5G基站“降耗”還要邁過(guò)幾道坎？

黨博文

5G時(shí)代，能耗問(wèn)題已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)過(guò)程中主要考量因素之一，高能耗讓運(yùn)營(yíng)商的成本控制經(jīng)受著前所未有的挑戰(zhàn)。相關(guān)預(yù)測(cè)指出，2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力，而對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，5G的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本也將是4G的10倍以上。

在日前舉行的2020年上半年工業(yè)通信業(yè)發(fā)展情況發(fā)布會(huì)上，工信部信息通信發(fā)展司司長(zhǎng)、新聞發(fā)言人聞庫(kù)表示，近期我國(guó)每周平均新開(kāi)通基站超過(guò)1.5萬(wàn)個(gè)，截至6月底，3家運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)已建設(shè)開(kāi)通5G基站超過(guò)40萬(wàn)個(gè)。在運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)的背后，5G能耗這關(guān)究竟如何過(guò)？

空調(diào)與射頻單元：降能耗兩大“攔路虎”

在5G通信中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來(lái)自廣泛分布的基站，眾所周知，移動(dòng)通信接入使用了成千上萬(wàn)的基站，基站能耗以電為主，隨著電力成本的增加，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大，基站機(jī)房電費(fèi)支出逐漸增大，相比4G網(wǎng)絡(luò)，5G不僅功耗提升了三倍以上，并且由于覆蓋范圍的衰減，5G基站的需求數(shù)量又是成倍增加，因此，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言5G基站的高功耗甚至成為了主要制約5G建網(wǎng)的首要原因。

中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運(yùn)營(yíng)商的5G基站主設(shè)備空載功耗約2.2-2.3kW，滿載功耗約3.7-3.9kW，是4G單站的三倍左右。經(jīng)測(cè)算，以當(dāng)前平均1.3元/度的轉(zhuǎn)供電價(jià)計(jì)算，一個(gè)4G基站每年的電費(fèi)是20280元，一個(gè)5G基站每年的電費(fèi)將高達(dá)54600元。

“目前，5G基站主要能耗集中在基站、傳輸、電源和機(jī)房空調(diào)四部分，而其中基站的電費(fèi)支出占整體網(wǎng)絡(luò)能耗的80%以上?！比A為中國(guó)運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與云核心網(wǎng)高級(jí)專家孫昊在接受《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》（網(wǎng)）全媒體記者采訪時(shí)表示，基站能耗中，負(fù)責(zé)處理信號(hào)編解碼的基帶單元（BBU）的功耗相對(duì)較小，而射頻單元（RRU/AAU）是功耗的主要來(lái)源。

據(jù)了解，射頻單元能耗高，主要原因是5G小區(qū)帶寬是4G的5倍以上，且室外主要使用復(fù)雜度較高的32/64通道Massive MIMO設(shè)備。以中國(guó)移動(dòng)2.6GHz頻段為例，5G基站信號(hào)帶寬為160MHz，可同時(shí)提供4G和5G服務(wù)，相比4G的60MHz，帶寬增加為2.67倍，發(fā)射功率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，導(dǎo)致總的功耗增加，并且，5G massive MIMO典型的32/64TR設(shè)備通道數(shù)是4G網(wǎng)絡(luò)8TR設(shè)備通道數(shù)的數(shù)倍，射頻單元功耗增加顯著，同時(shí)，通道數(shù)多也帶來(lái)基帶計(jì)算量的增加，功耗也會(huì)上升。

記者了解到，當(dāng)前，移動(dòng)通信基站機(jī)房均為全封閉機(jī)房，機(jī)房?jī)?nèi)的電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、傳輸設(shè)備等都是較大的發(fā)熱體。要保持機(jī)房一定的工作環(huán)境溫度（基站環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)GB50174-93規(guī)定長(zhǎng)年基站溫度18°C-28°C），主要靠空調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，為保障設(shè)備在恒溫下運(yùn)行，不因?yàn)闇囟冗^(guò)高而宕機(jī)，制冷系統(tǒng)就要不間斷地為基站降溫，也是導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本居高不下的重要原因之一。數(shù)據(jù)顯示，平均每個(gè)基站空調(diào)的電費(fèi)支出約占整個(gè)基站電費(fèi)支出的54%。

毋庸置疑，高能耗的同時(shí)也帶來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)的全新考驗(yàn)，因此，還需地方各級(jí)政府的政策紅利，充分用好5G的供電、建設(shè)、應(yīng)用、資金等方面政策的“工具箱”，加速5G發(fā)展。

政策扶持：給基站“高溫補(bǔ)貼”

今年以來(lái)，隨著中央有關(guān)部門(mén)多次提到要加強(qiáng)新基建，在政策扶持下5G建設(shè)速度明顯加快。

目前，5G基站特別是宏站主要以傳統(tǒng)直流供電為主，市電供應(yīng)的轉(zhuǎn)供方式為輔，但是，市電供應(yīng)的轉(zhuǎn)供方式增加了基站供電的不穩(wěn)定性和成本不可控性，不僅增加了供電環(huán)節(jié)、降低了供電保障性，而且許多中間環(huán)節(jié)電費(fèi)加價(jià)成為基站成本增加的主要和不可控因素。

