突破大規(guī)模商用“攔路虎”5G能耗這關(guān)怎么過？

王欣

在剛剛過去的MWC2019上，5G迎來狂歡時刻。諸多5G創(chuàng)新產(chǎn)品、解決方案、商業(yè)應(yīng)用紛紛亮相，讓通信圈由衷為5G點(diǎn)贊。

但實際上，要想實現(xiàn)5G大繁榮，還有幾點(diǎn)挑戰(zhàn)，而運(yùn)營商最關(guān)心的能耗問題就是其中之一。

一位在運(yùn)營商工作的資深專家告訴《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）記者，由于5G大帶寬的特性，讓5G網(wǎng)絡(luò)能耗也成倍增長，這給運(yùn)營商5G商用成本帶來很大挑戰(zhàn)。

目前，業(yè)界都已經(jīng)意識到5G能耗問題，也從不同方面推出了多種解決方案，但是離目標(biāo)還有差距。

5G能耗構(gòu)筑技術(shù)壁壘

實際上，近年來，業(yè)界一直將5G能耗問題作為需要突破的關(guān)鍵點(diǎn)。

“基于 5G技術(shù)的復(fù)雜度，目前5G設(shè)備的集成度、功耗、體積重量、成本等距離大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求還有差距。未來公司還需通過自研與合作，逐步突破核心芯片和關(guān)鍵器件的瓶頸，提升無線產(chǎn)品、傳輸產(chǎn)品的成熟度和競爭力。”2018年通信展期間，中國信科黨委常委、副總經(jīng)理陳山枝在接受《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）記者采訪時表示。

華為也將5G能耗問題作為需要突破的技術(shù)壁壘。2018年底，華為創(chuàng)始人任正非在上研所5G業(yè)務(wù)匯報會上講話時表示，能耗極低將來肯定是一個體現(xiàn)競爭力的地方。把能耗降下來，不是電費(fèi)問題，而是水平問題，我們一定不要把降能耗與省電費(fèi)等同起來。帶寬、時延等性能指標(biāo)，5G各個廠家都可能做到，就是早一點(diǎn)、晚一點(diǎn)的問題，但能耗極低，其他廠家就不一定能做到。

“未來，華為要加大投入，目標(biāo)是降能耗，把能耗降下來，不僅僅要降芯片的能耗，還要把基站整機(jī)能耗也降下來?！比握翘岢瞿繕?biāo)。

華為、中國信科之外，愛立信、諾基亞、中興也看到能耗這個5G大規(guī)模商用的“攔路虎”。

“能耗問題是5G成功商用的一大訴求，而中國面臨的能耗挑戰(zhàn)可能比國外大。”愛立信東北亞區(qū)首席市場官張至偉近期在接受《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）記者采訪時直言。

痛點(diǎn)在哪？

那么，為什么5G時代面臨更大的能耗挑戰(zhàn)？

首先，一個移動通信網(wǎng)絡(luò)，主要由基站、傳輸、電源和機(jī)房空調(diào)等配套設(shè)備組成，而基站是主要的能耗來源，約占有總能耗的50%以上，機(jī)房空調(diào)等配套系統(tǒng)約占30%，而其余包含天饋線間傳輸損耗等。

在4G時代，基站能耗費(fèi)用（電費(fèi)）就不是一筆小數(shù)目，約占運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本的16%。而5G時代，由于設(shè)備要部署在更高的頻段、而高頻覆蓋范圍小于低頻，因此5G基站的部署更加密集。

根據(jù)賽迪顧問股份有限公司發(fā)布的《2018年中國5G產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用發(fā)展白皮書》，5G網(wǎng)絡(luò)部署將采用“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋模式，中低頻段的宏站若實現(xiàn)與4G基站相當(dāng)?shù)母采w范圍，預(yù)計將建設(shè)約475萬個5G宏站。小站數(shù)量上，毫米波高頻段的小站覆蓋范圍是10～20m，應(yīng)用于熱點(diǎn)區(qū)域或更高容量業(yè)務(wù)場景，其數(shù)量保守估計將是宏站的2倍，由此預(yù)計5G小站將達(dá)到950萬個。因此，未來五年，5G基站建設(shè)數(shù)量將達(dá)到1140萬個。

目前，中國三大運(yùn)營商已經(jīng)累計建設(shè)400萬個4G站點(diǎn)，由此可見，5G基站（宏站+小站）的數(shù)量將是4G時代的3倍左右，而基站數(shù)量的成倍增長勢必將增加5G網(wǎng)絡(luò)能耗。

其次，單個5G基站功耗也將提高。因為，基站主要由基帶單元（BBU）、射頻單元（AAU）、饋線、散熱系統(tǒng)等組成。在基站系統(tǒng)中，BBU的功耗相對較小，而AAU和散熱系統(tǒng)的能耗較大。

因為，射頻主要負(fù)責(zé)信號的收發(fā)和轉(zhuǎn)化，天線、功放等射頻器件都是“耗電大戶”。5G時代隨著傳輸速率數(shù)10倍提升，天線數(shù)量增多，功耗必將隨之增大，耗能也會增多。

同時，5G能耗大除了增加電費(fèi)成本之外，還會增加機(jī)房電路改造費(fèi)用。由于5G基站功耗提升，為保證電力正常供給，運(yùn)營商必須對傳統(tǒng)機(jī)房進(jìn)行電路系統(tǒng)改造，這需要更換開關(guān)電源、蓄電池、電源線等設(shè)備，這也會給運(yùn)營商帶來一大筆成本支出。

