5G基站支撐起一張速度更快、效率更高、安全性更好的公共網(wǎng)絡(luò)，但從某種意義上而言，還是一只“電老虎”。據(jù)測(cè)算，5G單站的功耗是4G單站的3倍左右，到2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力，其中80%來(lái)自基站。
截至目前，我國(guó)已建成5G基站超過(guò)115萬(wàn)個(gè)，占全球70%。“十四五”時(shí)期將是5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)期，5G基站作為耗電大戶(hù)，通過(guò)系統(tǒng)性解決方案踐行綠色低碳，不僅有助于信息通信基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能減碳，還能夠降低運(yùn)營(yíng)商節(jié)省投資成本，更被上升至國(guó)家戰(zhàn)略高度，成為了5G行業(yè)發(fā)展的主旋律。
基站節(jié)能減碳迫在眉睫
根據(jù)近日工信部發(fā)布的《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，2025年每萬(wàn)人將擁有5G基站26座，2020年我國(guó)每萬(wàn)人擁有5G基站5座。按照我國(guó)14億人口測(cè)算，2025年將建成5G基站不少于360萬(wàn)座。
5G不光是一張面向公眾的消費(fèi)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，更是能深入行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域的、具有確定性的、靈活可定制化的網(wǎng)絡(luò)，但其耗電量也非?？捎^。盡管5G基站的系統(tǒng)容量和發(fā)射功率遠(yuǎn)超過(guò)4G基站，每比特的功耗顯著好于4G，但絕對(duì)能耗仍然讓電信運(yùn)營(yíng)商們“吃不消”。
“中國(guó)聯(lián)通一年耗電不到200億度，大致分布在三個(gè)方面：無(wú)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(guó)聯(lián)通研究院副院長(zhǎng)魏進(jìn)武說(shuō)，“目前5G單基站的功耗是4G基站的3～4倍，這是因?yàn)?G采用了中高頻段，基站的密度比4G大。”
“目前5G基站的功耗比較高，相當(dāng)于4G基站的3倍左右，但是從每比特耗能這個(gè)指標(biāo)看，5G比4G其實(shí)已經(jīng)下降了很多。”中國(guó)移動(dòng)研究院副院長(zhǎng)黃宇紅說(shuō)，“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(guò)新的基站設(shè)計(jì)、高集成度的基站、新材料的應(yīng)用、新器件和新功能的改進(jìn)，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(huì)積極采用各種新的技術(shù)。”
未來(lái)5年是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展的主周期，實(shí)現(xiàn)5G基站等信息通信基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能減碳，不僅能夠幫助運(yùn)營(yíng)商節(jié)省投資成本，更是信息通信行業(yè)產(chǎn)品綠色升級(jí)的重要驅(qū)動(dòng)力。
三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)力“減碳”
目前，國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商均發(fā)布了各自“雙碳”目標(biāo)和行動(dòng)計(jì)劃。
中國(guó)電信計(jì)劃在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)單位電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗/碳排放下降23%以上；4G/5G共建共享節(jié)電量超450億度，新建5G基站節(jié)電比例不低于20%；大型、超大型綠色數(shù)據(jù)中心占比超過(guò)80%。
中國(guó)移動(dòng)提出，2025年在電信業(yè)務(wù)總量增加1.6倍的情況下，碳排放總量控制在5600萬(wàn)噸以?xún)?nèi)的目標(biāo)，到2025年，單位電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗/碳排放較2020年降幅均超過(guò)20%，5年企業(yè)自身節(jié)電量超400億度，同時(shí)助力社會(huì)減排量超過(guò)16億噸。
目前，中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)與一些高能耗行業(yè)緊密結(jié)合起來(lái)，致力于更好地推動(dòng)這些行業(yè)向低碳化發(fā)展。例如中國(guó)移動(dòng)與能源行業(yè)和電力行業(yè)正在做的一些工作，在輸電、發(fā)電和用電方面，推動(dòng)電、網(wǎng)結(jié)合，確保發(fā)電的生產(chǎn)安全和個(gè)人用電的便利性。
中國(guó)聯(lián)通表示力爭(zhēng)到2023年能源消費(fèi)總量增幅達(dá)到峰值，到2028年碳排放總量提前達(dá)峰。截至2021年6月，中國(guó)聯(lián)通與中國(guó)電信共建共享5G基站已經(jīng)達(dá)到46萬(wàn)站、累計(jì)共享4G基站46萬(wàn)站，每年可節(jié)約用電117億度以上，為雙方累計(jì)節(jié)省投資超過(guò)千億元。在中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通共建共享過(guò)程中，涌現(xiàn)出大量的創(chuàng)新性解決方案。
