基于c-ran架構(gòu)的lte無線專網(wǎng)的能耗檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，包括如下步驟：根據(jù)C-RAN架構(gòu)的建立LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的待測設(shè)備的能耗模型；在所述的待測設(shè)備運(yùn)行中，計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的能耗值、模擬射頻單元能耗部分的能耗值、功率放大模塊能耗部分的能耗值以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分的能耗值；根據(jù)所述計(jì)算的能耗值確定LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的總能耗值。本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能耗的精確計(jì)算，每部分能耗對應(yīng)有實(shí)體物理單元載體，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或者信號處理算法發(fā)生改變時，也能夠?qū)崟r精確地檢測其所帶來的能耗改變，為LTE無線專網(wǎng)能耗檢測及控制提供重要參考。
【專利說明】基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力行業(yè)近年來數(shù)據(jù)量急劇增長，尤其是IOkV以下配電側(cè)的配網(wǎng)自動化、計(jì)量自動化端業(yè)務(wù)，面臨著地域廣、接入多的需求，傳統(tǒng)的光纖覆蓋方式見效慢，急需LTE無線專網(wǎng)作為它的補(bǔ)充通信手段。
[0003]因此,供電單位自建了 LTE (Long Term Evolution,長期演進(jìn)計(jì)劃)無線專網(wǎng)，希望獲得更高的系統(tǒng)帶寬、更快的業(yè)務(wù)接入效果來滿足配網(wǎng)自動化和計(jì)量自動化的需求。未來的 LTE 網(wǎng)絡(luò)在使用 0FDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交頻分復(fù)用技術(shù))作為其傳輸技術(shù)的同時，引入了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)HetNet (Heterogeneous Network,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò))的概念，通過在同一區(qū)域部署宏蜂窩以及多個密集分布的微蜂窩進(jìn)行重疊覆蓋，縮短用戶到天線的距離，從而減小發(fā)射功率，增加頻率復(fù)用。一種有效的HetNet部署方法是采用基于云的無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即C-RAN (Cloud-based radio access network,基于云的無線接入網(wǎng)絡(luò))架構(gòu)，將傳統(tǒng)的基站分為無線射頻單元RRH (Remote Radio Head,遠(yuǎn)端射頻單元)及基帶處理單元BBU (Baseband Unit,基帶處理單元),二者之間通過光纖連接。如圖1所示，C-RAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有如下特點(diǎn):
[0004](I)RRH的部署將簡便快捷，只需架設(shè)天線及相應(yīng)的射頻單元；
[0005](2 ) BBU在骨干中心機(jī)房實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一建設(shè)，統(tǒng)一運(yùn)維，降低了系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)維成本；
[0006](3) RRH與BBU通過高速率、低延時的光纖連接，可實(shí)現(xiàn)信息的集中化處理。
[0007]由于上述特點(diǎn)，C-RAN又被稱為是融合4C特點(diǎn)的綠色無線接入網(wǎng)，是LTE無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要演進(jìn)方案，所謂4C,即Clean(節(jié)能減排)、Centralized(集中處理)、Cooperative(協(xié)作式無線電)和Cloud (利用了云計(jì)算能力的軟硬件平臺)。
