来源 :通信世界网2022-06-22
近年来，随着5G建设的稳步推进，5G基站数量急剧增长。5G基站在拥有高速率、低时延的同时，耗电量大却成为不可忽视的问题。数据显示，2019年5G商用初期，5G基站的功耗接近现网4G的4倍，通过新的基站设计、高集成度的基站建设、新材料的应用、新器件和新功能的改进，目前5G功耗仍是4G的3倍左右。
功耗大、数量多是5G基站节能减排的主要障碍。《“十四五”信息通信行业发展规划》提出，2025年每万人将拥有5G基站26座。按照我国14亿人口测算，2025年将建成5G基站不少于360万座。据中商产业研究院的预测，按照360万座5G基站计算，则需要2847万吨标准煤，二氧化碳排放量高达7459万吨。由此可见，5G网络的节能对于“减碳”至关重要。
中国移动致力于5G节能产品、方案研究
根据GSMA发布的数据，全球运营商的能耗主要来自于无线网（73%）、核心网及传输网（13%）、数据中心（9%）及其他管理运营（5%）。其中无线网的能耗由4部分组成：第一是无线主设备耗电，占比约为50%；第二是机房散热耗电，占比约为40%；第三是电源损耗耗电，占比约为7%；第四是运输等其他类型能耗，占比约为3%。
降低5G能耗需要材料、器件、能源、设备、配套、应用等5G基站上下游企业的共同努力。以5G主设备节能为例，需从器件源头推动氮化镓工艺成熟，再通过设备商优化功放结构与设计，实现功放效率从35%提升到49%；推动数字器件集成度提升1倍，功耗降低40%；引导材料产业研发仿生散热技术、相变散热技术，提高器件散热效率；通过亚帧静默、深度休眠、浅层休眠、宏微协同休眠等节能技术的规模应用，降低网络使用能耗；研究推动液冷散热技术，通过配套产业增强散热效率；推动产业不断提高清洁能源的转换效率、降低能源设备的体积重量，便于全网大范围推广清洁能源。
为了持续降低5G网络能耗，中国移动在主设备节能、散热及特殊场景节能方面开展了研究工作。在主设备节能方面，中国移动研究并推动极致休眠节能技术，预计使用后AAU能耗小于10W；同时推动控湿材料的研究使用，保证设备能耗过低时，不会因产生凝露而影响设备可靠性；研究推动射频单元PA效率提升，预期推动PA效率提升5%以上。在主设备散热方面，中国移动研究并推动BBU液冷散热方案，提高设备散热能力，同时通过自然冷却技术降低机房空调耗电。在特殊场景方面，针对室内场景，中国移动研究基于智能头端和通感一体方案，实现人走灯灭，人来灯亮；针对高铁场景，研究智能调度方案实现“击鼓传花”式节能。
技术创新、研发节能平台、引入清洁能源是降低能耗的重要手段
中国移动高度重视5G绿色节能工作，一方面，通过技术创新持续降低5G基站能耗：开展节能动态调压、BBU休眠和池化探索及验证，实现亚帧静默、通道静默、浅层休眠、深度休眠等节能功能的规模部署和性能优化，基于业务负荷进行5G基站器件休眠，低负荷场景节电10%~30%，极低负荷场景节点50%以上，联合产业合作伙伴持续研发新架构、新器件、新材料、新功能，目前已实现5G单站功耗相比商用初期下降约35%，接近4G的2.5倍。
另一方面，中国移动自主研发智能节能平台，基于全场景协同、微服务分层框架技术，解决了5G节电功能部署效率低难题，并支持以AI 智能预测技术为核心的5G动态节能策略，实现节能功能灵活最佳调配，可节省5%以上网络能耗，目前已推广至全国近20个省现网环境，并成功入选工信部《国家通信业节能技术产品推荐目录（2021）》。
在节能减碳方面，中国移动通过引入清洁能源和网络极简化改造两种手段，提高机房能源利用效率。
一是引入清洁能源：提升风能、光伏等可再生能源的应用比例，因地制宜开展“零碳”/低碳基站部署，通过市场化交易方式推进绿色电力引入，逐步提升绿色电力使用比例。日前，中国移动在北京玉泉营桥附近打造了5G绿色节能示范站，利旧现有物业资源，在机房顶部安装太阳能电池板，通过光伏模块和整流模块的混插，实现站点的太阳能和市电混合供电。站点日均发电量10~30度，年均发电量约6000度，年等效减排CO?约5.9吨。
二是网络极简化改造：通过极简网络，降低机房使用及空调耗电。极简网络是指以CRAN架构为基础，通过载频的精简优化、无线设备的资源整合、配套电源的上塔改造等举措，实现基站设备和电源配套简化，降低机房使用或机房空调散热的耗电。目前中国移动已在湖南、海南、浙江等地开展了试点工作，根据机房规模不同，每站点每年可节约4000~10000度电不等。中国移动计划在全网开展大范围极简试点行动，预期节电规模非常可观。
绿色5G基站对可持续发展具有重要意义
当前，全社会的数智化需求非常旺盛，DICT行业正处于快速发展期。未来，5G商用建设规模和功耗仍将持续增长：一方面是数量的增长，根据《“十四五”信息通信行业发展规划》，到2025年中国5G基站数将超过360万；随着5G与行业的融合深入，预计5G基站数量将更多。另一方面，现阶段5G商用频率主要采用Sub-6GHz中低频段，后续随着毫米波基站以及5G演进基站的部署，基站设备复杂度升高，带来组网复杂度增加及设备整体数量增长，造成更高的全网功耗。因此，全社会迫切需要尽早实现绿色5G基站，既能降低运营商5G网络运营成本，进而降低全社会使用5G成本，促进5G网络的持续发展；也能为全社会实现绿色节能树立典范，具有重要的社会价值。
此外，未来6G网络需要支持更高的速率，将采用太赫兹、可见光等更高频段，对基站材料、器件、芯片的能耗提出更高的要求，绿色5G基站也将为6G技术研究、标准制定等奠定技术和产业基础。