网络能效阶段 3A

2日期: 07.11. 2023保密类 ： P - 公开编辑 / 提交者:Antonio De Domenico, 华为Rishikesh Chakraborty ， 沃达丰批准人 / 日期 ： NGMN 联盟董事会 ， 2023 年 10 月 27 日有效能量MNOs 的节约策略和最佳做法NGMN 联盟版本: 1.0文件类型:最终交付物 (批准)项目 ： 绿色未来网络NGMN 计划办公室:克里斯 · 霍格 ， 代表 NGMN对于公共文件 （ P ） ：© 2023 下一代移动网络联盟 e. V. 保留所有权利。未经 NGMN 联盟 e. V. 的事先书面许可 ， 不得以任何形式或任何方式复制或传输本文档的任何部分。本文档中包含的信息代表了 NGMN 联盟 e 的当前观点。V.截至发布日讨论的问题。本文件按 “原样 ” 提供，不作任何保证，包括任何适销性、不侵权或适用于任何特定目的的保证。与使用本文档中的信息有关的所有责任 （ 包括侵犯任何财产权的责任 ） 均不予承担。此处不授予任何知识产权的明示或暗示许可。本文档仅供参考，如有更改，恕不另行通知。 3执行摘要近年来，移动网络运营商 （ MNO ） 面临着更加复杂的繁忙环境。能源市场的紧缩以及天然气价格的飙升导致了充满挑战的能源格局。MNO 运营成本的显着增加影响了实现转型连接目标和实现投资目标的努力。幸运的是，MNO 正在通过以下方式共同应对以减轻这场危机 ： （ 1 ） 通过实施效率措施来减少能源消耗，以及 （ 2 ） 通过确保能源供应的稳定性。为了提高能源效率，MNO 采用了多种方法，其中最有效的方法在本出版物中得到了强调。具体来说，MNO 建议关闭传统网络，重新调整频谱以实现更节能的无线接入技术 （ RAT ） 。他们还强调需要加快无线接入网 (RAN) 设备的现代化，以集成更节能的硬件。此外, 应当实现功率节省特征, 诸如在低业务时段期间关闭容量载波频率。重要的是, 可以激活极端深度休眠状态作为进一步优化基站 (BS) 处的能量消耗的手段。为了减少能量消耗, 一些 MNO 已经探索了其他方法。其中包括简化的网络站点架构，以减少对主动冷却的需求，使用更先进的监测和控制系统，并考虑液体冷却。为了确保能源供应的稳定性，MNO 正在努力加快网络站点向可再生能源的过渡，并结合备用电池存储。MNO 还寻求优化网络能源灵活性。最终，如果能源危机持续存在，MNO 对这一具有挑战性的能源格局的集体反应产生了一系列被视为 “最佳实践 ” 的方法，这些方法可能与未来的解决方案相关。这包括在可能的情况下关闭 2G 和 3G，转向更节能的 RAN 设备，特别是在 4G 和 5G 就业方面。此外，从传统空调单元转向更节能的冷却解决方案可能是优化能耗的有效方法。NGMN 将为上述建议辩护，以减轻 MNO 面临的能源挑战。建立在本出版物上的未来工作还将着眼于可以通过提高网络能量效率来支持使移动网络更绿色的努力的新技术。这可能包括考虑人工智能 （ AI ） 以实现更智能的能源管理。它还涉及寻找在移动网络中嵌入软件的新机会。 4CONTENTS范围和TELCO 部门面临的挑战能源.................................603MNO 对危机..................................................................7减少能量消费 84.1提高现场能源效率通过模块化站点体系结构 84.294.3提高冷却效率 ：液体冷却 104.4114.4.1114.4.212Ensuring Energy稳定性 135.1可再生发电和电池存储 135.2优化电池备份自主性...........................................145.3提高网络能源灵活性...........................................1406最佳实践................................................................1607缩写 