā)射器通常應(yīng)用多個(gè)PA單個(gè)數(shù)字流，但是帶來了DPD的新問題，因?yàn)槎鄠€(gè)并行PA必須使用單個(gè)DPD芯片進(jìn)行線性化?？傊?，數(shù)字中頻芯片的下一代DPD算法的將會直接影響6G基站的功耗效率。在功放的新架構(gòu)方面，隨著帶寬的明顯增加，Doherty架構(gòu)會受寬帶特性影響，性能逐漸下降，不過其架構(gòu)簡單，成本低。Outphasing架構(gòu)和LMBA架構(gòu)具備更好的寬帶特性，但這兩個(gè)架構(gòu)需要兩個(gè)射頻通道，架構(gòu)復(fù)雜，成本高。同時(shí)LMBA會引入電橋插損，因此也沒有絕對的優(yōu)勢。因此，隨著帶寬的增加，基站功放架構(gòu)將從單一的Doherty架構(gòu)逐漸演變到多架構(gòu)并存，根據(jù)場景進(jìn)行功放架構(gòu)選擇。在功放的新材料方面，對于100GHz以下的大帶寬，氮化鎵(GaN)在功率和效率方面具有明顯優(yōu)勢，以此為基礎(chǔ)的功放管得到廣泛應(yīng)用。100GHz以上大帶寬對6G很有吸引力，但帶來了許多重大器件挑戰(zhàn)，特別是功放PA和低噪放LNA。鍺化硅（SiGe）將作為100-300GHz的亞太赫茲范圍技術(shù)發(fā)揮重要作用，對于一些需要高發(fā)射功率的應(yīng)用，如果能夠以經(jīng)濟(jì)可行的方式完成，則可以考慮在前端使用上述新型化合物半導(dǎo)體材料。在300GHz和1THz頻譜之間，新型化合物半導(dǎo)體材料磷化銦（InP）等具有高速率的顯著優(yōu)勢，可以用于功率放大器。由于鍺化硅和磷化銦相對氮化鎵具有更低的功放效率，所以需要設(shè)計(jì)低PAPR的新波形或者采用一些降低PAPR的技術(shù)，無論采用低階調(diào)制還是采用高階調(diào)制都需要確保低PAPR，減少功放的功率回退，提高功放效率，彌補(bǔ)材料的不足之處。新技術(shù)融合AI技術(shù)融合隨著AI技術(shù)的迅猛發(fā)展，可考慮AI技術(shù)與節(jié)能技術(shù)的融合，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)測情況，做到資源能耗智能分析，對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理，實(shí)現(xiàn)基于AI的綠色節(jié)能數(shù)字化?；?G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特征、傳輸環(huán)境對基站側(cè)天線/面板/TRP/射頻通道進(jìn)行智能動態(tài)自適應(yīng)，可以顯著降低網(wǎng)絡(luò)側(cè)激活的RFchain數(shù)量，大幅降低網(wǎng)絡(luò)功耗。例如，在采用AI使能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，可以通過AI動態(tài)天線關(guān)斷預(yù)測，動態(tài)預(yù)測TRP、射頻通道、天線端口或是天線陣元的智能動態(tài)關(guān)斷。CSI上報(bào)增強(qiáng)技術(shù)，通過MIMO增強(qiáng)設(shè)計(jì)有效減低CSI反饋量，或者通過AI對信道狀態(tài)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，對信道狀態(tài)指示參數(shù)進(jìn)行有效的獲取和壓縮，從而支持更多的空域自適應(yīng)模式促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。AI的信道估計(jì)增強(qiáng)6G網(wǎng)絡(luò)中更高維度的信道矩陣，傳DFTTypeI/II碼本可能無法在可接受的資源開銷下，高效的進(jìn)行信道狀態(tài)信息的量化和反饋。通過將信道估計(jì)與AI技術(shù)結(jié)合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大學(xué)習(xí)能力來輔助信道信息的測量和反饋，可以為高效、準(zhǔn)確地獲取信道信息、降低導(dǎo)頻開銷提供一種新的思路。另外，可以結(jié)合不同場景的實(shí)際需求，采用不同大小的反饋開銷進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化，靈活實(shí)現(xiàn)所需的信道反饋精度。智能化波束管理6G網(wǎng)絡(luò)中，波束將更加的精細(xì)化，采用的波束數(shù)目也將更加龐大。為了節(jié)省波束掃描、測量和反饋等流程導(dǎo)致的時(shí)延和開銷，可以探索波束管理與AI技術(shù)結(jié)合的可能性，實(shí)現(xiàn)智能化波束管理，提升波束管理的效率和性能。自適應(yīng)多天線面板通信6G的超大規(guī)模天線系統(tǒng)中，設(shè)備形態(tài)將更加多元化，基站和終端設(shè)備都可能會配備多個(gè)天線面板。得益于此，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可結(jié)合具體信道狀態(tài)及系統(tǒng)需求，靈活調(diào)度不同的天線面板進(jìn)行協(xié)作或非協(xié)AI技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的多天線面板通信，進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。傳統(tǒng)的節(jié)能方案是通過預(yù)先設(shè)定好的門限來決定節(jié)能功能是否觸發(fā)，從而控制基站做出相應(yīng)符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、小區(qū)關(guān)斷、智能載波關(guān)斷以及深度休眠等操作，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的目的。