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未來10年是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展的主周期。相比3G/4G網(wǎng)絡(luò)，無論單基站能耗還是建設(shè)總量，5G網(wǎng)絡(luò)都遠高于它們。因此，5G建網(wǎng)降低能耗充滿挑戰(zhàn)。近期，三大電信運營商都設(shè)定了自己的減碳目標，正在積極推進5G建網(wǎng)走向綠色低碳。

共建共享5G基站

運營商紛紛公布減碳目標

在8月下旬的低碳日上，中國電信公布了自己的減碳目標。到“十四五”期末，實現(xiàn)單位電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗和單位電信業(yè)務(wù)總量碳排放下降23%以上。在5G網(wǎng)絡(luò)上，全面深化5G的共建共享，加快推動4G網(wǎng)絡(luò)存量資源的深度共享，同時深入開展基站節(jié)能技術(shù)研究推廣及應(yīng)用，“十四五”期間，實現(xiàn)4G/5G網(wǎng)絡(luò)共建共享節(jié)電量超過450億度，新建5G基站節(jié)電比例不低于20%。針對5G新建基站，中國移動、中國聯(lián)通也公布過不低于20%的節(jié)電目標。

9月1日，在世界5G大會上，5G與碳達峰、碳中和也是一個熱門話題。“目前5G基站的功耗比較高，相當于4G基站的3倍左右，但是從每比特耗能這個指標看，5G比4G其實已經(jīng)下降了很多。”中國移動研究院副院長黃宇紅說，“說實話，2019年5G商用之前，5G基站的功耗是4G現(xiàn)網(wǎng)的4~5倍，通過新的基站設(shè)計、高集成度的基站、新材料的應(yīng)用、新器件和新功能的改進，已經(jīng)使5G基站功耗降低了1/4，現(xiàn)在5G是4G功耗的3倍左右，后續(xù)還會積極采用各種新的技術(shù)。”

“中國聯(lián)通一年耗電不到200億度，大致分布在三個方面：無線網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心，目前這三者之間的耗電比例是7∶2∶1。”中國聯(lián)通研究院副院長魏進武說，“5G單基站的功耗是4G基站的3~4倍，這是因為5G采用了中高頻段，基站的密度比4G大。”

5G與智能平臺結(jié)合

5G網(wǎng)絡(luò)的共建共享是一件明顯節(jié)電的系統(tǒng)性舉措。

截至2021年6月，中國聯(lián)通與中國電信共建共享5G基站已經(jīng)達到46萬站、累計共享4G基站46萬站，每年可節(jié)約用電117億度以上，為雙方累計節(jié)省投資超過千億元。而在中國電信和中國聯(lián)通共建共享過程中，出現(xiàn)了大量的創(chuàng)新性解決方案。

5G將實現(xiàn)系統(tǒng)性減碳

5G要降低功耗并不是一個新話題。從發(fā)現(xiàn)5G基站功耗比4G高開始，從運營商到設(shè)備商都在想辦法把功耗降下來。業(yè)界的辦法相當一致：一方面要實現(xiàn)單基站功耗下降，另一方面要系統(tǒng)性考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大方向下手，實現(xiàn)明顯的節(jié)電成效。

黃宇紅說，針對5G網(wǎng)絡(luò)，我們在做“四新兩化”的降耗工作。“四新”包括新架構(gòu)、新功能、新材料、新能源四類，其中新架構(gòu)對5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)影響最大。“兩化”則是會引入人工智能技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)運轉(zhuǎn)更加智能，更加匹配業(yè)務(wù)的需要，包括采用靈活的開關(guān)、模塊等提高網(wǎng)絡(luò)效能、降低功耗。第二個“化”是協(xié)同化，通過終端、基站、網(wǎng)絡(luò)、動力環(huán)境設(shè)備，協(xié)調(diào)起來，進一步降低能耗。

圖片

5G基站與新能源結(jié)合

“對于耗能最大的無線基站設(shè)備，可再進一步優(yōu)化，例如降低基站的有源部分（有源即基站中用電部分），讓功耗進一步下降；例如在不同場景，減少宏基站天線的通道數(shù)，現(xiàn)在基本采用的是64通道、32通道的大規(guī)模天線，在一些具體場景，可以用2通道、4通道滿足需求，同時降低了功耗。”黃宇紅說，“在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，采用集中化部署的方式，降低對機房的要求，這不僅降低基站本身的功耗，還減少了配套的電源、空調(diào)等耗電大的設(shè)備。減少機房、集中化設(shè)置，可以降低不少功耗，中國移動在推動新型組網(wǎng)方式。”

在新功能上，會推動更多的智能化模塊、深度休眠、發(fā)射信號的設(shè)計，需要根據(jù)業(yè)務(wù)負荷，不高的時候不用工作，進一步降功耗。在新能源上，中國移動在加大利用太陽能為基站供電的部署力度。