為了降低運(yùn)營商5G部署成本，助力5G大規(guī)模商用，通信企業(yè)使出多個殺手锏。

設(shè)備商直擊“攔路虎”

目前來看，設(shè)備商可謂是不遺余力。華為、愛立信從軟件和硬件兩方面入手，直擊基站能耗之痛。而諾基亞也推陳出新，改變傳統(tǒng)設(shè)備降溫方式，為5G節(jié)能。

從軟件上，一般是利用AI等技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)、話務(wù)等進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，關(guān)閉一部分空閑資源，達(dá)到節(jié)能的效果。

諸如，華為無線節(jié)能解決方案PowerStar，就是通過AI技術(shù)，實現(xiàn)2G、3G、4G多頻網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)度節(jié)能，從而節(jié)約10%～15%的電能。

具體來說，首先，PowerStar根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)配置和話務(wù)，定制基站間、頻段間和制式間的協(xié)同節(jié)能調(diào)度策略。實現(xiàn)在低話務(wù)情況下，盡量遷移用戶到低頻，關(guān)閉高頻做深度節(jié)能。其次，PowerStar利用AI技術(shù)學(xué)習(xí)歷史話務(wù)和KPI，構(gòu)建節(jié)能和性能的關(guān)聯(lián)模型。依據(jù)模型，AI會動態(tài)調(diào)整節(jié)能參數(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)性能的同時，充分挖掘網(wǎng)絡(luò)節(jié)能潛力。同時，PowerStar提供節(jié)能可視化，運(yùn)營商可以看到基站能耗、網(wǎng)絡(luò)能效和節(jié)能增益的動態(tài)信息，從而進(jìn)行更精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)能耗管理。

同時，愛立信也是在中低頻、高頻產(chǎn)品側(cè)引入機(jī)器智能分析節(jié)能軟件，利用實時小區(qū)業(yè)務(wù)量預(yù)測，判斷是否觸發(fā)節(jié)能轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)節(jié)能。 “5G系統(tǒng)太復(fù)雜了，愛立信秉承的極簡設(shè)計就是可以將不用的資源、信令進(jìn)行靈活調(diào)度，不用時關(guān)掉，等到需要時再開啟，讓運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)化繁為簡?！睆堉羵ケ硎?。

在硬件方面，企業(yè)通過低功耗基站芯片、高集成度基站設(shè)備、創(chuàng)新的電源技術(shù)，實現(xiàn)基站節(jié)能。

例如，華為發(fā)布5G基站核心芯片天罡芯片、刀片式基站產(chǎn)品，縮小產(chǎn)品尺寸，實現(xiàn)節(jié)能。華為天罡芯片，從AAU入手，將基站尺寸縮小超50%，重量減輕23%，功耗節(jié)省達(dá)21%;華為刀片式基站采用分布式電源技術(shù)，助力基站高效節(jié)能。

而愛立信與IBM等公司合作發(fā)布硅基毫米波相控陣列集成電路，能夠最大程度集成電路，降低5G毫米波站點(diǎn)功耗，同時愛立信5G點(diǎn)系統(tǒng)，可以在達(dá)到同樣容量情況下，功耗降低為業(yè)界水平的50%。

同時，三星電子在今年2月推出5G毫米波（mmWave）基站無線通信核心芯片（RFIC）和5G數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAFE）。DAFE用于5G基站，能將降低5G設(shè)備尺寸、重量，從而將能耗減少25%左右。

另外，還有企業(yè)另辟蹊徑，從降溫系統(tǒng)入手，讓5G省電的同時更環(huán)保。諾基亞在去年底推出全球首個液冷基站，打破傳統(tǒng)基站依靠空調(diào)降溫的模式，利用液冷降溫，從而比傳統(tǒng)方式省電30%，減少80%二氧化碳排放量，并大大降低基站運(yùn)行噪音，同時可回收基站排放的廢熱，二次應(yīng)用于公寓大樓的供暖系統(tǒng)。利用先進(jìn)的液冷技術(shù)，破解基站能耗難題。

未來是持久戰(zhàn)

可以發(fā)現(xiàn)，目前業(yè)界推出的5G節(jié)能方案并不是空中閣樓，而是已經(jīng)走在商用路上。去年12月，諾基亞就與Elisa和Efore公司合作，在芬蘭赫爾辛基的一棟公寓大樓里部署了全球首個液冷基站系統(tǒng);而華為也已經(jīng)向中東、歐洲和亞太發(fā)貨2.5萬個5G基站。

但是，真正讓5G實現(xiàn)低功耗，目前做到的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要業(yè)界做好打“持久戰(zhàn)”的準(zhǔn)備。

上述不愿具名的運(yùn)營商專家表示，從目前設(shè)備商發(fā)布的產(chǎn)品來看，5G能耗已經(jīng)在多個方面實現(xiàn)創(chuàng)新，但是距離設(shè)備商能夠大規(guī)模商用還有差距。目前來看，5G能耗大概是4G時代的5倍左右。在硬件方面，能耗比較大的是AAU，目前單5G AAU的功耗基本為1100W，而未來希望能夠降低到800W～900W。同時，在節(jié)能軟件方面，機(jī)器學(xué)習(xí)是個逐步訓(xùn)練的過程，要想真正做到智能調(diào)度資源，甚至智能開關(guān)基站，都需要一段時間。

可見未來，運(yùn)營商還需要聯(lián)合設(shè)備商全力推動技術(shù)創(chuàng)新，突破技術(shù)壁壘，讓5G能耗真正降下來，成為運(yùn)營商建的省、用戶用得起的通信技術(shù)。