由于數(shù)據(jù)收集和配置的工作量龐大，如何根據(jù)這些數(shù)據(jù)合理準(zhǔn)確地配置觸發(fā)條件是傳統(tǒng)節(jié)能方案的瓶頸。進(jìn)一步將能效信息與服務(wù)體驗(yàn)融合，進(jìn)行聯(lián)合感知，產(chǎn)生更多有針對性的數(shù)據(jù)和有意義的反饋，不會使這種不匹配的情況進(jìn)一步加劇。人工智能技術(shù)的核心在于擬合數(shù)據(jù)特征的線性和非線性關(guān)系?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)依賴于兩個(gè)主要對象：數(shù)據(jù)和模型。對于數(shù)據(jù)，需要從功能上支持針對從空口上采集的數(shù)據(jù)以及空口操作相關(guān)的數(shù)據(jù)的收集、存儲、訪問/共享能力；對于模型，需要從架構(gòu)設(shè)計(jì)和資源部署的層面上支持模型的訓(xùn)練/更新、訪問/共享，以及模型的部署。通過基于機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)，將其應(yīng)用在預(yù)測基站的負(fù)載信息和服務(wù)質(zhì)量方面，并將其與節(jié)能方案關(guān)聯(lián)，將有可能打破上述瓶頸，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效率?？紤]通信業(yè)務(wù)具有明顯的潮汐效應(yīng)，可通過AI技術(shù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)流量信息，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的流量預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)基站動態(tài)開啟和關(guān)閉，以適應(yīng)不同時(shí)間段的流量負(fù)載需求。因此提出一種基于AI場景識別和流量預(yù)測的新型網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略[13]，主要包含三個(gè)模塊：基于自然語言處理（NaturalLanguageProcessing，NLP）的基站場景識別、基于AI的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測、綜合考慮基站負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)需求的智能關(guān)斷。首先，基站名稱經(jīng)過NLP處理，可以準(zhǔn)確識別基站所處的具體場景，如學(xué)校、寫字樓、酒店、商場、體育館、景區(qū)等。每種場景都有一個(gè)預(yù)先訓(xùn)練的通用流量預(yù)測模型，為后續(xù)的節(jié)能決策提供依據(jù)，例如：長短期時(shí)間序列網(wǎng)絡(luò)LSTNet、可解釋的時(shí)間序列預(yù)測的神經(jīng)基礎(chǔ)擴(kuò)展分析NBEATS、時(shí)序卷積網(wǎng)TCNRRC用戶PDCP用戶層面流量以及上下行PRB利用率等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指標(biāo)。根據(jù)這些指標(biāo)加權(quán)計(jì)算，得到小區(qū)下一時(shí)段的負(fù)載狀況，從而用于評估基站工針對每個(gè)候選基站，計(jì)算基站所在區(qū)域內(nèi)其他基站的覆蓋情況，以判斷關(guān)閉候選基站后是否會對覆蓋范圍內(nèi)用戶通信產(chǎn)生較大影響。具體而言，計(jì)算周圍基站的覆蓋范圍，如果候選基站被其他基站重覆蓋的區(qū)域達(dá)到了一定閾值，并且關(guān)閉候選基站后，周邊基站的負(fù)載不會超過其上限，那么執(zhí)行關(guān)斷操作，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能[14][15]。智能化網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方案將打破基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化孤島，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高精度采集能力，支持靈活的電源、備電等機(jī)房基礎(chǔ)資源智能化管控。同時(shí)，智能節(jié)能方案包括網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能策略、站點(diǎn)級節(jié)能策略、設(shè)備級節(jié)能策略，可實(shí)現(xiàn)多制式網(wǎng)絡(luò)智能協(xié)同、“一站一策”差異化節(jié)能調(diào)度，達(dá)到“用戶無感知、網(wǎng)絡(luò)高能效、運(yùn)維低成本”的目標(biāo)[16][17]。6G空口新技術(shù)融合通過與6G新空口技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。基于通感技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。6G通感技術(shù)，獲取無線傳播環(huán)境的感知信息，以及用戶位置及其密度信息，輔助基站進(jìn)行TRP、天線端口或單元、傳輸波束的限制或關(guān)斷。未來通信感知一體化系統(tǒng)可以充分利用通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，提供定位類、成像類、虛擬環(huán)境重構(gòu)類等服務(wù)，同時(shí)這些服務(wù)還可以用于移動通信自身性能提升，例如，在提升整個(gè)無線系統(tǒng)的能效方面，通感技術(shù)能發(fā)揮巨大的作用[18]。