構(gòu)建綠色5G金字塔：中國移動“軟硬兼施”，實現(xiàn)設(shè)備、站點、網(wǎng)絡(luò)三級節(jié)能

6月18日消息（九九）綠色發(fā)展，節(jié)能先行。5G商用之前，業(yè)界認(rèn)為5G最大的憂慮在于“三個3”：5G基站數(shù)量比4G基站數(shù)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(fā)牌一年后，我國5G建設(shè)快馬加鞭，目前，基站數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)流量爆發(fā)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(jié)能技術(shù)體系劃分為設(shè)備級、站點級和網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能金字塔，從硬、軟兩方面進行降功耗技術(shù)研究：一方面推動基站采用新材料新架構(gòu)，降低基礎(chǔ)功耗；另一方面開發(fā)自適應(yīng)業(yè)務(wù)的關(guān)斷、休眠等軟功能降低運行功耗。目前，已經(jīng)實現(xiàn)5G基站能耗下降30%。

5G單位比特功耗低，但絕對功耗值不容忽視

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32/64TR Massive MIMO設(shè)備，導(dǎo)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(wù)，相比4G的60MHz帶寬增加2.67倍，峰值速率提升15倍，發(fā)射功率提升2倍（由4G的120W提升為240W），導(dǎo)致總功耗增加。

同時，Massive MIMO技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致收發(fā)通道數(shù)增加，5G典型的32/64TR設(shè)備相比4G網(wǎng)絡(luò)8TR設(shè)備通道數(shù)大幅增加。通道數(shù)增加導(dǎo)致數(shù)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(nèi)匹配電路設(shè)計難度增加，插損加大，導(dǎo)致5G AAU整機效率下降；通道數(shù)增加也使得基帶處理計算量顯著增加，導(dǎo)致其功耗上升。

邊森指出，5G（64通道160Mhz）相比4G（8通道60Mhz）設(shè)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(chǎn)業(yè)界不斷通過技術(shù)進步和綜合節(jié)能方案應(yīng)用降低能耗。

劃分技術(shù)體系，開展設(shè)備、站點、網(wǎng)絡(luò)三級節(jié)能

邊森介紹，中國移動將節(jié)能技術(shù)體系劃分為設(shè)備級節(jié)能、站點級節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能，從這三層面開展綜合節(jié)能工作。

首先是設(shè)備級節(jié)能，重點從硬件架構(gòu)和器件設(shè)計方面優(yōu)化功耗，具體包含“新架構(gòu)、新材料、新指標(biāo)”等方面。新架構(gòu)方面：提出天線與射頻濾波器一體化設(shè)計方案，通過減少內(nèi)部損耗實現(xiàn)功耗下降；基于“升無源、降有源”的思路，從4G 3D-MIMO產(chǎn)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(fā)射功率，從而節(jié)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(yīng)用，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界技術(shù)攻關(guān)GaN存在的襯底工藝不成熟、散熱與封裝挑戰(zhàn)大等問題，實現(xiàn)功放PA效率提升，進一步降低整機功耗。新指標(biāo)方面：創(chuàng)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(biāo)，降低設(shè)備的前級濾波器插損要求，等效降低設(shè)備功耗。

其次是站點級節(jié)能，在延續(xù)4G已引入的亞幀關(guān)斷、通道關(guān)斷等功能基礎(chǔ)上，提出5G深度休眠、智能節(jié)能等新理念。深度休眠是5G新節(jié)能功能，可在夜間等時段無業(yè)務(wù)時，AAU關(guān)閉絕大部分射頻以及數(shù)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(jié)能是將人工智能與5G節(jié)能相結(jié)合，通過引入智能業(yè)務(wù)預(yù)測算法，從而精細(xì)化制定相應(yīng)的節(jié)能策略，形成“節(jié)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(jié)能潛力。

最后是網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能，從網(wǎng)絡(luò)協(xié)同角度打造多系統(tǒng)節(jié)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(jié)省硬件板卡配置，從而實現(xiàn)功耗降低；另一方面，在前期已現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用的多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能系統(tǒng)上，升級開發(fā)5G多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能系統(tǒng)（i-Green），該系統(tǒng)可實現(xiàn)4G/5G小區(qū)協(xié)作節(jié)能，通過分析網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，實現(xiàn)不同系統(tǒng)小區(qū)實時休眠/喚醒的網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能。

