“雙碳”之下，如何破解5G高能耗？

 

　　隨著全球環境問題的日益嚴峻，在“雙碳”愿景的驅動下，各行各業正在加速向深度脫碳邁進，5G網絡作為新基建之首，是最為重要的新型基礎設施，在助力新基建數字化發展、賦能千行百業的同時，也帶來了日益嚴峻的能耗問題。 在“雙碳”愿景下，性能、節能雙優的綠色5G究竟如何打造?

 

　　“釜底抽薪”：軟硬結合降溫5G

 

　　從互聯網到移動互聯網，過去十多年來，中國數字經濟的飛速發展離不開ICT基礎設施的賦能支持，而運營商作為提供網絡連接的主體，更是其中關鍵。面向萬物互聯的智能世界，ICT的基石作用將進一步凸顯，推進節能減排對于電信運營商，對于整個ICT行業，以及其他需要ICT技術提供轉型升級新動能千行百業來說，均意義深遠。

 

　　據相關研究機構預測， 從2019年到2025年，在全球5G產業爆發式發展的同時，電信行業的碳排放從2.33億噸飆升至4.06億噸，6年內增幅將達到74%，遠超全球各行業平均水平。 當前，氣候行動已經成為全球共識，為了達成溫室氣體排放目標，ICT行業需在2030年降低45%碳排放。為此，全球多家運營商制定節能減排目標，一方面通過ICT技術助力各個行業節能減排，一方面持續降低自身網絡的碳排放。

 

　　據了解，5G單位比特能耗是4G的五分之一，但因為5G峰值速率相比4G增長了20倍，所以高能耗成為5G的關鍵問題，而導致5G能耗高的原因主要有三方面， 配套設備增多、設備天線數多、站點密集。 5G總體能耗集中在基站、傳輸、電源和機房空調四部分，其中基站的電費支出占整體網絡能耗的80%以上。這就需要通過設備改造升級、工藝優化以及人工智能精準節能等手段將5G能耗降下來。

 

　　硬件方面，AAU天線陣列規模越大，信道波束越窄，信道能量越聚焦，覆蓋距離越遠。 5G的AAU基于多天線、多通道設計，不僅可通過空間復用大幅提升系統的容量，還可通過調整多天線的幅度和相位，使無線信號的能量集中于更窄的波束上，并精準指向用戶的位置，從而提升能量的傳輸效率，大幅提升比特能效隨著個人用戶及行業需求的不斷提升，網絡流量將持續增長，AAU將是運營商承載不斷增長的網絡流量的不二選擇。

 

　　而集成度的持續提升，設備開始從單模塊支持單頻段發展到支持多頻段、超寬頻段，可以將部署方式從原來的一個頻段對應一個RRU或AAU設備，轉變為多頻合一、多模塊合一，從而大幅降低了設備的部署數量、成本及設備能耗，與此同時，通過將BBU集中化，站點也將逐步走向極簡，通過自然散熱的方式來降低站點的能耗，最終實現去機房、去空調。

 

　　軟件方面，一直以來，運營商希望部署節能軟件以降低網絡能耗，同時也擔心其會影響用戶體驗和網絡性能， 未來，隨著新技術的不斷演進，5G的能效還會進一步成倍提升。基于網絡流量不斷增長的趨勢，需要牽引業務向高制式發展，如果能充分利用5G的高能效優勢，就可降低網絡的能源消耗。在保障用戶體驗的基礎上，借助智能網絡，根據不同的場景和業務變化，精準、實時地調整頻譜、載波等網絡資源的分配已成為業界的共識。

 

　　記者了解到，網絡有忙時和閑時，在閑時鏈路負載雖然大幅下降，傳統的設備缺少智能關斷能力，如產品中的射頻硬件效率隨話務負載的變化而變化，即負載高時效率高，負載低時效率低。 未來，當硬件休眠機制逐漸走向精細化、顆粒化后，路由器和微波設備可以通過流量感知，實現在閑時把相關的射頻部件和電路進行靜默、關斷、降頻，以降低閑時能耗 ；在流量起來的時候，自動將射頻部件和電路進行解靜默、喚醒、升壓，屆時，網絡智能化也將切實實現功耗與容量解耦、功耗與流量掛鉤。