根據(jù)通感的不同應(yīng)用場景和用例，需要獲知的感知信息可包括運(yùn)動監(jiān)控類型、環(huán)境監(jiān)控類型、目標(biāo)檢測和跟蹤類型。針對這些感知信息，可用于無線系統(tǒng)各類通信網(wǎng)元的節(jié)能決策，或者網(wǎng)絡(luò)管理功能利用這些信息來提升整個(gè)無線系統(tǒng)的能效。具體地，可以體現(xiàn)在下述幾個(gè)方向：利用運(yùn)動監(jiān)控類似的感知信息，可觸發(fā)終端或相應(yīng)的穿戴設(shè)備等改變相應(yīng)的活動狀態(tài)，例如：進(jìn)入省電模式，或者長周期的監(jiān)控狀態(tài)等等，反之，也可用于主動激活相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)入活躍狀態(tài)等。利用環(huán)境監(jiān)控類型的感知信息，來觸發(fā)告警信息在準(zhǔn)確的服務(wù)范圍播發(fā)，可以避免大范圍的傳輸冗余信令等。利用目標(biāo)檢測和跟蹤類型的感知信息，可依據(jù)不同信息類型，進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)的分配或調(diào)度相應(yīng)的無線資源，達(dá)到提升無線系統(tǒng)的整體傳輸效能，此外，也用于動態(tài)的開啟/關(guān)閉特殊的應(yīng)用或資源通道，例如：波束，載頻，小區(qū)級別的開/關(guān)管理等。為實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，應(yīng)允許感知服務(wù)單元，建立與不同節(jié)能網(wǎng)元（如：基站，射頻前端，終端等等）的接口和協(xié)議棧，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的節(jié)能機(jī)制或策略等。RIS技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。通過智能超表面（ReconfigurableIntelligentSurface，RIS）實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，RIS采用低成本無源或近無源器件構(gòu)成，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)反射/透射波束賦形輔助傳輸，在網(wǎng)絡(luò)能耗幾乎不變的情況下大幅提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋。基于6G智能超表面技術(shù)，可以采用較少的射頻通道和轉(zhuǎn)換效率較高的功放，降低基站射頻通道數(shù)目和功耗，或者采用基于RIS的中繼節(jié)點(diǎn)從而降低網(wǎng)絡(luò)能耗?；谖锢韺蛹夹g(shù)增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。在物理層技術(shù)增強(qiáng)方面，可采用6GLDPC、極化編碼、概率成形調(diào)制、基于免調(diào)度的非正交多址接入以及全雙工等潛在的新技術(shù)，提升系統(tǒng)頻譜效率，降低接入開銷，在滿足6G全業(yè)務(wù)場景、全類型終端的接入需求的同時(shí)提升系統(tǒng)能效。 其他技術(shù)提高設(shè)備集成首先，使用超寬頻RRU/AAU設(shè)備，采用先進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)不同頻段的數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊合一，射頻模塊數(shù)目和饋線數(shù)量均至少減半，使用了寬帶新材料功放，實(shí)現(xiàn)了單通道超寬發(fā)射帶寬，還采用了先進(jìn)的超寬帶的DPD架構(gòu)和算法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)百兆甚至上吉發(fā)射帶寬站點(diǎn)方案大幅簡化，提高了射頻設(shè)備的集成度并明顯降低功耗。其次，采用“超級基帶群”解決方案，這種新型建網(wǎng)模式將BBU集中放置，RRU通過光纖拉遠(yuǎn)，還可能支持分布式天線?？纱罅慷询B的BBU實(shí)現(xiàn)基帶資源動態(tài)配置、靈活調(diào)度，充分利用系統(tǒng)資源；多個(gè)BBU集中放置在現(xiàn)網(wǎng)機(jī)房（如核心機(jī)房或骨干機(jī)房），可以充分利用現(xiàn)有機(jī)房資源，實(shí)現(xiàn)“零”機(jī)房占用。機(jī)房內(nèi)各種配套、傳輸資源可以實(shí)現(xiàn)最大化共享，充分盤活現(xiàn)網(wǎng)資源，節(jié)省布網(wǎng)及維護(hù)成本。最后，在硬件平臺不變的情況下，通過軟件配置即可實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)體制共平臺，實(shí)現(xiàn)了多制式和多頻段融合，并且實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)。采用綠色能源從能源供給的“開源”出發(fā)，綠色能源在6G網(wǎng)絡(luò)的供給能源中占比將逐年增加，綠色能源包括太陽能、風(fēng)電、水電、核電、生物能和地?zé)岬?，預(yù)計(jì)到2035年該比例有望超過60%。