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5G

5G用電占運營商用電七成 減碳紅線倒逼技術創新

未來10年是5G網絡建設和發展的主周期。相比3G/4G網絡,無論單基站能耗還是建設總量,5G網絡都遠高于它們。因此,5G建網降低能耗充滿挑戰。近期,三大電信運營商都設定了自己的減碳目標,正在積極推進5G建網走向綠色低碳的方向。

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,實現單位電信業務總量綜合能耗和單位電信業務總量碳排放下降23%以上。在5G網絡上,全面深化5G的共建共享,加快推動4G網絡存量資源的深度共享,同時深入開展基站節能技術研究推廣及應用,“十四五”期間,實現4/5G網絡共建共享節電量超過450億度,新建5G基站節電比例不低于20%。針對5G新建基站,中國移動、中國聯通也公布過不低于20%的節電目標。

5G基站共建共享.jpg

共建共享5G基站

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其實已經下降了5倍。”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現網的4~5倍,通過新的基站設計、高集成度的基站、新材料的應用、新器件和新功能的改進,綜合使用這些方法后,已經使5G基站功耗降低了1/4,現在5G是4G功耗的3倍左右,后續還會積極采用各種新的技術。”

“中國聯通一年耗電不到200億度,大致分布在三個方面:無線網絡、基礎網絡、數據中心,目前這三者之間的耗電比例是7∶2∶1。”中國聯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網絡的共建共享是一件明顯節電的系統性舉措。

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

5G將現實系統性減碳

5G要降低功耗并不是一個新話題。從發現5G基站功耗比4G高數開始,從運營商到設備商都在想辦法如何把功耗降下來。業界的辦法相當一致:一方面要實現單基站功耗下降,另一方面要系統性考慮網絡結構,從網絡結構的大方向下手,實現明顯的節電成效。

黃宇紅說,針對5G網絡,我們在做“四新兩化”的降耗工作。“四新”包括新架構、新功能、新材料、新能源四類。其中新架構對5G網絡建設影響最大。“兩化”則是會引入人工智能技術,讓網絡運轉更加智能,更加匹配業務的需要,包括靈活的開關、模塊等等提高網絡效應降低功耗。第二個化是協同化,通過終端、基站、網絡、動力環境設備,協調起來,進一步降低能耗。

5G與智能平臺結合.jpg

5G與智能平臺結合

“對于耗能最大的無線基站設備,可再進一步優化,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,現在基本采用的是64通道、32通道的大規模天線,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,“在網絡架構上,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、空調等耗電大的設備。減少機房、集中化設置,可以降低不少功耗,中國移動在推動新型組網方式。”

5G與新能源結合.jpg

5G基站與新能源結合

在新功能上,會推動更多的智能化模塊、深度休眠、發射信號的設計,需要根據業務負荷,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設備技術之外,還有網絡部署布局的進步和優化,要在5G單站能耗提升的同時實現5G網絡能耗下降,就需要在網絡整體架構上下功夫,包括5G和4G的協同,包括簡化整體網絡的架構。”魏進武認為,“電網和通信基站之間,如果能夠在部署上再優化,也就是說,將移動通信基站和能源提供之間,再能推進深度的共建共享,這種模式上的創新,可能比技術上的進步,帶來的效益和效果會更大。”

綠色5G的技術方向

8月31日,華為發布了《綠色5G白皮書》。華為無線網絡SRAN產品線總裁馬洪波表示,綠色5G網絡,將具備設備高集成化、站點極簡化、網絡智能化和全生命周期環保化四個特征,由此產生出的綠色5G網絡技術,將會在減碳“紅線”壓力下獲得更好的發展機會。

這些綠色技術可以分為單基站的降耗、網絡結構性降耗以及配套設備的降耗。在單基站中,射頻的發展方向是含有更多天線,這體現在更多的天線通路上,同時還要集成從2G到5G的多個頻段,成為“超寬頻”基站。業內稱之為“高密度”基站,其中的主要技術是5G Massive MIMO。實驗已經表明,射頻單元(RRU)從單頻向三頻演進可獲得30%以上的節能收益。

“ITU定義5G網絡到2030年需要把整個能耗再下降45%,這是很有追求的一個目標。”華為無線網絡產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議有突破、產業有突破的時候,其實設備也會有非常大的突破。”5G有兩個關鍵創新,一個是Massive MIMO,一個是大帶寬,這兩個技術也是綠色5G最關鍵的兩個創新。

“現在所有講到的業界指標都是PA(功率放大器)效率如何提升,現在5G基站是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,你會發現其中的重點是集成度在提升,意味著功耗也要提升,所以我們在講Massive MIMO時,所有關鍵技術提升全部在有源部分,更多的創新焦點集中在提升轉化效率。”

基站的工作模式也會發生變化。未來的硬件休眠機制會更精細化。“在網絡中低負載下,影響設備能耗主要因素為硬件關斷深度和響應時間。這可以通過硬件模塊化設計、精細休眠機制實現關斷深度和響應時間的大幅優化。”馬洪波說,“要支持這種顆粒度更小的休眠,需要對設備做智能化改進,這對設備本身、對用戶,都會更友好一些。設備下電再重啟,對設備是有損傷的。”

在這些綠色技術中,目前挑戰最大的是實現站點去機房、去空調化。無線站點的能耗主要來源于空調等外設設備。“我進去一些機房,溫度都定得很低,低到十幾度,無線設備可以承受更高的氣溫。”馬洪波表示,“要實現去機房化,一是實現機房集中化,這幾年一直在討論C-RAN(集中無線接入網),通過前一段時間的部署已經看到了成效,國內的運營商也想繼續擴大機房集中化的范圍;二是實現基站的室外化部署,減少空調使用并補充以液冷等高效散熱技術提升站點效率,這種辦法可以實現站點能耗降低30%。”馬洪波提到一個更超前的想法,如果原來要放在機房里的基站BBU(基帶單元)部分能夠直接上抱桿,站點的部署會更簡單,綜合降耗會更多。

引入太陽能等清潔能源,使用可循環利用的設備配件等,也是運營商和設備商在推動的減碳技術。例如將太陽能引入無線站點,并與業務聯動最大化利用太陽能板發電效率,在高日照地區可以減少50%的市電消耗。在保障用戶體驗的基礎上,借助智能網絡,根據業務的變化實時調整頻譜、載波等網絡資源的分配已成為業界的共識。

多地5G網絡部署經驗表明,5G新技術的持續引入正推動網絡能效持續增長。引領業務向高制式承載,有助于充分利用5G高能效優勢,降低網絡能源消耗。

責任編輯:劉晶


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