 

　　值得關注的是， 作為5G中最為關鍵的供電系統， 一直以來，供電及用電系統的很多設備都是“啞設備”，無法相互感知、彼此協同，也無法實時檢測業務負荷及運行狀態。這不僅使供電和用電效率低下，也造成了大量的能源浪費。基于此，實現業務與整站的供能-儲能-用能等部件的高效聯動，也成為未來建設高效、綠色站點重要的發展方向。

 

　　建用并舉：5G背后的綠色邏輯

 

　　聯接的密度與計算的精度將決定數字經濟的強度，但要保持其長期活力，需要增加碳減排力度這一新維度。 當前，為做好技術節能減排工作，我國三大運營商都已紛紛開展行動，推動5G網絡不斷向綠色低碳方向演進。其中，中國電信（601728）建成全國最大基站節能系統，其智能節電技術應用場景已覆蓋超過50萬個小區，單小區平均節電效果超過10%，節能時長較傳統提升89%以上;中國移動（600941）則聚焦技術需求和應用場景，大幅提高5G芯片降耗效果，打造綠色支撐萬物互聯的5G新網絡;中國聯通以提升能源效率為牽引，因地制宜，引入燃氣冷熱電三聯供、新風自由冷卻系統、石墨烯精準供暖等節能技術精準節能。

 

　　事實上，數字經濟首先應該是綠色經濟。 目前碳中和已成為全球共識。從ICT產業的角度，ICT技術一直致力于使用更少的能量來傳遞、處理和存儲更多的信息，以及在能量系統中通過數字技術來降低能耗。以5G為例，每比特能耗大約只有4G的1/10，但可以提供30倍的4G容量，而ICT產業所帶來的全球節能和減排量，將遠超其自身運行的能耗和碳排放量，以中國為例，中國三大運營商的能源總消耗占比不到全國的1%。ICT產業更多是肩負著助力千行百業數字化轉型的任務，從而助力達成“碳中和”目標。

 

　　英國電信運營商O2的報告顯示，5G技術在構建綠色經濟中發揮著巨大作用。該報告認為，到2035年，在交通、公用事業和家庭能源、制造業和醫療保健四個行業中應用5G網絡可以幫助英國節省多達269兆噸的二氧化碳(CO2)排放，相當于英國2018年的碳排放總量。因此，由于每個網絡的發展階段不同，我們不能簡單地通過絕對能耗來評估網絡的綠色程度，對于運營商來說，能效的價值在于牽引行業在業務流量增長與碳減排之間協調發展，牽引綠色5G目標網向性能和節能“雙優”演進。

 

　　當前， 經過多方努力，5G基站能耗已降至4G的3倍左右，功耗約為1900W，在新技術、新器件的加持下，5G基站能耗有望進一步降低 ，而在能耗降低的同時，要想真正實現綠色5G，還需要產、學、研、用各界攜手、形成合力。

 

　　對此，有專家建議，一是加快5G與傳統高能耗行業的深度融合。 加快5G等通信技術與傳統行業的應用融合，助力鋼鐵、化工、冶煉等高能耗行業在產品開發、技術升級和數字轉型等方面發揮其應有作用，為各行業提質增效、節能降耗、低碳環保和高效低碳作出貢獻。

 

　　二是加強5G產業鏈上下游的積極融創。 運營商發揮市場牽引作用，建立起設備、器件、材料、能源等上下行企業的信息融通、聯合創新機制，形成暢通高效的合作鏈，聯合創新節能降耗產品，持續降低5G能耗。

 

　　三是加大企業與高校在基礎研究和關鍵技術方面的融智攻關。 企業聯合高校等科研機構加大新能源、新材料、新器件等方面的基礎研究，實現關鍵技術突破，為綠色5G奠定堅實技術基礎。

 

　　四是構建研究、標準、產品、應用一體化合作平臺， 通信行業、垂直行業、高校等所屬科研機構，在政府部門的指導下，構建協同合作平臺，開展綠色5G全方位研究。

 

　　無疑，綠色5G的出現正在催生全新的行業與商業模式，而在技術創新、產品迭代、應用發展等方面相互作用之下，綠色也將會成為5G發展的新底色。