綠色能源往往輸出不穩(wěn)定，例如：風(fēng)電受到風(fēng)量影響較大，晚上沒有陽光太陽能無法發(fā)電，此時(shí)需要配套儲能系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)削峰填谷、調(diào)峰、調(diào)頻等，并內(nèi)置傳感器采集綠色能源相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，綜合提升新能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率，提升6G設(shè)備清潔能源的就地消納能力，減少6G設(shè)備高碳排能源輸入占比，直接降低6G設(shè)備運(yùn)營階段碳排放。高能效數(shù)據(jù)中心隨著數(shù)據(jù)量的增長，數(shù)據(jù)中心的能耗將快速增長。在傳統(tǒng)的中心化計(jì)算模型中，大量數(shù)據(jù)需要從邊緣設(shè)備傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)傳輸通常需要網(wǎng)絡(luò)帶寬和能源。首先，采用分布式共享計(jì)算，動態(tài)靈活地部署所需資源（CPU、GPU、NPU和存儲等），不受機(jī)房限制，不同服務(wù)器之間共享計(jì)算資源。其次，采用盡力而為的端側(cè)優(yōu)先機(jī)制。對于6G計(jì)算任務(wù)如XR渲染或者AI計(jì)算，優(yōu)先在終端側(cè)本地完成；如果密集型的計(jì)算超出了終端側(cè)能力水平，則通過6G推送到無線接入網(wǎng)的邊緣云執(zhí)行，再返回密集計(jì)算的結(jié)果；如果邊緣云還是不足夠支持密集計(jì)算任務(wù)，則繼續(xù)通過6G的有線連接推送到中心云端執(zhí)行，最后返回密集計(jì)算的結(jié)果。最后，采用通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的綜合考量，根據(jù)6G無線信道質(zhì)量的變化和終端計(jì)算能力限制，計(jì)算任務(wù)可在邊緣云計(jì)算和本地終端計(jì)算之間較動態(tài)的切換?？傊鲜黾夹g(shù)減少了數(shù)據(jù)傳輸和處理延遲，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的最佳的能耗和計(jì)算能力分配。支持網(wǎng)電協(xié)同同時(shí)將6G網(wǎng)絡(luò)與分布式微電網(wǎng)協(xié)同，在邊緣側(cè)實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲靈活互動以及海量分布式資源的協(xié)同運(yùn)行，形成電力網(wǎng)絡(luò)與通訊網(wǎng)絡(luò)的靈活性共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)的資源優(yōu)化配置，達(dá)到大幅降低6G通信系統(tǒng)碳排放效果，從而同時(shí)提升6G網(wǎng)絡(luò)與電力系統(tǒng)的能效與碳效。智能化運(yùn)營管理在精細(xì)化運(yùn)營方面，借助智能化的手段，實(shí)現(xiàn)端到端的用電智能化管控，依托網(wǎng)絡(luò)能效管理工具，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供備電；快速識別網(wǎng)絡(luò)能效瓶頸，提升網(wǎng)絡(luò)能源效率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營成本大幅降低，助力網(wǎng)絡(luò)全生命周期能效最優(yōu)。綠色供應(yīng)鏈加強(qiáng)6G產(chǎn)業(yè)鏈上下游供需對接和交流合作，提升節(jié)能低碳產(chǎn)品供給能力，提高設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、采購、包裝、物流、運(yùn)維、回收等各環(huán)節(jié)綠色能力建設(shè)協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)整體產(chǎn)業(yè)鏈綠色化。總結(jié)與展望5G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)能耗問題已十分突出。面向未來，更高頻點(diǎn)、更大帶寬、更多算力，使得6G網(wǎng)絡(luò)面臨更嚴(yán)峻的能耗挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)雙碳可持續(xù)發(fā)展，面向多場景混合組網(wǎng)，推進(jìn)空天地一體、新型分布式無線網(wǎng)絡(luò)和無線智能云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新。從空域、時(shí)域、頻域、功率域、空口新硬件等維度，開展空口節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)施方案，并全面打造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化6G云網(wǎng)節(jié)能體系，開展節(jié)能技術(shù)與AI技術(shù)、通感技術(shù)、RIS技術(shù)等6G空口新技術(shù)的有機(jī)融合。此外，提高設(shè)備集成、采用綠色能源、高能效數(shù)據(jù)中心、支持網(wǎng)電協(xié)同、智能化運(yùn)營管理、綠色供應(yīng)鏈，加強(qiáng)6G產(chǎn)業(yè)鏈上下游供需對接和交流合作，提升節(jié)能低碳產(chǎn)品供給能力，從而實(shí)現(xiàn)整體產(chǎn)業(yè)鏈綠色化。此外，在研究節(jié)能方案的同時(shí)，也要關(guān)注相關(guān)方案對用戶體驗(yàn)、系統(tǒng)性能的影響，力爭找到平衡點(diǎn)，以期滿足6G愿景。愿攜手產(chǎn)業(yè)界同仁，踐行雙碳發(fā)展戰(zhàn)略，共創(chuàng)綠色美好未來！