5G-R节能技术探究

        5G-R采用比GSM-R系统更高的频段，随着多天线技术的应用，5G-R基站较当前的GSM-R基站能耗明显增加，节能降耗是5G-R发展中的重要议题。铁路环境的高可靠性、高可用性QoS要求对5G-R系统的网络结构、冗余结构有特殊需求，5G-R基站组件与公网5G基站存在一定差别，加之铁路场景下基站安装使用方式也与公网有所不同，因此5G-R基站无法直接套用5G公网基站节能方案，而需要结合铁路应用特征专门开展研究。中兴通讯提出基于来车识别的载波点亮方案，通过准确识别来车，同时结合铁路通信网络业务潮汐效应特征，基于网络业务负荷在时间、空间上显著的不均衡分布等业务特征对铁路线路基站开启节能控制措施，取得了很好的节能效果。

业务场景分析

        铁路列车行驶速度一般在120~350km/h，列车发车间隔短则3分钟，长则10多分钟；5G-R网络多采用超级小区组网方式，单个超级小区覆盖距离约11km左右，列车在小区停留时间大概为0.5分钟到1分钟左右。综合分析，5G-R网络中，基站为列车实际服务时长有限，大部分时间段处于信号空发状态（见表1、表2）。

        以上分析可见，站点大量的离散时间都是无用户的信号空发状态，基站持续激活就产生了大量的能源浪费，那么引入智能化技术，动态识别列车来与去，从而适时休眠，就是节能技术的着眼点。

节能技术实现

        5G-R网络中列车自身是以快速时分的方式通过各小区的，每个5G-R小区为列车提供服务的时间很短，假如先将高铁小区常态设置为节能状态，仅在检测到有列车即将通过时及时退出相应小区的节能状态，当列车通过后再次进入节能状态，就可实现能效双赢。基于来车识别的载波点亮功能就是以此为方案切入点。

        方案首先将沿线站点小区从逻辑上区分为“哨兵小区”和“节能小区”两类，通常将与站台小区邻接的小区设置为哨兵小区，哨兵小区负责动态识别来车，识别到来车后通过邻区广播消息向邻区（节能小区）广播自身来车状态，激活节能小区及时恢复无线服务。节能小区检测到列车来车消息后立刻唤醒，并击鼓传花的模式将设定好的下游节能小区依次唤醒做好服务准备，图1展示了列车来车唤醒的过程。当节能小区检测到小区去车之后，可以自行完成状态判断，进入载波关断状态实现节能。

        需要关注的是，列车运行中会频繁发生会车和超车，如果不能准确区分列车的运行方向，或不能区分列车，就会导致基站唤醒和休眠的控制混乱，影响节能效果或用户感知。为了解决这个难题，技术实现中对于进入哨兵小区和离开节能小区的列车通过唯一标识的手段打上标签，通过标识信息判断可判定运行方向，有了这个方向性判决便可解决两车进入同一小区后小区下一步工作状态的判决。

        中兴通讯为5G-R网络建设提供了全新平台的射频设备，该设备具备中兴通讯业界独有的自动启停技术，可实现设备在节能状态下的待机功耗保持在3w左右，这一能力可帮助5G-R网络在停运阶段呈现出近零碳的极致节能状态。

        在运营期间部署基于来车识别的载波点亮功能可实现30%的综合节能收益，停运期间部署自动启停节能收益可高于95%。5G-R无线网络中的哨兵小区是不进行休眠节能的，可以实时感知到维保列车进入，按需唤醒节能小区，同时也可以人工修改节能策略及时实现整体网络的无线保障。

        此外，基于来车识别的载波点亮功能在不对现网进行组网修改和设备引入的前提下可以后台控制开启。动态识别到车辆策略经过普通运营商高铁网络验证，用户识别准确性稳定，载波唤醒/关断等流程稳定正常，部署前后指标无异常波动，使用多部终端进行车上业务测试，测试感知正常。

        解决5G基站的高能耗问题，降低碳排放，推动铁路的绿色发展，助力国家“双碳”目标如期实现，是目前铁路通信领域亟待解决的重要问题之一。后续中兴通讯基站会进一步迭代融入列车运行时刻表的学习结果与训练能力，确保列车提升运营时段的网络服务和智能化的节能技术的创新应用。同时我们将进一步推动设备的技术进步，做到更快更精准的按需唤醒。