爱立信BBU深度节电功能助力中国移动5G网络绿色运营

近期，爱立信联合中国移动在江西现网1600多个站点开通了基带处理单元（BBU）深度节电功能，全部站点BBU平均功耗下降不低于30%。与此同时，BBU板卡板温平均下降5摄氏度左右，单板平均寿命和可靠性得到显著提高。

图1：BBU深度节电功能现网测试效果

从2022年中南部某市23个站点BBU深度节电功能试验结果看（图1），BBU深度节电功能开启后，BBU平均功耗下降32%，系统流量稳定，无KPI影响，每GB电量可节省20%。

对此，中国移动江西地市公司的客户对爱立信的BBU深度节电功能表示了高度认可：“爱立信5G主流BBU设备支持BBU节能技术，开启相关参数即可。在前期地市公司现网开展的3个站点BBU节能功能测试中，对比开启前、后的3天平均能耗，单个BBU平均功耗节省30%左右，无KPI影响。”

随着中国5G网络建设和规模的进一步扩大，5G NR中频段和低频段的现网存量基站已经达到234万站。5G网络在给用户带来更加优质体验的同时，其大带宽、多天线、大功率发射的特点必然带来基站功耗明显上升。同时，5G网络建设至今，现有网络整体负荷相对网络支持能力之间还有一定差距。如何加强与提升5G现网的能效比不仅是运营商和设备商共同面临的课题，也是当今社会绿色发展的需求。5G网络能效提升与节能功能部署是当下运营商关注的重中之重。

AAU/RRU和BBU是5G基站的主要能耗来源。如何在保证用户体验的前提下，尽可能降低AAU/RRU/BBU能耗是各个设备厂商和运营商共同面临的挑战。对于AAU/RRU，目前已经开展的节能功能部署主要包括亚帧关断、载波关断、通道关断、浅层休眠、深度休眠等；对于BBU，目前已经开展的节能功能部署则包括低业务节能、浅层休眠等。BBU系统的主要构成包括主控电路、基带电路、电源电路和同步电路、风扇等。其中基带电路是BBU系统能耗来源的最主要构成部分。因此，如何降低基带部分的功耗是BBU节能降耗的主要突破方向。

BBU基带电路的核心是超大规模数字集成电路ASIC芯片，其工作状态下功耗构成主要是静态功耗和动态功耗，其中静态功耗主要是ASIC芯片的漏电流产生的，基带ASIC芯片一旦上电完成，无论是否有基带协议栈信号处理任务，静态功耗就必然存在；动态功耗主要是由基带ASIC数字芯片内部逻辑电路运行时的状态翻转及伴随的充放电电流产生的功耗，所以动态功耗的大小取决于基带ASIC数字芯片的工艺制程、数字逻辑电路规模、芯片主频大小、内核和I/O接口逻辑电压摆幅、芯片运算负荷及工作温度等因素。

在BBU基带ASIC芯片工艺制程和工作温度确定的情况下，在保证用户体验的前提下，降低功耗的主要着眼点包括调整投入使用的数字逻辑电路规模、调整芯片主频和内核电压摆幅等措施。其中，调整投入使用的数字逻辑电路规模是效果最好的技术措施，也是最难实现的技术措施。

5G网络基带信号处理协议栈由NR RAN 软件和基带硬件共同完成，软、硬件的高效协同才能实现最大化的能效比。通常软件功能和硬件资源在协同工作中，功能映射是静态的，这样做的好处是架构简单，在应对高中低不同业务负荷时无需调整软件对硬件资源的分配和使用；但这样做也有弊端，即对于系统中低业务负荷下全部硬件资源都处于上电工作状态，全部基带芯片资源的静态功耗和动态功耗和业务负荷关系不大。

爱立信BBU数字基带芯片采用了爱立信硅芯科技（Ericsson Silicon）超大规模集成电路系统级芯片（System on Chip，也被称为片上系统），并采用模块化系统架构设计（图2），SoC基带硬件和RAN 软件紧密协同配合主要完成无线通信协议栈层一和层二的用户业务和控制信令基带信号处理。系统设计中考虑到在不同业务负荷情况下RAN软件根据业务智能感知所需要使用的基带硬件资源，调用SoC芯片内部的不同基带模块投入运算，并结合BBU硬件板级电源域颗粒化设计和SoC内部模块化电源域的设计，可将不投入使用的基带模块电路实现半静态或动态关断（图3）从而大幅度节省BBU系统能耗；同时，RAN 软件可根据业务动态变化所需基带模块资源，动态调配所需基带模块资源，启动或停止相应基带模块的使用，以保证在不影响业务负荷和用户感知的情况下，最大化BBU系统节能。

图2：BBU SoC系统模块化架构设计示意

图3：BBU开启深度节电功能示意