邊森進一步介紹，在中國移動大力推動和產(chǎn)業(yè)界共同努力下，在設(shè)備級節(jié)能層面，基于“三新”節(jié)能方案的AAU已在現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模部署，單站功耗下降超過10%；在站點級節(jié)能層面，將在現(xiàn)網(wǎng)全面開啟亞幀關(guān)斷，并根據(jù)場景和時段開啟通道關(guān)斷、深度休眠功能，目前已開展現(xiàn)網(wǎng)驗證，后續(xù)將根據(jù)驗證情況進行現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模部署。在網(wǎng)絡(luò)級節(jié)能層面，目前正在加快研發(fā)5G i-Green多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能平臺，充分利用4G/5G協(xié)同、5G高中低頻協(xié)同等進一步挖掘節(jié)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(guān)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(guān)成熟和優(yōu)化，降低信源功耗；針對有源室分，應(yīng)用節(jié)電功能、優(yōu)化建設(shè)方案等實現(xiàn)功耗降低。

踐行“綠色”理念，引導(dǎo)和支持產(chǎn)業(yè)共同創(chuàng)新

基站高功耗不僅給運營商建設(shè)運維帶來挑戰(zhàn)，同時也對設(shè)備、器件研發(fā)過程中的PCB布局、散熱、可靠性設(shè)計造成巨大挑戰(zhàn)，因此基站能耗的降低是需要全產(chǎn)業(yè)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(jié)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(shè)備研發(fā)、制造、物流、維護、回收等領(lǐng)域的合作，并在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研發(fā)、節(jié)能設(shè)備應(yīng)用、節(jié)能經(jīng)驗共享等方面進行推動，構(gòu)建和諧的綠色生態(tài)。

下一步，中國移動將繼續(xù)踐行“綠色”理念，制定明確合理的路標(biāo)規(guī)劃和設(shè)備指標(biāo)，并將功耗指標(biāo)進一步分解到關(guān)鍵芯片器件，與ICT產(chǎn)業(yè)上游整機和芯片器件制造商共同攻關(guān)，優(yōu)化設(shè)備架構(gòu)，提升設(shè)備集成度，推動更新工藝和材料的普遍應(yīng)用，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動的功耗降低。例如AAU關(guān)鍵器件“數(shù)模轉(zhuǎn)換收發(fā)芯片”早期僅支持2通道（64通道AAU需32個芯片），經(jīng)過大力推動，目前業(yè)界最高已實現(xiàn)單芯片支持8通道，大幅優(yōu)化設(shè)備集成度和功耗。

此外，中國移動還將在CCSA等標(biāo)準(zhǔn)組織中牽頭制定行業(yè)統(tǒng)一的節(jié)能分級和能耗測試標(biāo)準(zhǔn)，通過實施設(shè)備能耗分級引導(dǎo)和鼓勵設(shè)備功耗優(yōu)化，同時統(tǒng)一功耗測試方案，為行業(yè)功耗優(yōu)化提供標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。

5G時代，不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)以及海量的設(shè)備連接將繼續(xù)推動移動數(shù)據(jù)流量迅猛增長，而海量數(shù)據(jù)引發(fā)的能耗也必將成倍增長，移動通信網(wǎng)絡(luò)的能耗問題將進一步加劇。預(yù)計到2025年，通信行業(yè)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(nèi)綠色低碳發(fā)展的大背景下，節(jié)能降耗、提升網(wǎng)絡(luò)能效是未來移動通信行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。“作為國有大型骨干企業(yè)，中國移動在實現(xiàn)經(jīng)濟效益的同時，積極履行社會責(zé)任和環(huán)保責(zé)任，并將充分發(fā)揮運營商龍頭效應(yīng)，引導(dǎo)和支持產(chǎn)業(yè)共同創(chuàng)新進一步降低5G功耗。”邊森說。

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