為確保一個(gè)可持續(xù)發(fā)展且宜居的未來，“碳達(dá)峰”、“碳中和”已成為全球各國共同的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，當(dāng)然離不開新興ICT技術(shù)的支撐，那作為前沿通信技術(shù)的5G網(wǎng)絡(luò)與雙碳目標(biāo)有什么關(guān)系？
一方面，進(jìn)入5G時(shí)代，伴隨著AR/VR、智能工廠、智慧城市等應(yīng)用興起，數(shù)據(jù)流量將呈指數(shù)級增長，必然會(huì)產(chǎn)生更多電能消耗和碳排放，運(yùn)營商亟需通過綠色5G技術(shù)來降低網(wǎng)絡(luò)能耗和運(yùn)營成本，并履行減少碳排放的社會(huì)責(zé)任。
另一方面，5G網(wǎng)絡(luò)作為使能全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)設(shè)施，綠色5G技術(shù)還能幫助電力、石油、制造等各行各業(yè)提效降本，節(jié)能減排，從而可助力全社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)且更加綠色的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。據(jù)沙利文咨詢研究，盡管ICT行業(yè)本身只占全球碳排放的2%，但以綠色5G網(wǎng)絡(luò)為主體的ICT行業(yè)能幫助全球總排放量減少20%。
顯而易見，在雙碳目標(biāo)下，打造綠色5G網(wǎng)絡(luò)已成為必然趨勢。那到底如何打造綠色5G網(wǎng)絡(luò)？需要哪些關(guān)鍵技術(shù)？日前，在華為首屆無線媒體沙龍上，華為無線網(wǎng)絡(luò)SRAN產(chǎn)品線總裁馬洪波發(fā)表了“綠色5G，E2四化八大方向，共贏雙碳未來”主題演講，并發(fā)布了《綠色5G白皮書》，對此給出了清晰的答案。
業(yè)界首個(gè)綠色5G網(wǎng)絡(luò)的能效評估體系發(fā)布
無標(biāo)準(zhǔn)不成方圓。我們看到，汽車行業(yè)有百公里油耗標(biāo)準(zhǔn)，家電行業(yè)有能耗等級標(biāo)準(zhǔn)，那通信行業(yè)能否參考汽車行業(yè)的百公里油耗標(biāo)準(zhǔn)，簡單的用數(shù)據(jù)流量與網(wǎng)絡(luò)能耗之比來定義能效標(biāo)準(zhǔn)呢？答案是否定的。汽車的社會(huì)價(jià)值就是從A處到B處，所以可以用百公里油耗來衡量。但與汽車不同，通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，需要從多個(gè)維度來衡量。
通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)對象和服務(wù)場景多樣化，在不同的服務(wù)對象和場景下，產(chǎn)生的社會(huì)價(jià)值相差較大。比如，前段時(shí)間，中國移動(dòng)的翼龍無人機(jī)飛抵鄭州災(zāi)區(qū)搶險(xiǎn)，盡管這個(gè)無人機(jī)基站產(chǎn)生的流量并不多，但打通了應(yīng)急通信保障生命線，帶來社會(huì)價(jià)值不是用流量能衡量的；再比如，在一些物聯(lián)網(wǎng)場景下，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的流量并不高，但它保障了經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行，同樣是不能單單用流量來衡量社會(huì)價(jià)值的。
正是基于這些考慮，華為在《綠色5G白皮書》里首次定義了能效評估體系E2（Energy Efficiency），即根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)差異和場景化差異，將目前單一的流量能效拓展成為容量、覆蓋、體驗(yàn)等多維因素能效評估體系，從而準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)能效變化，牽引5G網(wǎng)絡(luò)向綠色節(jié)能方向演進(jìn)。
八大技術(shù)方向，共建綠色5G網(wǎng)絡(luò)
有了科學(xué)的能效評估標(biāo)準(zhǔn)，還要找到正確的技術(shù)方向，這樣綠色5G網(wǎng)絡(luò)才不會(huì)迷路。對此，白皮書從“四化”——設(shè)備高集成化、站點(diǎn)極簡化、網(wǎng)絡(luò)智能化和全生命周期環(huán)?；膫€(gè)方面闡述了綠色5G目標(biāo)網(wǎng)的關(guān)鍵特征，并首次給出了“四化”特征下的八大綠色5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方向。
方向一：射頻走向多天線，大幅提升設(shè)備比特能效和能量傳輸效率
眾所周知，5G AAU基于多天線、多通道設(shè)計(jì)，不僅能通過空間復(fù)用大幅提升系統(tǒng)容量，還可通過調(diào)整多天線的幅度和相位，使無線信號能量集中于更窄的波束上，并精準(zhǔn)指向用戶的位置，從而提升能量傳輸效率，大幅提升比特能效。
華為測試結(jié)果表明，5G 64T64R AAU的比特能效比4G 4T4R提升了20倍。馬洪波表示，下一步天線陣列規(guī)模將繼續(xù)增加，向128TR、192TR持續(xù)演進(jìn)，并在工程化、散熱、能耗、算法等方面進(jìn)一步提升能力，從而實(shí)現(xiàn)更高的比特能效。
方向二：設(shè)備走向超寬頻，多頻合一降能耗