全面落實(shí)國家雙碳戰(zhàn)略部署，立足自身，賦能社會，把綠色低碳從壓力挑戰(zhàn)變成動力機(jī)遇，為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。參考文獻(xiàn)DraftNewRecommendationITU-RM.[IMT.FRAMEWORKFOR2030ANDBEYOND],FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2030andbeyond,ITU,2023.超大規(guī)模MIMO技術(shù)研究報(bào)告（第二版）,IMT-2030（6G）推進(jìn)組，2022RecommendationITU-RM.2083-0,IMT-Vision-FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2020andbeyond.ITU,2015.3GPPTR38.864V18.1.0,StudyonnetworkenergysavingsforNR(Release18),March2023.倪舜鋒,羅鍵英.關(guān)于無線基站節(jié)能減排技術(shù)的研究[J].通訊世界,2016(24):61-62.中國聯(lián)通,6G綠色網(wǎng)絡(luò)白皮書[Z].2023.ZhaoB,CuiQ,LiangS,etal.Greenconcernsinfederatedlearningover6G[J].ChinaCommunications,2022,19(3):50-69.崔琪楣,梁盛源,趙博睿等.通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的生成方法、裝置、電子設(shè)備及介質(zhì)[P].中國專利:CN202111436227.7.ITU-R,RecommendationITU-RM.2160FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2030andbeyond,Nov.2023.Chih-LinI,JinriHUANG,RanDUAN,ChunfengCUI,JesseJIANG,andLeiLI,RecentProgressonC-RANCentralizationandCloudification,IEEEAccess,2014.CMCC,C-RANTheRoadTowardsGreenRAN.Ericsson,OpenRANarchitecture:Embracingenergyefficiency.游斌朱偉鄧新華等一種基站流量預(yù)測方法裝置及電子設(shè)備[P中國專利:CN202111647710.XLaiG,ChangWC,Yangetal.Modelinglong-andshort-termtemporalpatternswithdeepneuralnetworks[C]//The41stinternationalACMSIGIRconferenceonresearch&developmentininformationretrieval.2018:95-104.OreshkinBN,CarpovD,ChapadosN,etal.N-BEATS:Neuralbasisexpansionanalysisforinterpretabletimeseriesforecasting[J].arxivpreprintarxiv:1905.10437,2019.梁力維,李榮聰.AI5G基站節(jié)能技術(shù)研究[J].移動通信,2019,43(12):32-36.中國聯(lián)通，5G智能節(jié)能技術(shù)白皮書[Z].2019.通信感知一體化技術(shù)研究報(bào)告，IMT-2030（6G）推進(jìn)組,2022.主要貢獻(xiàn)單位主要貢獻(xiàn)單位（排名不分先后）序號主要貢獻(xiàn)單位貢獻(xiàn)人1中國電信郭婧、尹航2中國聯(lián)通李露、馬靜艷、周偉3中興通訊股份有限公司徐俊、陳夢竹4中信科移動通信技術(shù)股份有張大鈞、王加慶限公司5高通曹一卿、李儼6北京郵電大學(xué)崔琪楣、趙博睿、周約翰縮略語英文縮寫英文全稱中文全稱AAUActiveAntennaSystem有源天線單元AIArtificialIntelligence人工智能BWPBandwidthPart帶寬部分CUCentralizedUnit集中單元CSIChannelStateInformation信道狀態(tài)信息DUDistributedUnit分布單元DRXDiscontinuousReception不連續(xù)接收DTXDiscontinuousTransmission不連續(xù)發(fā)送FLFederatedLearning聯(lián)邦學(xué)習(xí)LSTNetLongandShorttermTime-seriesNetwork長短期時(shí)間序列網(wǎng)絡(luò)NBEATSNeuralbasisexpansionanalysisforinterpretabletimeseriesforecasting可解釋的時(shí)間序列預(yù)測的神經(jīng)基礎(chǔ)擴(kuò)展分析NLPNaturalLanguageProcessing自然語言處理PSDpowerspectraldensity功率譜密度RANRadioAccessNetwork無線接入網(wǎng)RISReconfigurableIntelligentSurface智能超表面RRCRadioResourceControl無線資源控制SIBSystemInformationBlock系統(tǒng)消息塊SSBSS/PBCHBlock同步/主廣播信道塊TCNTemporalConvolutionalNetwork時(shí)序卷積網(wǎng)絡(luò)TXRUTransceiverUnit收發(fā)器單元TRPTransmit-ReceivePoint收發(fā)站點(diǎn)PDCPPacketDataConvergenceProtocol數(shù)據(jù)分組匯聚協(xié)議PRBPhysicalResourceBlock物理資源塊UEuserequipment用戶10.OPNetworkEnergySav?ngTechnologyWhitePaper?e?tu?”J?i?