1708ACKNOWLEDGEMENTS.................................1809参考文献.............................................................1901050204 501范围和INTRODUCTION能源效率，以及显著减少能源消耗的战略，再加上最小化和消除能源浪费，已经成为一项基本要求。这对环境和经济可持续性做出了回应，特别是在存在持续能源挑战的情况下。这些挑战包括新的和扩展的网络功能显着增加数据处理，尽管 5G 技术更高效。本出版物的目的是解决电信行业最近面临的能源价格飙升挑战，这些挑战加剧了提高网络能源效率的需求。这是 NGMN 联盟 （ NGMN ） 工作的第一个部分，通过减少能源消耗和努力保护能源稳定性而不影响网络性能，展示了 MNO 对具有挑战性的能源格局的集体反应。它遵循之前 NGMN 关于网络能效主题的出版物 [1] [2] 。第 2 节将电信行业，尤其是 MNO 强烈感受到的能源价格波动挑战背景化。然后，第 3 节以两种方式介绍了 MNO 对这种具有挑战性的气候的响应 ： 首先，在第 4 节中，通过概述用于减少网络能耗的方法，其次，在第 5 节中，通过提供解决方案来确保能源稳定性，以免破坏服务质量。联合国与能源有关的目标是确保所有人都能获得负担得起，可靠，可持续和现代的能源，这要求增加移动网络运营商最终总能耗中的可再生能源，并减少设备的能耗。最后，第 6 节处理了该分析的关键经验，强调了 MNO 采取的最佳做法。 602TELCO 部门面临的挑战由于多种因素 ， 能源市场在 2021 年开始收紧 ：1.在 COVID - 19 大流行之后 ， 经济异常迅速反弹 ， 增加了对能源的需求 ，2.北半球漫长而寒冷的冬天增加了全世界的能源需求 ，3.能源供应增长弱于预期。天然气价格涨幅最大 ， 达到历史最高水平。1能源形势的重要性进一步增长 ， 尤其是在 2022 年 ， 主要是由于供应减少 ， 能源贸易流动中断以及天然气供应安全的竞争 ， 这些价格在 2022 年 7 月和 8 月达到最高。在能源价格持续上涨这一具有挑战性的背景下，通过确保和稳定现有能源，尽可能降低能源成本成为电信行业的优先事项。然而，电信行业能源转型的另一个关键组成部分涉及通过提高网络能源效率来改变网络侧的能源消耗模式，以及向可再生能源过渡，以减少温室气体 (GHG) 排放，这符合缓解气候变化的目标，同时满足对扩展网络能力的需求。鉴于 2022 年价格上涨的前所未有和剧烈的性质，电信行业面临着显著增加的运营成本; 然而，试图确保能源供应以在短期内应对这些上涨的努力不应推迟其他重要的能源转型行动。在这种情况下，能源效率，特别是在移动网络中的能源效率将是能源转型的一个更重要的部分，并有助于减少全球的能源成本和温室气体排放。此外，如果国家电网暂时无法提供电力，MNO 可能会面临网络中断的威胁，这可能会在数小时内导致服务中断，甚至对于缺乏备用电力的站点而言，甚至是瞬间中断服务。这两个风险因素加在一起可能会破坏电信行业为公民，政府和企业提供的雄心勃勃的社会目标。1来源 ： IEA - 能源价格飞涨的背后是什么 ？ 接下来会发生什么 ？ 703MNO 对危机的反应MNO 采取了措施来管理能源危机。从广义上讲 ， 这分为两类 ：（ 1 ） 降低能耗，（ 2 ） 保证能源稳定，保持服务连续性。这包括开发解决方案，以支持向更绿色和更具弹性的网络过渡，并优化网络能效。Procedres.， 每单位消耗的能量传递的有用比特数。为了满足对新型 mobile 服务和严格性能要求的要求，MNO 已经部署了新站点。尽管这有助于增加能源消耗，但许多 MNO 通过逐步转向更节能的技术，使整体净能源消耗基本保持不变。