在前幾天舉行的2021年世界5G大會(huì)上，中國聯(lián)通董事長劉烈宏發(fā)表演講表示，中國聯(lián)通攜手中國電信通過共建共享，建成了全球首張、全球領(lǐng)先的5G SA共建共享網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約用電120億度、二氧化碳減排377萬噸。
設(shè)備走向超寬頻和多頻合一，與中國聯(lián)通和中國電信通過共建共享無線主設(shè)備實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)省能耗有異曲同工之妙。不難理解，要是無線設(shè)備支持超寬頻，比如一個(gè)RRU可支持從700MHz到2.6GHz的超寬頻帶，一個(gè)5G AAU可支持200MHz甚至400MHz超寬頻，就可以將原來一個(gè)頻段對應(yīng)一個(gè)RRU或AAU設(shè)備的部署形式，轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝l合一、多個(gè)模塊合一的部署方式，從而可大幅減少設(shè)備部署數(shù)量和成本、降低設(shè)備能耗。
方向三：硬件休眠機(jī)制走向精細(xì)化，持續(xù)降低中低負(fù)載能耗
硬件休眠機(jī)制，指基站小區(qū)處于低負(fù)載狀態(tài)時(shí)，通過關(guān)閉部分有源硬件的供電，使之處于休眠狀態(tài)，來減少無效功耗，降低能源浪費(fèi)。過去，運(yùn)營商在休眠機(jī)制上主要采用載波級和通道級關(guān)斷技術(shù)，即在業(yè)務(wù)低負(fù)載時(shí)關(guān)閉部分載波或者射頻通道，來節(jié)省設(shè)備功耗。盡管載波關(guān)斷和通道關(guān)斷可大幅降低設(shè)備功耗，但這種方式比較粗放，且稍有不慎會(huì)影響影響用戶體驗(yàn)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果有限。
因此，為持續(xù)降低設(shè)備在中低負(fù)載狀態(tài)時(shí)的能耗，硬件休眠機(jī)制需走向精細(xì)化，比如休眠顆粒度從載波級、通道級關(guān)斷演進(jìn)到器件級、核級甚至進(jìn)程級關(guān)斷，關(guān)斷響應(yīng)時(shí)間從分鐘級、秒級演進(jìn)到毫秒級，從而實(shí)現(xiàn)在不影響網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知的前提下，進(jìn)一步提升節(jié)能效果。
方向四：站點(diǎn)走向極簡，去機(jī)房去空調(diào)
為保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)站點(diǎn)或機(jī)房都配備了空調(diào)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)的能耗與基站的無線射頻部分差不多，約占站點(diǎn)總能耗的30-40%左右。顯然，要降低網(wǎng)絡(luò)能耗，還得重點(diǎn)關(guān)注空調(diào)這個(gè)能耗大戶。
對此，白皮書針對“光纖資源充足”和“光纖資源不充足”兩種場景，分別提出了兩個(gè)演進(jìn)方向。在光纖資源充足的場景下，華為提出通過BBU集中化的方式，將原來“一站一空調(diào)”演變?yōu)?ldquo;多站一空調(diào)”的部署方式，甚至將BBU集中機(jī)房的制冷方式由空調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐豪涞茸匀焕鋮s方式，從而實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)省空調(diào)能耗，
在光纖資源不充足的場景下，華為則提出通過“站點(diǎn)室外化”，以“一站一柜”、“一站一刀”替代“一站一空調(diào)”的部署方式。在傳統(tǒng)“一站一空調(diào)”的部署模式下，空調(diào)對整個(gè)機(jī)房房間內(nèi)進(jìn)行7X24制冷，制冷效率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重；而采用“一站一柜”的部署方式，可以讓冷媒更貼近熱源（設(shè)備），實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)化、定量化的制冷，從而可大幅降低制冷能耗。至于“一站一刀”部署方式，其將設(shè)備直接掛桿，省去了機(jī)柜，可通過自然散熱的方式來替代空調(diào)，從而可進(jìn)一步降低站點(diǎn)能耗。
方向五：整站走向聯(lián)動(dòng)，綜合能源高效利用
一個(gè)基站站點(diǎn)主要由基站主設(shè)備、傳輸設(shè)備、空調(diào)和電源系統(tǒng)組成，其中，電源系統(tǒng)是包括了從外電引入到電源一次、二次轉(zhuǎn)換再到電池儲(chǔ)能的端到端架構(gòu)，負(fù)責(zé)為主設(shè)備、傳輸設(shè)備和空調(diào)等供電和備電，其整個(gè)端到端系統(tǒng)的供電和備電效率也是影響站點(diǎn)能耗的一大因素。但一直以來，由于電源系統(tǒng)的端到端鏈路都是“啞設(shè)備”，既無法相互感知、彼此協(xié)同，也不能感知業(yè)務(wù)負(fù)荷和運(yùn)行狀態(tài)，造成了大量的能源浪費(fèi)，供電效率很低。
