C114訊 6月18日消息（九九）綠色發展，節能先行。5G商用之前，業界認為5G最大的憂慮在于“三個3”：5G基站數量比4G基站數量多出3倍；5G單個基站的耗電量是4G基站的3倍；5G單個基站的價格可能是4G基站的3倍。5G發牌一年后，我國5G建設快馬加鞭，目前，基站數量和價格的“3倍”問題已有所緩解，能耗問題也逐步取得進展。
中國移動研究院無線與終端技術研究所高級研究員邊森日前在接受C114專訪時表示，5G并非“天生的電老虎”，其單位比特功耗比4G低80%，但因為數據流量爆發式增長，所以初期5G基站的總能耗是4G基站的3-4倍。
邊森介紹，中國移動將5G節能技術體系劃分為設備級、站點級和網絡級節能金字塔，從硬、軟兩方面進行降功耗技術研究：一方面推動基站采用新材料新架構，降低基礎功耗；另一方面開發自適應業務的關斷、休眠等軟功能降低運行功耗。目前，已經實現5G基站能耗下降30%。
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5G單位比特功耗低，但絕對功耗值不容忽視
5G小區帶寬是4G的5倍以上，且室外主要使用復雜度較高的32/64TR Massive MIMO設備，導致5G基站功耗較高。以中國移動2.6GHz頻段為例，5G基站信號帶寬為160MHz，可同時提供4G和5G服務，相比4G的60MHz帶寬增加2.67倍，峰值速率提升15倍，發射功率提升2倍（由4G的120W提升為240W），導致總功耗增加。
同時，Massive MIMO技術的應用導致收發通道數增加，5G典型的32/64TR設備相比4G網絡8TR設備通道數大幅增加。通道數增加導致數字中頻、射頻小信號的功耗顯著增加；另外每個通道的功放布板面積受限，高集成度的封裝帶來片內匹配電路設計難度增加，插損加大，導致5G AAU整機效率下降；通道數增加也使得基帶處理計算量顯著增加，導致其功耗上升。
邊森指出，5G（64通道160Mhz）相比4G（8通道60Mhz）設備吞吐量提升15倍，單位bit流量功耗僅為4G的1/5左右，也就是說5G基站功耗承載效率約為4G的5倍。雖然5G單位bit承載效率相比4G大幅提升，但絕對功耗值不容忽視，需要產業界不斷通過技術進步和綜合節能方案應用降低能耗。
劃分技術體系，開展設備、站點、網絡三級節能
邊森介紹，中國移動將節能技術體系劃分為設備級節能、站點級節能和網絡級節能，從這三層面開展綜合節能工作。
首先是設備級節能，重點從硬件架構和器件設計方面優化功耗，具體包含“新架構、新材料、新指標”等方面。新架構方面：提出天線與射頻濾波器一體化設計方案，通過減少內部損耗實現功耗下降；基于“升無源、降有源”的思路，從4G 3D-MIMO產品128陣子升為192陣子，同時降低功率譜密度，用天線增益彌補發射功率，從而節省功耗。新材料方面：大力推動具有更高效率的GaN（氮化鎵）功放的應用，聯合產業界技術攻關GaN存在的襯底工藝不成熟、散熱與封裝挑戰大等問題，實現功放PA效率提升，進一步降低整機功耗。新指標方面：創新提出鄰頻共存干擾評估體系和兩段式測試方法，制定出合理有效的新射頻指標，降低設備的前級濾波器插損要求，等效降低設備功耗。
其次是站點級節能，在延續4G已引入的亞幀關斷、通道關斷等功能基礎上，提出5G深度休眠、智能節能等新理念。深度休眠是5G新節能功能，可在夜間等時段無業務時，AAU關閉絕大部分射頻以及數字通路，僅保留最基本的接口電路工作，平均功耗可大幅下降；智慧節能是將人工智能與5G節能相結合，通過引入智能業務預測算法，從而精細化制定相應的節能策略，形成“節能智能大腦”，做到“一站一策、一時一策”，在保證用戶體驗的前提下充分挖掘節能潛力。
最后是網絡級節能，從網絡協同角度打造多系統節能方案和平臺。一方面，通過C-RAN集中部署和基站資源池共享，節省硬件板卡配置，從而實現功耗降低；另一方面，在前期已現網規模應用的多網協作節能系統上，升級開發5G多網協作節能系統（i-Green），該系統可實現4G/5G小區協作節能，通過分析網絡負荷、業務需求和網絡質量，實現不同系統小區實時休眠/喚醒的網絡級節能。
邊森進一步介紹，在中國移動大力推動和產業界共同努力下，在設備級節能層面，基于“三新”節能方案的AAU已在現網規模部署，單站功耗下降超過10%；在站點級節能層面，將在現網全面開啟亞幀關斷，并根據場景和時段開啟通道關斷、深度休眠功能，目前已開展現網驗證，后續將根據驗證情況進行現網規模部署。在網絡級節能層面，目前正在加快研發5G i-Green多網協作節能平臺，充分利用4G/5G協同、5G高中低頻協同等進一步挖掘節能潛力。
邊森同時指出，5G室分功耗相比4G同樣提升明顯，需重點關注。針對無源室分，進一步推動大功率功放器件及大功率開關成熟和優化，降低信源功耗；針對有源室分，應用節電功能、優化建設方案等實現功耗降低。
踐行“綠色”理念，引導和支持產業共同創新
基站高功耗不僅給運營商建設運維帶來挑戰，同時也對設備、器件研發過程中的PCB布局、散熱、可靠性設計造成巨大挑戰，因此基站能耗的降低是需要全產業鏈共同攻克的難題。
邊森介紹，早在2007 年，中國移動就啟動了以節能減排為核心的“綠色行動計劃”，每年投入專項資金，與合作伙伴共同深化通信設備研發、制造、物流、維護、回收等領域的合作，并在節能標準和技術研發、節能設備應用、節能經驗共享等方面進行推動，構建和諧的綠色生態。
下一步，中國移動將繼續踐行“綠色”理念，制定明確合理的路標規劃和設備指標，并將功耗指標進一步分解到關鍵芯片器件，與ICT產業上游整機和芯片器件制造商共同攻關，優化設備架構，提升設備集成度，推動更新工藝和材料的普遍應用，實現產業鏈上下游聯動的功耗降低。例如AAU關鍵器件“數模轉換收發芯片”早期僅支持2通道（64通道AAU需32個芯片），經過大力推動，目前業界最高已實現單芯片支持8通道，大幅優化設備集成度和功耗。
此外，中國移動還將在CCSA等標準組織中牽頭制定行業統一的節能分級和能耗測試標準，通過實施設備能耗分級引導和鼓勵設備功耗優化，同時統一功耗測試方案，為行業功耗優化提供標準基礎。
5G時代，不斷涌現的各類新業務以及海量的設備連接將繼續推動移動數據流量迅猛增長，而海量數據引發的能耗也必將成倍增長，移動通信網絡的能耗問題將進一步加劇。預計到2025年，通信行業將消耗全球20%的電力，電費將成為運營商最高的OPEX支出，至少占總運營成本的15%。
在世界范圍內綠色低碳發展的大背景下，節能降耗、提升網絡能效是未來移動通信行業可持續發展的必經之路。“作為國有大型骨干企業，中國移動在實現經濟效益的同時，積極履行社會責任和環保責任，并將充分發揮運營商龍頭效應，引導和支持產業共同創新進一步降低5G功耗。”邊森說。 