[0008]由于國家“節(jié)能減排”戰(zhàn)略的提出，通信網(wǎng)絡(luò)的能耗問題得到了越來越多的關(guān)注。但是，目前為止，業(yè)內(nèi)還沒有專門的模型來精確計(jì)算C-RAN網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。
[0009]現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)能耗模型一般是基于傳統(tǒng)的“樓上天線，樓下機(jī)房”的基站設(shè)計(jì)模式，這種模型不論從結(jié)構(gòu)還是功能上都不適用于新型的C-RAN架構(gòu)。若采用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能耗模型來計(jì)算C-RAN網(wǎng)絡(luò)的能耗，將有如下問題:
[0010](I)無線射頻單元RRH僅包含天線及相應(yīng)的基本射頻單元，而傳統(tǒng)的能耗模型則還需考慮天線的饋電損耗等因素；
[0011](2)中心基帶處理單元BBU集中在中心骨干機(jī)房，統(tǒng)一運(yùn)維，而傳統(tǒng)的能耗模型則還包括每個基站的獨(dú)立運(yùn)維，空調(diào)冷卻等因素；
[0012](3)無線射頻單元RRH與中心基帶處理單元BBU通過光纖連接，需要相應(yīng)的CPRI(Common Public Radio Interface,通用公共無線接口)光/電轉(zhuǎn)換接口，而傳統(tǒng)的能耗模型不包括CPRI接口及其能耗；[0013](4)通過光纖連接到中心基帶處理單元BBU的多個無線射頻單元RRH可通過協(xié)作傳輸來提升系統(tǒng)吞吐量，但傳統(tǒng)的能耗模型則未考慮到這種協(xié)作傳輸所帶來的計(jì)算復(fù)雜度及能耗。
[0014]基于上述問題的分析，現(xiàn)有的能耗檢測技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)能耗檢測的需求，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性較低，難以得到更為準(zhǔn)確的系統(tǒng)的總能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]基于此，有必要針對上述問題，提供一種基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法。
[0016]一種基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，包括如下步驟:
[0017]根據(jù)C-RAN架構(gòu)的建立LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的待測設(shè)備的能耗模型；其中，所述待測設(shè)備包括數(shù)字基帶處理單元、宏蜂窩射頻單元和微蜂窩射頻單元；
[0018]所述能耗模型包括數(shù)字基帶處理能耗部分、模擬射頻單元能耗部分、功率放大模塊能耗部分以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分；
[0019]所述數(shù)字基帶處理能耗模塊包括數(shù)字預(yù)畸變子成分、濾波子成分、多載波傳輸子成分、線性頻域處理子成分、非線性頻域處理子成分、光傳輸接口子成分、前向糾錯編碼子成分、CPU子成分；
[0020]所述模擬射頻單元能耗部分包括IQ信號調(diào)制器子成分、可變衰減器子成分、緩沖寄存器子成分、正向電壓控制振蕩器子成分、反饋電壓控制振蕩器子成分、時鐘子成分、模數(shù)轉(zhuǎn)換子成分、數(shù)模轉(zhuǎn)換子成分；
[0021]所述功率放大模塊能耗部分包括最大發(fā)射功率子成分、功率放大器效率子成分、天線饋電子成分；
[0022]所述系統(tǒng)環(huán)境能耗部分包括交流直流轉(zhuǎn)換子成分、高低電壓轉(zhuǎn)換子成分和冷卻組件子成分。
[0023]在所述的待測設(shè)備運(yùn)行中，計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的能耗值、模擬射頻單元能耗部分的能耗值、功率放大模塊能耗部分的能耗值以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分的能耗值；
[0024]根據(jù)所述計(jì)算的能耗值確定LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的總能耗值。