<J-FuTU9￡MOBIL2COMMUNICATIONFORUMContentsPreface 2Significance 2PerformanceIndicators 3StandardProgress 4KeyTechnologiesforNetworkEnergySaving 5NetworkArchitecture 5SAGINArchitecture 5NewDistributedRANArchitecture 6IntelligentCloudNetwork 9AirInterfaceEnergySavingTechnologies 10EnergySavingTechnologiesinSpatialDomain 10EnergySavingTechnologiesinDomain 12EnergySavingTechnologiesinFrequencyDomain 13EnergySavingTechnologiesinPowerDomain 14NewAirInterfaceHardware 14IntegrationwithNewTechnologies 16IntegrationwithAITechnologies 16Integrationwith6GAirInterfaceTechnologies 19OtherTechnologies 20SummaryandOutlook 22References 23MainContributors 24Abbreviations 24PrefaceThisWhitePaperdescribesthesignificanceandseriouschallengesof6Gnetworkenergysaving,brieflyintroducestheenergyconsumptionperformanceindicatorsandthestandardprogressof3GPPonnetworkenergysaving,andhighlightsthekeytechnicalsolutionsfornetworkenergysavinginaspects,suchasthenetworkarchitecture,energysavingtechnologiesforairinterfaces,integrationwithnewtechnologies,andothertechnologies.Finally,thisWhitePapersummarizesthemaincontentandrelatedconclusions,andlooksforwardtothefuturedevelopmenttrends.SignificanceWiththerapiddevelopmentofglobaleconomyandsciencetechnology,energyissuesarebecomingmoreandmoreprominent.Globalcarbondioxideemissionhasincreasedsignificantlysince2000.Withtherapidincreaseofcarbondioxideintheair,globaltemperaturerisesrapidly,andextremeweathersuchasstormsandheatwavescausedbyglobalwarmingseriouslyendangershumanlifeandproperty.InChina,thedualcarbongoals,thatis,peakcarbondioxideemissionby2030andcarbonneutralizationby2060areincludedinthe14thFive-YearPlan.Thedualcarbongoalsaremajorresponsibilitiesoftheglobaltocopewithclimatechangesandimportantcornerstonesforsustainabledevelopmentofindustriesandenterprises.Inthetelecommunicationsindustry,carbondioxideemissionsaremainlyfromconsumedelectricity.Theenergyconsumptionofbasestations,communicationequipmentrooms,anddatacentersaccountsforthemajorproportionofthetotalenergyconsumption.Therefore,itiscriticaltosaveenergyfortheseitems.Theenergyconsumptionofa5Gbasestationatfullloadisabout3to4timesthatofa4Gbasestation.Especiallywiththeformalcommercialuseof5Gnetworks,energyconsumptionincreasessignificantly.Thesixtypicalscenariosandfifteencapabilityindicators[1]proposedfor6Gposehigherrequirementsonspeed,capacity,latency,positioning,anduserexperiencefrommultipledimensionssuchasintelligence,sensing,andubiquity.Thisdrives6Gtohigherfrequency,largerbandwidth,andmorecomputingpower,whichbringsseverechallengesto6Gnetworkenergysaving.Higherfrequency:Thecoverageradiusof6Gmillimeterwavebasestationsisonly30%thatof