其中包括进一步部署新的无线电接入技术 （ RAT ），其中 4G 和 5G 在承载相同流量时的能效至少是 3G 的五倍，以及 5G 大规模多输入多输出 （ M - MIMO ） 的应用，其能效至少是 4G M - MIMO 的三倍 [2] 。固定接入和核心 / 数据中心网络基础设施的整合提高了能源效率。优化能量消耗的另一种机制是通过动态使用低功率模式。为了帮助实现上述能效优化目标 ， 移动运营商正在大力降低 RAN 的能耗 ， 这几乎占网络总能耗的四分之三。•尽可能关闭 2G 和 3G 网络 ，2重新组装 2G 和 3G用于更节能的 RAT (例如 ， LTE 和 NR) 的频谱 ，3•加速 RAN 设备的现代化 ， 以受益于下一代节能解决方案 ，•实施省电功能 ， 以在低流量需求期间关闭容量层 ， 而不会对用户性能产生负面影响。以下小节更详细地描述了 MNO 用于管理能源挑战的方法。2根据分析梅森的说法 ， 使用独立 BS 运行 2G ， 3G ， 4G 和 5G 的 MNO 可以通过关闭 3G 在每个宏站点上减少多达 24.4 ％ 的能耗 [8]3 804降低能源消耗本节介绍了 MNO 用于减少或优化能耗的方法，作为应对具有挑战性的能源环境的努力的一部分。所使用的主要方法，其中每一个依次描述，是 ： 提高站点的能源效率，部署监测和控制系统，以检查能源消耗和网络性能参数，提高功率和冷却效率，优化在基站的能源消耗通过新的睡眠功能。4.1通过模块化现场架构提高现场能效如在 [2] 中讨论的, 无线电接入网络 (RAN) 计算与基站 (BS) 的所有移动网络电力消耗的大约四分之三, 通常导致典型小区站点的电力消耗的一半以上。除 BS 外，现场支持设备的能耗也很重要。在传统站点中，基于图 1 所示的架构，主要由空调设备室驱动的站点支持设备功耗可高达站点总能耗的 40 ％ 。在站点处消耗的所有功率是 BS 功率消耗和站点支持设备功率消耗的总和, 其中精确比率受一系列环境因素影响。在具有被动冷却的较冷环境中, 空调负荷较小, 在较暖的外部环境中, 空调负荷将明显较高。新颖的站点设计解决方案可以确定哪些站点真正需要空调和温度控制系统，以便仅在需要的地方部署这些系统。图 1 ： 带有室内场地支持设备的传统场地考虑到总站点能量消耗是 BS 和站点支持设备消耗的总和, 这可以通过减少这两个部件中的一个或两个的能量消耗来限制。以下小节重点介绍通过减少现场支持设备的能耗来提高现场能源效率。部分地, 这种优化涉及限制多个现场支持设备部件的功耗。从历史上看，访问站点部署涉及将站点支持设备放置在室内，而电信设备 （ 例如Procedre、 BS 、 RRU 和天线) 位于室外。使用模块化站点架构，站点支持设备可以从传统的室内站点移动到室外站点，如图 2 所示。将该设备中的一些转移到室外以及室外杆的进一步部署导致通过室外冷却而减少的能量消耗。这种方法还减少了由于功率连续性的转换而导致的功率损耗, 这可以通过部署具有高转换效率的最先进的功率解决方案而进一步最小化。关闭传统无线电接入技术 (RAT) 已经与向更简单架构的过渡以及能够在更高温度下运行的新颖硬件相关联, 这允许在室外而不是室内部署更多模块化组件。 9该方法的变型涉及将可以支持多种技术的网络组件 (例如, 天线、无线电和基带单元 (BBU)) 放置在一个集中化设备中, 而不会不利地影响实况网络上的用户体验。4图 2 ： 传统站点和简化站点重要的是要强调，在简化的现场在不同的环境条件下运行，实现低成本的散热控制，高效的热管理和高可靠性 ，硬件配置和处理要求，是一个挑战，这需要基于精确的热模拟设计和集成性能验证能力的系统设计方法。展望未来, 为了充分评估这些简化架构的节能有效性, 有必要就现场能效 (SEE) 的范围达成共识。它应该仅关注 RAN 还是还包括传输网络? 站点能耗数据的收集是 SEE 评估中的先决条件。有可能，