因此，5G基站由電力轉(zhuǎn)供模式向直供模式轉(zhuǎn)變已成一致認(rèn)可的舉措。3月24日，工信部發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》指出，支持基礎(chǔ)電信企業(yè)加強(qiáng)與電力企業(yè)對(duì)接，對(duì)具備條件的基站和機(jī)房等配套設(shè)施加快由轉(zhuǎn)供電改直供電。目前，“轉(zhuǎn)供電改直供電”是降低用電成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在沒(méi)有補(bǔ)貼的情況下，直供電價(jià)比轉(zhuǎn)供電大約低20%左右。

除直接改供電方式降低建網(wǎng)運(yùn)維成本外，在政策層面，不少地方政府在5G戰(zhàn)略規(guī)劃中提出了調(diào)降電費(fèi)等定向支持，各地出臺(tái)政策開(kāi)放各類市政公共資源加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對(duì)5G的高投入，資金支持也成為地方政策支撐的重點(diǎn)。

目前，廣東、河北、福建、海南、青海等多地政府均已出臺(tái)相關(guān)政策，推出5G基站轉(zhuǎn)供電改造為直供電、直接用電補(bǔ)貼等措施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年2月底，我國(guó)各省市區(qū)共出臺(tái)5G政策文件累計(jì)達(dá)200余個(gè)。

以北京為例，今年5月，北京市通信管理局、市城市管理委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于做好5G基站電力供應(yīng)服務(wù)工作的通知》（下稱《通知》）?！锻ㄖ芬?guī)定，國(guó)網(wǎng)北京市電力公司要支持5G基站配套電力設(shè)施建設(shè)，研究設(shè)立5G基站用電報(bào)裝項(xiàng)目“綠色通道”，簡(jiǎn)化用電報(bào)裝流程，并且要為5G基站建設(shè)提供直供電便捷服務(wù)。

據(jù)中國(guó)鐵塔相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，各地政策的推出為中國(guó)鐵塔統(tǒng)籌建網(wǎng)提供了極大的抓手，中國(guó)鐵塔正努力協(xié)調(diào)推進(jìn)“轉(zhuǎn)供電改直供電”工作，目前尚有接近30%站址為轉(zhuǎn)供電，中國(guó)鐵塔也在持續(xù)呼吁，希望能給予5G電價(jià)進(jìn)一步優(yōu)惠?！跋Ｍ璐似鯔C(jī)，讓移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施“入規(guī)、入法”，回歸與水電氣暖等一樣的公用基礎(chǔ)設(shè)施地位。”該負(fù)責(zé)人說(shuō)。

尚存巨大節(jié)能空間

毋庸置疑，5G基站高耗能是目前面臨的主要和普遍性問(wèn)題，這不僅與其本身的物理特性有關(guān)，隨著5G應(yīng)用的持續(xù)增多，也將會(huì)帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能耗的持續(xù)增加，因此，需要產(chǎn)業(yè)不斷通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和綜合節(jié)能方案應(yīng)用降低能耗，這不僅是降低成本，更是為了促進(jìn)ICT行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

目前，為了保證網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)不受影響，運(yùn)營(yíng)商對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的節(jié)能設(shè)置了嚴(yán)格的生效門(mén)限，僅釋放了小部分節(jié)能增益，因此，網(wǎng)絡(luò)還存在巨大的節(jié)能空間。

愛(ài)立信東北亞區(qū)首席市場(chǎng)官?gòu)堉羵ブ赋觯浖?jié)能是重要的方向，通過(guò)人工智能的調(diào)度算法，在低速率、低業(yè)務(wù)量的情況下進(jìn)行一些關(guān)斷，達(dá)到節(jié)能的效果。

據(jù)了解，今年2月，愛(ài)立信推出了人工智能賦能的能源基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)解決方案。這種全新的能源管理解決方案利用人工智能和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析，幫助通信運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的能源消耗，幫助運(yùn)營(yíng)商降低自身網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本和二氧化碳排放量，同時(shí)最大限度地提升站點(diǎn)可用性。

在孫昊看來(lái)，影響基站能耗的主要因素有五大方面，一是基站配置引出的發(fā)射功率、擴(kuò)展能力等;二是業(yè)務(wù)負(fù)載的影響;三是散熱及耐熱可靠性;四是器件不同能效比的影響;五是設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度等。

因此，華為推出了PowerStar三級(jí)節(jié)能方案，通過(guò)人工智能等創(chuàng)新技術(shù)，在設(shè)備級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)、站點(diǎn)級(jí)實(shí)現(xiàn)2G到5G端到端綜合節(jié)能，通過(guò)智能化的AI節(jié)能平臺(tái)和專家經(jīng)驗(yàn)，調(diào)用節(jié)能特性并設(shè)置精準(zhǔn)的節(jié)能參數(shù)，助力運(yùn)營(yíng)降低網(wǎng)絡(luò)能耗。

中國(guó)移動(dòng)研究院無(wú)線與終端技術(shù)研究所高級(jí)研究員劉建華表示，目前業(yè)界還不具備大容量基站資源池設(shè)備，如何結(jié)合AI等先進(jìn)技術(shù)在保證用戶感知的基礎(chǔ)上節(jié)能降耗，并盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模成熟商用，尚存在較大挑戰(zhàn)，還需產(chǎn)業(yè)鏈加速協(xié)作。