5G時代，能耗問題已經(jīng)成為運(yùn)營商建網(wǎng)過程中主要考量因素之一，高額的能耗讓運(yùn)營商的成本控制經(jīng)受著前所未有的挑戰(zhàn)。相關(guān)預(yù)測指出，2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力，而對于運(yùn)營商來說，5G的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本也將是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)展情況舉行發(fā)布會上，工信部信息通信發(fā)展司司長新聞發(fā)言人聞庫表示，近期我國每周平均新開通基站超過1.5萬個，截至6月底，3家運(yùn)營商在全國已建設(shè)開通5G基站超過了40萬個。

那么，在運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)的背后，5G能耗這關(guān)究竟如何過?

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%的能耗來自廣泛分布的基站，眾所周知，移動通訊接入使用了成千上萬的基站，基站能耗以電為主，隨著電力成本的增加，移動網(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，對于運(yùn)營商而言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。

中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運(yùn)營商的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2.5倍-3.5倍。經(jīng)測算，以當(dāng)前平均1.3元/度的轉(zhuǎn)供電價計算，一個4G基站每年的電費(fèi)是20280元，一個5G基站每年的電費(fèi)將高達(dá)54600元。

“目前，5G基站能耗主要集中在基站、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為中國運(yùn)營商無線網(wǎng)絡(luò)與云核心網(wǎng)高級專家孫昊在接受《通信產(chǎn)業(yè)報》(網(wǎng))全媒體記者采訪時表示，基站能耗中，負(fù)責(zé)處理信號編解碼的基帶單元(BBU)的功耗相對較小，而射頻單元(RRU/AAU)是功耗的主要來源。

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，帶寬增加為2.67倍，發(fā)射功率變?yōu)樵瓉淼?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，通道數(shù)多也帶來基帶計算量的增加，功耗也會上升。

記者了解到，當(dāng)前，移動通訊基站機(jī)房均為全封閉機(jī)房，機(jī)房內(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)定長年基站溫度18°C-28°)，主要靠空調(diào)來實(shí)現(xiàn)，為保障設(shè)備在恒溫下運(yùn)行，不因?yàn)闇囟冗^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)營成本居高不下的重要原因之一。數(shù)據(jù)顯示，平均每個基站空調(diào)的電費(fèi)支出約占整個基站電費(fèi)支出的54%。

毋庸置疑，高能耗的同時也帶來對電力系統(tǒng)的全新考驗(yàn)，因此，還需地方各級政府的政策紅利，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，隨著中央有關(guān)部門多次提到要加強(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)對接，對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?！稗D(zhuǎn)供電改直供電”是降低用電成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在沒有補(bǔ)貼的情況下，直供電價比轉(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，地出臺政策開放各類市政公共資源加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對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，截至2020年2月底，我國各省市區(qū)共出臺5G政策文件累計達(dá)200余個。根據(jù)賽迪智庫的研究報告，從各省級政府單獨(dú)發(fā)布的文件數(shù)量來看，北京、上海、江西、山東、河南、重慶6省市擁有2個5G政策文件，廣東、浙江兩省均已出臺各級5G政策20余個。

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基站用電報裝項目“綠色通道”，簡化用電報裝流程，并且要為5G基站建設(shè)提供直供電便捷服務(wù)。此外，針對現(xiàn)有5G基站，國網(wǎng)北京市電力公司支持5G基站實(shí)施轉(zhuǎn)供電改直供電工作。

據(jù)中國鐵塔相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，各地政策的推出為中國鐵塔統(tǒng)籌建網(wǎng)提供了極大的抓手，中國鐵塔正努力協(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，中國鐵塔也在持續(xù)呼吁，希望能給予5G電價進(jìn)一步優(yōu)惠。“希望借此契機(jī)，讓推動移動通信基礎(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。

尚存巨大節(jié)能空間：產(chǎn)業(yè)鏈還需協(xié)作為5G“降溫”

毋庸置疑，5G基站高耗能是目前面臨的主要和普遍性問題，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，也將會帶動網(wǎng)絡(luò)能耗的持續(xù)增加，因此，需要產(chǎn)業(yè)不斷通過技術(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)營商對現(xiàn)網(wǎng)的節(jié)能設(shè)置了嚴(yán)格的生效門限，僅能釋放了小部分節(jié)能增益，因此，網(wǎng)絡(luò)還存在巨大的節(jié)能空間。

愛立信東北亞區(qū)首席市場官張至偉指出，軟件節(jié)能是重要的方向，通過人工智能的調(diào)度的算法，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，愛立信推出了人工智能賦能的能源基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營解決方案。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)營商優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的能源消耗，幫助運(yùn)營商降低自身網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本和二氧化碳排放量，同時最大限度地提升站點(diǎn)可用性。

在孫昊看來，影響基站能耗的因素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三級節(jié)能方案，通過人工智能等創(chuàng)新技術(shù)，在設(shè)備級、網(wǎng)絡(luò)級、站點(diǎn)級實(shí)現(xiàn)2/3/4/5G端到端綜合節(jié)能，通過智能化的AI節(jié)能平臺和專家經(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)營降低網(wǎng)絡(luò)能耗。

中國移動研究院無線與終端技術(shù)研究所高級研究員劉建華表示，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。