[0025]上述基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，建立LTE無線專網(wǎng)的模塊化的能耗模型，把系統(tǒng)分為基站的基帶處理單元、遠(yuǎn)端射頻單元以及光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)三個部分，每個部分分別從數(shù)字基帶處理、功率放大器、無線射頻單元及系統(tǒng)環(huán)境消耗四個方面進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而得到系統(tǒng)的總能耗。通過上述模塊化的劃分，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能耗的精確計(jì)算，每部分能耗對應(yīng)有實(shí)體物理單元載體，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或者信號處理算法發(fā)生改變時，也能夠?qū)崟r精確地檢測其所帶來的能耗改變，為LTE無線專網(wǎng)能耗檢測及控制提供重要參考。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為典型的C-RAN系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)鋱D；
[0027]圖2為本發(fā)明基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法流程圖；
[0028]圖3為一個示例的能耗模型結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)描述。
[0030]參考圖2所示，圖2為本發(fā)明基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法流程圖，包括如下步驟:
[0031]步驟S10，根據(jù)C-RAN架構(gòu)的建立LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的待測設(shè)備的能耗模型；其中，所述待測設(shè)備包括數(shù)字基帶處理單元、宏蜂窩射頻單元和微蜂窩射頻單元；
[0032]所述能耗模型包括數(shù)字基帶處理能耗部分、模擬射頻單元能耗部分、功率放大模塊能耗部分以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分；
[0033]所述數(shù)字基帶處理能耗模塊包括數(shù)字預(yù)畸變子成分、濾波子成分、多載波傳輸子成分、線性頻域處理子成分、非線性頻域處理子成分、光傳輸接口子成分、前向糾錯編碼子成分、CPU子成分；
[0034]所述模擬射頻單元能耗部分包括IQ信號調(diào)制器子成分、可變衰減器子成分、緩沖寄存器子成分、正向電壓控制振蕩器子成分、反饋電壓控制振蕩器子成分、時鐘子成分、模數(shù)轉(zhuǎn)換子成分、數(shù)模轉(zhuǎn)換子成分；
[0035]所述功率放大模塊能耗部分包括最大發(fā)射功率子成分、功率放大器效率子成分、天線饋電子成分；
[0036]所述系統(tǒng)環(huán)境能耗部分包括交流直流轉(zhuǎn)換子成分、高低電壓轉(zhuǎn)換子成分和冷卻組件子成分。
[0037]參考圖3所示，圖3為一個示例的能耗模型結(jié)構(gòu)示意圖，其中，BBU為基站的基帶處理單元，H-RRH為宏蜂窩射頻單元，提供基本覆蓋，；L-RRH為微蜂窩射頻單元，增強(qiáng)頻率復(fù)
用，提供重疊覆蓋。
[0038](I)對于能耗模型數(shù)字基帶處理能耗部分，具體分析如下:
[0039].數(shù)字預(yù)畸變(Digital Pre-Distortion, DPD),用于補(bǔ)償非線性功放的失真,使信號被線性放大。
[0040].濾波(Filter)，包括升/降采樣與濾波，用于在發(fā)送端對信號進(jìn)行過采樣發(fā)送，提高信號抗混疊的能力；在接收端，通過濾波對信號進(jìn)行降采樣處理。
[0041].多載波傳輸(0FDM),系統(tǒng)多載波傳輸?shù)南嚓P(guān)處理部分。
[0042].線性頻域處理(FD, Iin),非線性頻域處理(FD, nl),為基帶相關(guān)的頻域處理部分，其中非線性頻域處理包含了與協(xié)作傳輸相關(guān)的預(yù)編碼計(jì)算f(r)，r為與預(yù)編碼相關(guān)參數(shù)。
[0043].光傳輸接口( CPRI)為BBU端口的接口，CPRI接口的功率消耗在RRH和BBU兩側(cè)都產(chǎn)生，其在活動的RRH中占的比例不斷增加，CPRI信道在空閑狀態(tài)的RRH中的功耗可以忽略不計(jì)，通常每一個CPRI信道消耗1.5瓦。
[0044].前向糾錯編碼(FEC),為系統(tǒng)前向糾錯編碼部分。
[0045].CPU為系統(tǒng)基本的控制單元部分。
[0046]一般情況下，在數(shù)字基帶處理能耗部分中，CPRI和非線性頻域處理的功率消耗占主導(dǎo)地位。[0047](2)對于模擬射頻單元能耗部分，由于相關(guān)功率放大部分和基帶處理部分是分別建模到數(shù)字基帶處理能耗部分和功率放大模塊能耗部分，因此，本發(fā)明的能耗模型中，射頻(Radio Frequency,簡稱RF)部分的能耗是相對固定的,每個子成分具體分析如下:
[0048].IQ信號調(diào)制器，是系統(tǒng)將信號調(diào)制成1、Q兩路信號傳輸部分。
[0049].可變衰減器，是調(diào)整發(fā)射功率，以保護(hù)發(fā)射單元部分。
[0050].緩沖寄存器，緩存相關(guān)數(shù)據(jù)單元部分。
[0051].正向電壓控制振蕩器、反饋電壓控制振蕩器，是用于產(chǎn)生調(diào)頻信號部分。
[0052].時鐘，是時鐘發(fā)生器/緩沖器產(chǎn)生時鐘信號部分，用于通過緩沖器加強(qiáng)時鐘發(fā)生器的帶負(fù)載能力，同時減少負(fù)載對時鐘發(fā)生器的干擾和影響。
[0053].模數(shù)轉(zhuǎn)換(DA)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(AD)，是系統(tǒng)分別用于模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換部分。
[0054]由于射頻部分的能耗相對固定，因此，總的能耗根據(jù)每個子成分消耗的功率求和即可得到，一般情況下，模擬射頻組件在微蜂窩基站中消耗0.2瓦，在宏蜂窩基站中消耗
5.7 瓦。
[0055](3)對于功率放大模塊能耗部分,主要由功率放大器(Power Amplifier,簡稱PA)的效率、最大發(fā)射功率和饋電損耗所決定。
[0056](4)對于系統(tǒng)環(huán)境能耗部分，主要是考慮涉及到供電的子成分，即交流直流轉(zhuǎn)換(AC-DC)、高低電壓轉(zhuǎn)換(DC-DC)以及冷卻組件。一般情況下，BBU, H-RRH和L-RRH的能耗中，有10%用于冷卻，5%用于DC-DC轉(zhuǎn)換，10%用于AC-DC轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)環(huán)境能耗大概占三者能耗總和的25%左右。
[0057]另外，如果只有BBU需要主動散熱、RRH采用被動散熱，則H-RRH和L-RRH的冷卻系數(shù)為O。
[0058]綜合上述實(shí)施例的能耗模型，無線射頻單元建模僅包含天線及相應(yīng)的基本射頻單元；中心的基帶處理單元建模集中了原來分布的基站的基帶處理單元，與之對應(yīng)的冷卻及基帶信號處理能耗統(tǒng)一建模到基帶處理單元中進(jìn)行計(jì)算；在無線射頻單元與中心的基帶處理單元增加對應(yīng)的CPRI光/電轉(zhuǎn)換接口能耗建模；模型中增加了對協(xié)作傳輸在信號處理平臺進(jìn)行大量復(fù)雜計(jì)算產(chǎn)生大量能耗的建模。
[0059]步驟S20，在所述的待測設(shè)備運(yùn)行中，計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的能耗值、模擬射頻單元能耗部分的能耗值、功率放大模塊能耗部分的能耗值以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分的能耗值。
[0060]在一個實(shí)施例中，具體計(jì)算能耗值的方法包括如下:
[0061](I)對于根據(jù)所述參數(shù)值計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的能耗值的方法，具體包括如下:
[0062]計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的所有子成分能耗的總和:
[0063]Ps-PDPD+PFilter+PoFDM+PFD, Iin+PpD, πΙ+PcPRI+PfEC+PcPU
[0064]式中，Ps是數(shù)字基帶處理能耗部分的所有子成分能耗的總和，Pdpd為數(shù)字預(yù)畸變子成分、PFilter為濾波子成分、P0FDM為多載波傳輸子成分、PFD,lin為線性頻域處理子成分、PFD,nl為非線性頻域處理子成分、Pcpri為光傳輸接口子成分、PFEc為前向糾錯編碼子成分、為CPU子成分Potj ；
[0065]其中，每個子成分的功率消耗，計(jì)算公式如下:[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 根據(jù)C-RAN架構(gòu)的建立LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的待測設(shè)備的能耗模型；其中，所述待測設(shè)備包括數(shù)字基帶處理單元、宏蜂窩射頻單元和微蜂窩射頻單元； 所述能耗模型包括數(shù)字基帶處理能耗部分、模擬射頻單元能耗部分、功率放大模塊能耗部分以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分； 所述數(shù)字基帶處理能耗模塊包括數(shù)字預(yù)畸變子成分、濾波子成分、多載波傳輸子成分、線性頻域處理子成分、非線性頻域處理子成分、光傳輸接口子成分、前向糾錯編碼子成分、CPU子成分； 所述模擬射頻單元能耗部分包括IQ信號調(diào)制器子成分、可變衰減器子成分、緩沖寄存器子成分、正向電壓控制振蕩器子成分、反饋電壓控制振蕩器子成分、時鐘子成分、模數(shù)轉(zhuǎn)換子成分、數(shù)模轉(zhuǎn)換子成分； 所述功率放大模塊能耗部分包括最大發(fā)射功率子成分、功率放大器效率子成分、天線饋電子成分； 所述系統(tǒng)環(huán)境能耗部分包括交流直流轉(zhuǎn)換子成分、高低電壓轉(zhuǎn)換子成分和冷卻組件子成分。 