因此，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與整站的供能-儲(chǔ)能-用能等部件高效聯(lián)動(dòng)，比如實(shí)現(xiàn)太陽能、電源、電池、電網(wǎng)和業(yè)務(wù)負(fù)載之間的高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)溫控，真正做到電隨業(yè)動(dòng)、能隨業(yè)動(dòng)、溫隨業(yè)動(dòng)，就可以高效利用能源，達(dá)成整站節(jié)能目標(biāo)。
方向六：網(wǎng)絡(luò)走向智能，節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)性能雙優(yōu)
如上所述，通過設(shè)備休眠來降低網(wǎng)絡(luò)能耗是一項(xiàng)非常謹(jǐn)慎的工作。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多制式、多頻段并存，多個(gè)站點(diǎn)和小區(qū)交叉、重疊覆蓋，每個(gè)小區(qū)的覆蓋場景、業(yè)務(wù)特征都不一樣，且每個(gè)小區(qū)在不同時(shí)段的業(yè)務(wù)變化差別很大，運(yùn)營商在實(shí)施設(shè)備休眠機(jī)制的時(shí)候，要判斷哪些小區(qū)、載波、通道或部件應(yīng)該關(guān)斷，什么時(shí)候關(guān)斷，什么時(shí)候恢復(fù)，都是非常頭疼的事，稍有不慎就會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。
因此，在保障用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助智能網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同的場景和業(yè)務(wù)變化精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的調(diào)整頻譜、載波等網(wǎng)絡(luò)資源的分配已成為業(yè)界的共識(shí)。對此，華為早在一年多前就發(fā)布了PowerStar智能節(jié)能方案，可通過多個(gè)頻段、多個(gè)制式間高效協(xié)同，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)生成和實(shí)施最優(yōu)節(jié)能方案。在本次大會(huì)上，華為還發(fā)布了最新PowerStar2.0解決方案，將在關(guān)斷資源類型、關(guān)斷時(shí)長和運(yùn)維效率上對節(jié)能方案進(jìn)行全方位提升，多維協(xié)同實(shí)現(xiàn)節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)性能雙優(yōu)。
方向七：業(yè)務(wù)承載走向高制式，充分發(fā)揮5G高能效優(yōu)勢
記得德國沃達(dá)豐在宣布關(guān)閉3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)給出了一個(gè)讓人有些震驚的理由：在傳輸同等數(shù)據(jù)量時(shí)，3G網(wǎng)絡(luò)消耗的能量是4G的7倍。沒錯(cuò)，老舊制式網(wǎng)絡(luò)是真正的能耗大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，4G網(wǎng)絡(luò)的能效是3G的7-10倍，5G網(wǎng)絡(luò)是4G的20-30倍，而隨著未來新技術(shù)不斷演進(jìn)，5G能效還會(huì)進(jìn)一步成倍提升。
因此，面向數(shù)據(jù)流量不斷增長，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。
方向八：全生命周期走向循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少自然資源依賴
ICT產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)綠色減排，除了大幅降低網(wǎng)絡(luò)能耗，還需在生產(chǎn)、制造、運(yùn)輸?shù)确蔷W(wǎng)絡(luò)運(yùn)行態(tài)環(huán)節(jié)走向循環(huán)經(jīng)濟(jì)，來進(jìn)一步減少碳排放。在這方面，華為一直遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，將“大綠色”融入產(chǎn)品生命周期管理，進(jìn)而減少對自然資源的依賴，實(shí)現(xiàn)全生命周期低碳。
面向未來，“碳達(dá)峰、碳中和”不僅是遏制全球繼續(xù)變暖的重大戰(zhàn)略，更是一場經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。對于電信行業(yè)而言，降低網(wǎng)絡(luò)能耗和碳排放，不僅能降低網(wǎng)絡(luò)成本，更是一種社會(huì)責(zé)任與承諾。最后，馬洪波指出，“在5G網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的當(dāng)下，華為希冀5G加速行業(yè)轉(zhuǎn)型，成為綠色社會(huì)的重要支撐；《綠色5G白皮書》提出的E2四化八大方向旨在全力牽引綠色網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，助力運(yùn)營商雙碳目標(biāo)達(dá)成。華為將與運(yùn)營商攜手共建綠色5G網(wǎng)絡(luò)，共贏雙碳未來。”
