突破大規模商用“攔路虎”5G能耗這關怎么過？

王欣

在剛剛過去的MWC2019上，5G迎來狂歡時刻。諸多5G創新產品、解決方案、商業應用紛紛亮相，讓通信圈由衷為5G點贊。

但實際上，要想實現5G大繁榮，還有幾點挑戰，而運營商最關心的能耗問題就是其中之一。

一位在運營商工作的資深專家告訴《通信產業報》（網）記者，由于5G大帶寬的特性，讓5G網絡能耗也成倍增長，這給運營商5G商用成本帶來很大挑戰。

目前，業界都已經意識到5G能耗問題，也從不同方面推出了多種解決方案，但是離目標還有差距。

5G能耗構筑技術壁壘

實際上，近年來，業界一直將5G能耗問題作為需要突破的關鍵點。

“基于 5G技術的復雜度，目前5G設備的集成度、功耗、體積重量、成本等距離大規模網絡建設的需求還有差距。未來公司還需通過自研與合作，逐步突破核心芯片和關鍵器件的瓶頸，提升無線產品、傳輸產品的成熟度和競爭力。”2018年通信展期間，中國信科黨委常委、副總經理陳山枝在接受《通信產業報》（網）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壁壘。2018年底，華為創始人任正非在上研所5G業務匯報會上講話時表示，能耗極低將來肯定是一個體現競爭力的地方。把能耗降下來，不是電費問題，而是水平問題，我們一定不要把降能耗與省電費等同起來。帶寬、時延等性能指標，5G各個廠家都可能做到，就是早一點、晚一點的問題，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，還要把基站整機能耗也降下來。”任正非提出目標。

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可能比國外大。”愛立信東北亞區首席市場官張至偉近期在接受《通信產業報》（網）記者采訪時直言。

痛點在哪？

那么，為什么5G時代面臨更大的能耗挑戰？

首先，一個移動通信網絡，主要由基站、傳輸、電源和機房空調等配套設備組成，而基站是主要的能耗來源，約占有總能耗的50%以上，機房空調等配套系統約占30%，而其余包含天饋線間傳輸損耗等。

在4G時代，基站能耗費用（電費）就不是一筆小數目，約占運營商網絡運維成本的16%。而5G時代，由于設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。

根據賽迪顧問股份有限公司發布的《2018年中國5G產業與應用發展白皮書》，5G網絡部署將采用“宏站+小站”組網覆蓋模式，中低頻段的宏站若實現與4G基站相當的覆蓋范圍，預計將建設約475萬個5G宏站。小站數量上，毫米波高頻段的小站覆蓋范圍是10～20m，應用于熱點區域或更高容量業務場景，其數量保守估計將是宏站的2倍，由此預計5G小站將達到950萬個。因此，未來五年，5G基站建設數量將達到1140萬個。

目前，中國三大運營商已經累計建設400萬個4G站點，由此可見，5G基站（宏站+小站）的數量將是4G時代的3倍左右，而基站數量的成倍增長勢必將增加5G網絡能耗。

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、散熱系統等組成。在基站系統中，BBU的功耗相對較小，而AAU和散熱系統的能耗較大。

因為，射頻主要負責信號的收發和轉化，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10倍提升，天線數量增多，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成本之外，還會增加機房電路改造費用。由于5G基站功耗提升，為保證電力正常供給，運營商必須對傳統機房進行電路系統改造，這需要更換開關電源、蓄電池、電源線等設備，這也會給運營商帶來一大筆成本支出。

為了降低運營商5G部署成本，助力5G大規模商用，通信企業使出多個殺手锏。

設備商直擊“攔路虎”

目前來看，設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，改變傳統設備降溫方式，為5G節能。

從軟件上，一般是利用AI等技術，對網絡、話務等進行動態調度，關閉一部分空閑資源，達到節能的效果。

諸如，華為無線節能解決方案PowerStar，就是通過AI技術，實現2G、3G、4G多頻網絡協同調度節能，從而節約10%～15%的電能。

具體來說，首先，PowerStar根據不同的網絡配置和話務，定制基站間、頻段間和制式間的協同節能調度策略。實現在低話務情況下，盡量遷移用戶到低頻，關閉高頻做深度節能。其次，PowerStar利用AI技術學習歷史話務和KPI，構建節能和性能的關聯模型。依據模型，AI會動態調整節能參數，保證網絡性能的同時，充分挖掘網絡節能潛力。同時，PowerStar提供節能可視化，運營商可以看到基站能耗、網絡能效和節能增益的動態信息，從而進行更精細化的網絡能耗管理。

同時，愛立信也是在中低頻、高頻產品側引入機器智能分析節能軟件，利用實時小區業務量預測，判斷是否觸發節能轉化，從而實現節能。 “5G系統太復雜了，愛立信秉承的極簡設計就是可以將不用的資源、信令進行靈活調度，不用時關掉，等到需要時再開啟，讓運營商5G網絡化繁為簡。”張至偉表示。

在硬件方面，企業通過低功耗基站芯片、高集成度基站設備、創新的電源技術，實現基站節能。

例如，華為發布5G基站核心芯片天罡芯片、刀片式基站產品，縮小產品尺寸，實現節能。華為天罡芯片，從AAU入手，將基站尺寸縮小超50%，重量減輕23%，功耗節省達21%;華為刀片式基站采用分布式電源技術，助力基站高效節能。

而愛立信與IBM等公司合作發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毫米波站點功耗，同時愛立信5G點系統，可以在達到同樣容量情況下，功耗降低為業界水平的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數模轉換芯片（DAFE）。DAFE用于5G基站，能將降低5G設備尺寸、重量，從而將能耗減少25%左右。

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

未來是持久戰

可以發現，目前業界推出的5G節能方案并不是空中閣樓，而是已經走在商用路上。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;而華為也已經向中東、歐洲和亞太發貨2.5萬個5G基站。

但是，真正讓5G實現低功耗，目前做到的還遠遠不夠，還需要業界做好打“持久戰”的準備。

上述不愿具名的運營商專家表示，從目前設備商發布的產品來看，5G能耗已經在多個方面實現創新，但是距離設備商能夠大規模商用還有差距。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，在節能軟件方面，機器學習是個逐步訓練的過程，要想真正做到智能調度資源，甚至智能開關基站，都需要一段時間。

可見未來，運營商還需要聯合設備商全力推動技術創新，突破技術壁壘，讓5G能耗真正降下來，成為運營商建的省、用戶用得起的通信技術。