在所述的待測設(shè)備運(yùn)行中，計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的能耗值、模擬射頻單元能耗部分的能耗值、功率放大模塊能耗部分的能耗值以及系統(tǒng)環(huán)境能耗部分的能耗值； 根據(jù)所述計(jì)算的 能耗值確定LTE無線專網(wǎng)系統(tǒng)的總能耗值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，其特征在于，根據(jù)所述參數(shù)值計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的能耗值的方法包括: 計(jì)算待測設(shè)備的數(shù)字基帶處理能耗部分的所有子成分能耗的總和:
Ps_PDPD+PFilter+PoFDM+PFD，lin^FD, πΙ+PcPRI+PfEC+PcPU 式中，Ps是數(shù)字基帶處理能耗部分的所有子成分能耗的總和，Pdpd為數(shù)字預(yù)畸變子成分、PFilter為濾波子成分、P0FDM為多載波傳輸子成分、PFD, Iin為線性頻域處理子成分、PFD, nl為非線性頻域處理子成分、Pcpri為光傳輸接口子成分、PFEc為前向糾錯編碼子成分、為CPU子成分Potj ； 其中，每個子成分的功率消耗，計(jì)算公式如下:P = d*CiOPS 式中，P為子成分對應(yīng)設(shè)備能耗，單位瓦特，GOPS為子成分對應(yīng)設(shè)備能耗的千兆每秒計(jì)數(shù)值5為子成分對應(yīng)設(shè)備的工藝因素； 計(jì)算數(shù)字基帶處理能耗部分的功率消耗:
Pbb-Ps (I+rI Leak) 式中，Pbb為數(shù)字基帶處理能耗部分的功率消耗，n Leak是對待測設(shè)備的CMOS漏電流的補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，其特征在于，計(jì)算功率放大模塊能耗部分的能耗值的方法包括:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，其特征在于，計(jì)算模擬射頻單元能耗部分的能耗值的方法包括:
Prf-Piq+Pk+Pi+Pui+Pu2+I3Time+PAD+Pda 式中，Pkf為模擬射頻單元能耗部分的能耗值，Piq為IQ信號調(diào)制器子成分的能耗值、Pk為可變衰減器子成分的能耗值、P為緩沖寄存器子成分的能耗值、Pui為正向電壓控制振蕩器子成分、Pu2為反饋電壓控制振蕩器子成分的能耗值、Pliffle為時鐘子成分的能耗值、Pad為模數(shù)轉(zhuǎn)換子成分、Pda為數(shù)模轉(zhuǎn)換子成分的能耗值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，其特征在于，計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境能耗部分的能耗值的方法包括:
Pov= (Pbb+Prf+Ppa) X ((1+ Π。。。1) (1+ rI dcdc) (1+ rI acdc) ~D 式中，Pbb為數(shù)字基帶處理能耗部分的功率消耗，Ppa為功率放大模塊能耗部分的能耗值，Pkf為模擬射頻單元能耗部分的能耗值，為系統(tǒng)環(huán)境能耗部分的能耗值，nac;d。為交流直流轉(zhuǎn)換系數(shù)，Hdwi。為高低電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)，Hcxral為冷卻組件的冷卻系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C-RAN架構(gòu)的LTE無線專網(wǎng)的能耗檢測方法，其特征在于，rIcoo1-1Oyo, rI dcdc_5%，rI acdc-10^°°
【文檔編號】H04W24/08GK103826256SQ201410073746
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】孫穎, 衷宇清, 王敏, 王浩, 王素杰 申請人:廣州供電局有限公司