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%來自基站。
截至目前，我國已建成5G基站超過115萬個，占全球70%。“十四五”時期將是5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)期，5G基站作為耗電大戶，通過系統(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)營商節(jié)省投資成本，更被上升至國家戰(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年每萬人將擁有5G基站26座，2020年我國每萬人擁有5G基站5座。按照我國14億人口測算，2025年將建成5G基站不少于360萬座。
5G不光是一張面向公眾的消費(fèi)級網(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4G基站，每比特的功耗顯著好于4G，但絕對能耗仍然讓電信運(yùn)營商們“吃不消”。
“中國聯(lián)通一年耗電不到200億度，大致分布在三個方面：無線網(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。”中國聯(lián)通研究院副院長魏進(jìn)武說，“目前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。”
“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指標(biāo)看，5G比4G其實(shí)已經(jīng)下降了很多。”中國移動研究院副院長黃宇紅說，“2019年5G商用之前，5G基站的功耗是4G現(xiàn)網(wǎng)的4～5倍，通過新的基站設(shè)計、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)還會積極采用各種新的技術(shù)。”
未來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)營商節(jié)省投資成本，更是信息通信行業(yè)產(chǎn)品綠色升級的重要驅(qū)動力。
三大運(yùn)營商發(fā)力“減碳”
目前，國內(nèi)三大運(yùn)營商均發(fā)布了各自雙碳目標(biāo)和行動計劃。
中國電信計劃在“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80%。
中國移動提出，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5600萬噸以內(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20%，5年企業(yè)自身節(jié)電量超400億度，同時助力社會減排量超過16億噸。
目前，中國移動已經(jīng)與一些高能耗行業(yè)緊密結(jié)合起來，致力于更好地推動這些行業(yè)向低碳化發(fā)展。例如中國移動與能源行業(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，推動電、網(wǎng)結(jié)合，確保發(fā)電的生產(chǎn)安全和個人用電的便利性。
中國聯(lián)通表示力爭到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，中國聯(lián)通與中國電信共建共享5G基站已經(jīng)達(dá)到46萬站、累計共享4G基站46萬站，每年可節(jié)約用電117億度以上，為雙方累計節(jié)省投資超過千億元。在中國電信和中國聯(lián)通共建共享過程中，涌現(xiàn)出大量的創(chuàng)新性解決方案。
中訊郵電咨詢設(shè)計院電源與節(jié)能研究部主任朱清峰指出，因為5G基站能耗高，蓄電池的放電保障的時長變短，但5G網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性，特別是在供電可靠性方面，目前還沒有達(dá)到4G的水平。“通信局站供電系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范現(xiàn)為國家標(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，對5G基站可靠性要求就高了，標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)對應(yīng)做出動態(tài)性變化。”他說。
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、站點(diǎn)級和網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能。”中信科移動運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品線總裁鄧鴻威對記者說。
具體來說，首先通過優(yōu)化設(shè)備硬件設(shè)計、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、大容量的極簡站點(diǎn)，可以簡化天面，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，對于所有站點(diǎn)來講，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整運(yùn)營狀態(tài)，從亞幀、通道關(guān)斷及深度休眠等方面開展軟件節(jié)能方案研究，由此達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。
洛陽聯(lián)通根據(jù)當(dāng)?shù)啬壳暗?G用戶分布和終端使用狀況，對已經(jīng)入網(wǎng)的3種不同基站射頻單元設(shè)備（AAU），分不同時段定時開啟空載狀態(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；愛立信研發(fā)了潮汐功放技術(shù)能動態(tài)調(diào)整PA電壓，根據(jù)業(yè)務(wù)量的高低，自動通過硬件算法實(shí)時優(yōu)化功耗，根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，在典型業(yè)務(wù)負(fù)荷時，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)將輔助開展智能節(jié)能方案研究，讓基站節(jié)能更上一個臺階。
華為在新機(jī)柜里配置了全鏈路智能，給所有設(shè)備都連上了智能開關(guān)，當(dāng)沒有業(yè)務(wù)跑的時候，設(shè)備可以休眠，而且智能開關(guān)代替了傳統(tǒng)人力運(yùn)維，降低了約75%的運(yùn)維成本；中興通訊開發(fā)了PowerPliot AI節(jié)能平臺，通過大數(shù)據(jù)和AI對各種節(jié)能措施和節(jié)能策略進(jìn)行應(yīng)用預(yù)測和優(yōu)化，較大限度降低無線網(wǎng)絡(luò)功耗。
通過開展“AI無線基站節(jié)能系統(tǒng)”等重大項目攻關(guān)，目前江西移動已建立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基站全年累計節(jié)電約1.04億度，節(jié)電效率提升10%。