5G3.5GHzbasestations,andthepoweramplificationefficiencyof6Gmillimeterwavebasestationsisabout7%to15%.Thespecificvaluevariesdependingontheprocess.Forexample,itis7%+forthesilicongermanium(SiGe)processand15%+forthegalliumnitride(GaN)process,whichisonly1/7to1/3thatoftraditional5Gbasestations.Therefore,moreenergyisrequiredtosupportnormaloperationofthepoweramplifier(PA)of6Gmillimeterwavebasestations.Largerbandwidth:Largebandwidthandmultipleantennasarethemainfactorsforincreasedpowerconsumptionof5Gbasestations.Thepowerconsumptionofa5Gbasestationis3to4timesthatofa4Gbasestation.Accordingtotheintergenerationalgrowthpatternofbandwidth,itisexpectedthatthe6Gbandwidthcanreach500MHzto1GHz.Ifthetransmitpowerperunitofbandwidthremainsunchanged,itisestimatedthatthetransmitpowerof6Gbasestationsismorethanfivetimesthatof5Gbasestations,andtheoverallpowerconsumptionofa6Gbasestationismorethanfourtimesthatofa5Gbasestation.Morecomputingpower:Endogenousintelligenceisanimportantfeatureof6G.Commonlyusedartificialintelligence(AI)modelsincludeadozenofmegabytestohundredsofgigabytesofmodelparameters.Forexample,ChatGPTcontains175billionmodelparameters,anduses10,000V100GPUsformodeltraining.AccordingtoaroughcalculationbytheGlobalZeroEmissionResearchCenter(GZR),itspowerconsumptionexceeds1.68millionkilowatt-hours.Ifthenumberofvisitorsperdayis1million,about12,000kilowatt-hoursofelectricityareconsumedeveryday.Greenandenergysavingshouldbethebasicprinciplesfordevelopingnewinnovative6Gtechnologies,soastoimprovesystemenergyefficiencyandimplementagreenandecologicaloperatingmodel.Inaddition,6Gtechnologiesshouldempowerthousandsofindustriestohelpallwalksoflifeperformdigitaltransformationthoroughly,implementgreendevelopmentstrategies,andjointlywriteanewchapterofasharedfutureforthemankind.PerformanceIndicatorsEnergyefficiencyisanimportantperformanceindicatorforevaluatingnetworkenergyconsumption.canfindeffectivemethodsfornetworkenergysavingfromthedefinitionofenergyefficiency.Energyefficiencyisdefinedinacademicresearchastheamountofdatathatcanbetransmittedunderunitofenergyconsumedandismeasuredinbit/joule(bit/J).improveenergyefficiency,wecanconsidertheamountofdatatransmittedandenergyconsumption.First,wecaneffectivelyimprovethetransmissionrate.Second,wecanreducetheenergyconsumedfortransmittingtheunitamountofdata.Inaddition,theinternationaltelecommunicationunion(ITU)definestheenergyefficiencyoftraditional5Gnetworksastheairinterfacecapabilities[2]thatarerelatedtoprovidedservicesandusedtominimizeenergyconsumptionoftheradioaccessnetwork(RAN).Theenergyefficiencyincludestwofactors:(1)Networkside:thenumberofinformationbitstransmittedorreceivedbytheuserequipment(UE)ontheRANperunitofenergyconsumed;(2)UEside:unitofenergyconsumedbycommunicationmodules,measuredinbit/J[3].Therefore,toimprovenetworkenergyefficiencyandachievenetworkenergysaving,wecantakemeasuresfromthenetworkandUE.As6Gappliestodiversifiedapplicationscenarioswithdifferenttransmissionperformancerequirementsonairinterfaces,thenetworkenergyefficiencycanbedefinedastheratiooftheperformanceindicatortothepowerconsumptioninaspecificscenario.Thishelpsreflecttheactualperformancerequirementsandenergyconsumptioninthescenariomorecomprehensivelyandobjectively.Specifically,energyefficiencycanbedefinedasthedatarateperunitofenergyconsumedinhigh-speedscenarios,measuredinbps/J,thetransmissionlatencyperunitofenergyconsumedinlow-latencyscenarios,measuredins/J,andthecoveragedistanceperunitofenergyconsumedinwidecoveragescenarios,measuredinm/J.Similarly,inintegrated6Gscenarios,theenergyefficiencycanbeconsideredinmultipledimensions.Theenergyefficiencycorrespondstoperformanceindicatorsin6Gscenarios,whichhelpsevaluatetheairinterfaceperformanceperunitofenergyconsumedmorecomprehensivelyandmeetrequirementsindiversified6Gapplicationscenarios.StandardProgress3GPP,aninternationalmobilecommunicationstandardorganization,carriedoutdiscussionsonnetworkenergysavingtechnologiesinRelease18,whichincludesthestudyitem(SI)andworkitem(WI).SIStageAttheRANmeeting#94eheldinDecember2021,theresearchcontentofnetworkenergysavingwasformallydetermined,whichmainlyincludesthefollowingthreeaspects:Establishanenergyconsumptionsimulationmodelforbasestationstoevaluatetheperformanceofnetworkenergysavingsolutions.ProvideevaluationmethodsandKPIsfornetworkenergysaving.ResearchandidentifyenergysavingtechnologiesonthegNBandUEsides.TheSIstagelastsfornearlyoneyear,focusesonthesimulationmodelsandevaluationmethodsfornetworkenergysaving,andthenetworkenergysavingtechnologiesintime,frequency,spatial,andpowerdomains,UEauxiliaryinformation,andotheraspects,andprovidesthesimulationresults.RelatedresearchcontentformsTR38.864[4].WIStageBasedontheresearchprogressintheSIstage,theWIstagefocusesonsometechnologieswithhighenergysavinggains.AttheRANmeeting#98heldinDecember2022,theworkcontentofnetworkenergysavingwasdeterminedasfollows:Networkenergysavingtechnologiesinspatialandpowerdomainsbasedonchannelstateinformation(CSI)enhancementCelldiscontinuoustransmission/reception(DTX/DRX)SSB-lessSCellininter-bandmulti-carrier(CA)scenarios(applicableonlytoFR1andco-locatedcells)SolutionforpreventinglegacyUEsfromcampingincellsimplementingRel-18networkenergysavingtechnologiesInter-nodebeamactivationandenhancedpagingwithinlimitedareasEnhancedcellhandoverprocessSomenetworkenergysavingtechnologiesstudiedintheSIstagearenotstandardized.furtherreducenetworkenergyconsumptionandlaythefoundationfor6G,3GPPRelease19furtherstandardizesnetworkenergysaving.KeyTechnologie