中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院電源與節(jié)能研究部主任朱清峰指出，因?yàn)?G基站能耗高，蓄電池的放電保障的時(shí)長(zhǎng)變短，但5G網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性，特別是在供電可靠性方面，目前還沒(méi)有達(dá)到4G的水平。“通信局站供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范現(xiàn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前的基站建設(shè)供電按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，一旦廣泛地與行業(yè)應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，對(duì)5G基站可靠性要求就高了，標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)對(duì)應(yīng)做出動(dòng)態(tài)性變化。”他說(shuō)。
系統(tǒng)性減碳已取得顯著成效
由于基站內(nèi)涉及集成射頻模塊、基帶模塊、天線模塊等復(fù)雜的軟硬件設(shè)施，因此5G基站的節(jié)能減碳需要運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、芯片廠商等全產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力。
“5G基站節(jié)能三大著力點(diǎn)指向設(shè)備級(jí)、站點(diǎn)級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能。”中信科移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品線總裁鄧?guó)櫷?duì)記者說(shuō)。
具體來(lái)說(shuō)，首先通過(guò)優(yōu)化設(shè)備硬件設(shè)計(jì)、改進(jìn)生成工藝、設(shè)備集成度等手段，達(dá)到降低基站設(shè)備基礎(chǔ)能耗、不斷提高基站設(shè)備能源利用率的目的。
中信科移動(dòng)采用高功效GaN材料+優(yōu)化DPD算法與多重手段優(yōu)化AAU散熱和高集成高工藝提升整機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)5G產(chǎn)品的整體功耗的下降。并在設(shè)備級(jí)節(jié)能的基礎(chǔ)上，推出了多頻多制式合一產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高集成、大容量的極簡(jiǎn)站點(diǎn)，可以簡(jiǎn)化天面，降低部署和維護(hù)的成本。中興自研的7nm芯片使其基站設(shè)備縮小到18升，重量也減少了近一半，只有20公斤重，功耗也隨著體積同步降低。
其次，對(duì)于所有站點(diǎn)來(lái)講，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，從亞幀、通道關(guān)斷及深度休眠等方面開(kāi)展軟件節(jié)能方案研究，由此達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。
洛陽(yáng)聯(lián)通根據(jù)當(dāng)?shù)啬壳暗?G用戶(hù)分布和終端使用狀況，對(duì)已經(jīng)入網(wǎng)的3種不同基站射頻單元設(shè)備（AAU），分不同時(shí)段定時(shí)開(kāi)啟空載狀態(tài)下的深度休眠功能，從而實(shí)現(xiàn)智能化基站設(shè)備能耗管控的目的；愛(ài)立信研發(fā)了潮汐功放技術(shù)能動(dòng)態(tài)調(diào)整PA電壓，根據(jù)業(yè)務(wù)量的高低，自動(dòng)通過(guò)硬件算法實(shí)時(shí)優(yōu)化功耗，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在典型業(yè)務(wù)負(fù)荷時(shí)，該技術(shù)可以讓基站射頻單元整機(jī)功耗降低20％，基站整體功耗降低約15％。
此外，從多網(wǎng)協(xié)作角度，AI、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)將輔助開(kāi)展智能節(jié)能方案研究，讓基站節(jié)能更上一個(gè)臺(tái)階。
華為在新機(jī)柜里配置了全鏈路智能，給所有設(shè)備都連上了智能開(kāi)關(guān)，當(dāng)沒(méi)有業(yè)務(wù)跑的時(shí)候，設(shè)備可以休眠，而且智能開(kāi)關(guān)代替了傳統(tǒng)人力運(yùn)維，降低了約75%的運(yùn)維成本；中興通訊開(kāi)發(fā)了PowerPliot AI節(jié)能平臺(tái)，通過(guò)大數(shù)據(jù)和AI對(duì)各種節(jié)能措施和節(jié)能策略進(jìn)行應(yīng)用預(yù)測(cè)和優(yōu)化，較大限度降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功耗。
通過(guò)開(kāi)展“AI無(wú)線基站節(jié)能系統(tǒng)”等重大項(xiàng)目攻關(guān)，目前江西移動(dòng)已建立5G機(jī)房能耗精細(xì)化智能管理體系，運(yùn)用AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)自動(dòng)制定最優(yōu)機(jī)房供電策略，結(jié)合遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)，全網(wǎng)4G、5G基站全年累計(jì)節(jié)電約1.04億度，節(jié)電效率提升10%。
