面向“双碳”目标:如何破局5G高能耗?
通信产业网|2021-07-06 10:31:34
作者:党博文来源:通信产业网

【通信产业网讯】(记者 党博文)5G部署提速,商用进程加快,进一步推进了产业数字化转型,赋能千行百业智能升级,并有望给整个社会带来深刻变革。

与此同时,GSMA报告曾指出,目前全球TOP10运营商的年电费总额为140亿美金,若按现有能源设备效率,加之现阶段全球主要依靠火力发电,以中国网络耗电年总量超过500亿度电为例,5G网络到来后,预计中国网络耗电将超过1000亿度,造成年272亿千克碳排放。

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当前,中国在全球的可持续发展中扮演着愈发重要的角色,并发布了力争二氧化碳排放在2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和的“双碳”目标,因此,“绿色”“节能”“环保”“可持续”“能效”等关键词将成为过去以及未来,业内持续关注的焦点,而以电信运营商、设备商为代表的产业链企业也正不断积极投身于节能减排的技术创新与实践,帮助运营商更好的节省用电开支、提升网络商业价值的同时助力5G网络不断向绿色低碳方向演进。

“因需走高”:5G降耗“知易行难”

5G的高能耗,主要来自三方面,首先是5G AAU设备天线数增多,射频单元能耗高;其次是5G主力频段高覆盖小,相比4G需更密的站点以满足连续覆盖,从而提高能耗;最后则是以电源设备、空调设备为代表的相应配套设施的增多,让5G能耗逐渐提高。

具体来看,5G单站功耗是4G单站的2.5~3.5倍,而有源天线单元的功耗增加是5G基站功耗增加的主要原因。

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记者了解到,目前,单站满载功率近3700W,需对现网电源、配套进行提前扩容。也就是说,由于5G基站功耗的进一步增大,使得运营商需要对当前几乎所有的机房用电系统进行改造,进以保证电力供给,再加上近年来占据着运营商网络维护成本20%左右的电费支出,毫无疑问,电力成本问题将成为运营商5G网络投资的巨大压力。

然而,联接和数据需求的不断增长正在提升宽带网络的使用量,因此网络所承载的流量也在不断增加,而更多的数据处理无疑会引发电耗增长,随着5G网络部署的不断深化,这一趋势变得更为明显。

5G时代,5G网络数据容量是4G的1000倍,VR/AR、云游戏等众多创新业务需要进行更多的数据处理,这意味着运营商在规划和优化网络时,也需考虑能量效率,可以说,5G时代,移动互联与云计算业务的蓬勃发展向站点能源提出了更高的要求,过去作为站点配套存在的能源设备现在成为了网络的基石,成为网络能否快速向前发展的重要决定因素。

并且需要指出的是,5G能耗尚存满载功耗高等痛点,但这与满足高业务需求是相互矛盾的,因此在现网中,更需结合实际业务量情况,开启5G节能手段。

三大着力点:“因地制宜”降能耗

面对5G给运营商带来的CAPEX和OPEX不断攀升的挑战,为响应绿色低碳节能减排的环保发展以及通信运营商的降本需求,在保证5G业务发展的同时,亟待解决日益增长的通信数据业务量和高能耗之间的矛盾。

目前,业界对于5G节能总体技术体系通常包括设备级、站点级和网络级节能。其中,设备级重点从器件、材料、硬件设计开展硬件节能方案研究;站点级主要从亚帧、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能方案研究;网络级节能重点从多网协调角度,开展智能节能方案研究。

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而在这3种方案中,最具有可操作性,可以起到立竿见影效果的手段就是“站点级节能”。

以爱立信的潮汐功放技术为例,其工作原理是利用现网业务负荷会随时间动态变化,这种“潮汐”变化让爱立信的潮汐功放技术支持在非关断工作方式下通过机器学习对现网业务进行跟踪和预测,根据业务负荷的高低,在不影响性能的同时达到整机效率最大化。

相似的还有中兴通讯的PowerPilot方案,PowerPilot节能平台从预测、计算到执行始终将4G/5G网络作为整体考虑,利用AI和大数据进行负荷预测,协同预判多频/多制式话务的可承载度,自动化输出节能策略,并根据实施效果优化调整,实现节能最大化。

值得一提的是,日前,诺基亚与日本移动运营商KDDI试验其独创的Airscale液冷基站,通过液体循环消除热量的方式,将能耗与网络增长脱钩,使能源利用模式更绿色,可持续的发展。

在设备级节能上,华为RuralStar Pro解决方案,该“全合一”方案应用超高集成度的芯片,将基带、射频、无线回传于一体,从而大幅降低了整站功耗,并且有效替代传统昂贵的光纤、微波和卫星传输方式,进一步降低了对配套基础设施的依赖,仅需两块太阳能板即能满足整站功耗需求,在降低能耗的同时实现了极简交付。

在材料降耗上,中信科移动AAU采用高功效GaN材料,功放效率可达60%,同时采用高导热铝合金材料,导热系数提升30%;同时对AAU硬件结构进行了新的设计,降低了器件温度和功耗,减小设备体积重量,并且,软件节能技术方面,中信科移动还提供面对不同场景的符号关断、通道关断、载波关断、深度休眠四大解决方案。

但需要指出的是,5G节能一直是业内特别关注的研究方向,相关节能技术在一定程度上实现了节能减排作用,但是也存在一些问题,例如网络业务量以及用户数的评估需要人工进行预判,节能策略需要手动下发,存在效率低下的问题,人工方式难以找到服务质量和节能的平衡点。

因此,基于AI技术对设备功率进行自动化动态控制可能是未来的发展趋势,利用AI算法预测每个基站小区的话务量,根据预测结果确定节能技术开启时间段,在保障网络质量不受影响的前提下,使得节能效益最大。

群策群力:夯实“绿色”网络基底

尽管5G网络自身的节能十分重要,但如果单从5G基站辐射、电力的消耗来衡量5G是否环保,是否能成为绿色5G并不全面。

相关数据指出,按每比特计算,5G标准比前几代技术标准更节能,每比特能源消耗仅为4G的十分之一。事实上,5G在标准设计、参考信号设计、物理结构上都最大化地考虑了节能。其中,3GPP的5G规范要求5G能耗比4G减少90%,ITU要求ICT企业在2030年前将温室气体排放量减少45%,降功耗、降成本也是整个5G产业链的共同诉求。

可以肯定的是,未来5G将会渗透到社会的方方面面,促进整个行业的信息化、数字化,必然会带来各行业实实在在的效率提升和能耗降低,因此,5G也是提高能源效率的重要推动力,将在实现我国可持续发展目标过程中发挥关键作用,只有当5G使能许多其他行业以更节能的方式运行时,5G对行业转型的影响才会真正实现。

因此,随着5G商用网络规模的增加和5G网络建设实践的持续探索和创新,5G节能技术的探索必将进一步深入,届时,5G将成为一张更加绿色、更低成本、更高性能的商用网络,更好的满足5G发展和网络运营需求。

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责任编辑:党博文

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