“5G設(shè)備技術(shù)之外，還有網(wǎng)絡(luò)部署布局的進步和優(yōu)化，要在5G單站能耗提升的同時實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)能耗下降，就需要在網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)上下功夫，包括5G和4G的協(xié)同，以及簡化整體網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。”魏進武認為，“電網(wǎng)和通信基站之間如果能夠在部署上再優(yōu)化，也就是說，將移動通信基站和能源提供之間，再能推進深度共建共享，這種模式上的創(chuàng)新，可能比技術(shù)上的進步，帶來的效益和效果會更大。”

綠色5G的技術(shù)方向

8月31日，華為發(fā)布了《綠色5G白皮書》。華為無線網(wǎng)絡(luò)SRAN產(chǎn)品線總裁馬洪波表示，綠色5G網(wǎng)絡(luò)，將具備設(shè)備高集成化、站點極簡化、網(wǎng)絡(luò)智能化和全生命周期環(huán)?；膫€特征，由此產(chǎn)生出的綠色5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將在減碳“紅線”壓力下獲得更好的發(fā)展機會。

這些綠色技術(shù)可以分為單基站的降耗、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性降耗以及配套設(shè)備的降耗。在單基站中，射頻中將含有更多天線、一臺設(shè)備要支持從2G到5G的超寬頻，業(yè)內(nèi)稱之為“高密度”設(shè)備，其中的主要技術(shù)是5G Massive MIMO。實驗已經(jīng)表明，射頻單元（RRU）從單頻向三頻演進可獲得30%以上的節(jié)能收益。

“ITU定義5G網(wǎng)絡(luò)到2030年需要把整個能耗再下降45%，這是很有追求的一個目標。”華為無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品線首席營銷官甘斌告訴《中國電子報》記者，“移動通信每一代際協(xié)議有突破、產(chǎn)業(yè)有突破的時候，其實設(shè)備也會有非常大的突破。”5G有兩個關(guān)鍵創(chuàng)新，一個是Massive MIMO，一個是大帶寬，這兩個技術(shù)也是綠色5G最關(guān)鍵的兩個創(chuàng)新。

“現(xiàn)在所有講到的業(yè)界指標都是PA（功率放大器）效率如何提升，現(xiàn)在5G基站32通道、64通道，以后還會有128通道和更高的通道，射頻通道要提升，你會發(fā)現(xiàn)其中的重點是集成度在提升，芯片的集成度功耗要提升，所以我們在講Massive MIMO時，所有關(guān)鍵技術(shù)提升全部在有源部分，更多的創(chuàng)新焦點集中在提升轉(zhuǎn)化效率。”

基站的工作模式也會發(fā)生變化。未來的硬件休眠機制會更精細化。“在網(wǎng)絡(luò)中低負載下，影響設(shè)備能耗主要因素為硬件關(guān)斷深度和響應(yīng)時間。這可以通過硬件模塊化設(shè)計、精細休眠機制實現(xiàn)關(guān)斷深度和響應(yīng)時間的大幅優(yōu)化。”馬洪波說，“要支持這種顆粒度更小的休眠，需要對設(shè)備做智能化改進，但這對設(shè)備本身、對用戶，都會顯得更友好一些。設(shè)備下電再重啟，對設(shè)備是有損傷的。”

在這些綠色技術(shù)中，目前挑戰(zhàn)最大的是實現(xiàn)站點去機房、去空調(diào)化。無線站點的能耗主要來源于空調(diào)等外設(shè)設(shè)備。“我進一些機房，溫度都定得很低，低到十幾度，無線設(shè)備可以承受更高的環(huán)境溫度。”馬洪波表示，“要實現(xiàn)去機房化，一是實現(xiàn)機房集中化，這幾年一直在討論C-RAN（集中化無線接入網(wǎng)），通過前一段時間的部署已經(jīng)看到了成效，國內(nèi)的運營商也想繼續(xù)擴大機房集中化的范圍；二是實現(xiàn)站點室外化部署，減少空調(diào)使用并補充以液冷等高效散熱技術(shù)提升站點效率，實現(xiàn)站點能耗降低30%。”馬洪波提到一個更超前的想法，如果站點能夠上抱桿，站網(wǎng)的部署會更簡單，綜合降耗會更多。

引入太陽能等清潔能源，使用可循環(huán)利用的設(shè)備配件等，也是運營商和設(shè)備商在推動的減碳技術(shù)。例如將太陽能引入無線站點，并與業(yè)務(wù)聯(lián)動最大化利用太陽能板發(fā)電效率，在高日照地區(qū)可以減少50%的市電消耗。在保障用戶體驗的基礎(chǔ)上，借助智能網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)業(yè)務(wù)的變化實時調(diào)整頻譜、載波等網(wǎng)絡(luò)資源分配已成為業(yè)界的共識。

多地5G網(wǎng)絡(luò)部署經(jīng)驗表明，5G新技術(shù)的持續(xù)引入正推動網(wǎng)絡(luò)能效持續(xù)增長。引領(lǐng)業(yè)務(wù)向高制式承載，有助于充分利用5G高能效優(yōu)勢，降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗。

原標題：5G占運營商用電成本七成 減碳紅線倒逼技術(shù)創(chuàng)新