5G時代,能耗問題已經成為運營商建網過程中主要考量因素之一,高能耗讓運營商的成本控制經受著前所未有的挑戰。相關預測指出,2025年,通訊行業將消耗全球20%的電力,而對於運營商來說,5G的網路運營成本也將是4G的10倍以上。
在5G通訊中,基站是耗電大戶,大約80%的能耗來自廣泛分佈的基站。
在日前舉行的2020年上半年工業通訊業發展情況釋出會上,工信部資訊通訊發展司司長、新聞發言人聞庫表示,近期中國每週平均新開通基站超過1.5萬個,截至6月底,3家運營商在全國已建設開通5G基站超過40萬個。
在運營商實現快速建網的背後,5G能耗這關究竟如何過?
降能耗兩大“攔路華”
在5G通訊中,基站是耗電大戶,大約80%的能耗來自廣泛分佈的基站,眾所周知,行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,行動網路的擴大,基站機房電費支出逐漸增大,相比4G網路,5G不僅功耗提升了三倍以上,並且由於覆蓋範圍的衰減,5G基站的需求數量又是成倍增加,因此,對於運營商而言5G基站的高功耗甚至成為了主要制約5G建網的首要原因。
中國通訊標準化協會的資料顯示,目前主要運營商的5G基站主裝置空載功耗約2.2-2.3kW,滿載功耗約3.7-3.9kW,是4G單站的三倍左右。經測算,以當前平均1.3元/度的轉供電價計算,一個4G基站每年的電費是20280元,一個5G基站每年的電費將高達54600元。
“目前,5G基站主要能耗集中在基站、傳輸、電源和機房空調四部分,而其中基站的電費支出佔整體網路能耗的80%以上。”華為中國運營商無線網路與雲核心網高階專家孫昊在接受《通訊產業報》(網)全媒體記者採訪時表示,基站能耗中,負責處理訊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。
據了解,射頻單元能耗高,主要原因是5G小區頻寬是4G的5倍以上,且室外主要使用複雜度較高的32/64通道Massive MIMO裝置。以中國移動2.6GHz頻段為例,5G基站訊號頻寬為160MHz,可同時提供4G和5G服務,相比4G的60MHz,頻寬增加為2.67倍,發射功率變為原來的2倍,導致總的功耗增加,並且,5G massive MIMO典型的32/64TR裝置通道數是4G網路8TR裝置通道數的數倍,射頻單元功耗增加顯著,同時,通道數多也帶來基帶計算量的增加,功耗也會上升。
記者了解到,當前,行動通訊基站機房均為全封閉機房,機房內的電源裝置、發射裝置、傳輸裝置等都是較大的發熱體。要保持機房一定的工作環境溫度(基站環境標準GB50174-93規定長年基站溫度18°C-28°C),主要靠空調來實現,為保障裝置在恆溫下執行,不因為溫度過高而宕機,製冷系統就要不間斷地為基站降溫,也是導致運營成本居高不下的重要原因之一。資料顯示,平均每個基站空調的電費支出約佔整個基站電費支出的54%。
毋庸置疑,高能耗的同時也帶來對電力系統的全新考驗,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、應用、資金等方面政策的“工具箱”,加速5G發展。
給基站“高溫補貼”
今年以來,隨著中央有關部門多次提到要加強新基建,在政策扶持下5G建設速度明顯加快。
目前,5G基站特別是巨集站主要以傳統直流供電為主,市電供應的轉供方式為輔,但是,市電供應的轉供方式增加了基站供電的不穩定性和成本不可控性,不僅增加了供電環節、降低了供電保障性,而且許多中間環節電費加價成為基站成本增加的主要和不可控因素。
因此,5G基站由電力轉供模式向直供模式轉變已成一致認可的舉措。3月24日,工信部發布《關於推動5G加快發展的通知》指出,支援基礎電信企業加強與電力企業對接,對具備條件的基站和機房等配套設施加快由轉供電改直供電。目前,“轉供電改直供電”是降低用電成本的關鍵環節,在沒有補貼的情況下,直供電價比轉供電大約低20%左右。
除直接改供電方式降低建網運維成本外,在政策層面,不少地方政府在5G戰略規劃中提出了調降電費等定向支援,各地出臺政策開放各類市政公共資源加快5G網路建設,對5G的高投入,資金支援也成為地方政策支撐的重點。
目前,廣東、河北、福建、海南、青海等多地政府均已出臺相關政策,推出5G基站轉供電改造為直供電、直接用電補貼等措施。據統計,截至2020年2月底,中國各省市區共出臺5G政策檔案累計達200餘個。
以北京為例,今年5月,北京市通訊管理局、市城市管理委聯合印發了《關於做好5G基站電力供應服務工作的通知》(下稱《通知》)。《通知》規定,國網北京市電力公司要支援5G基站配套電力設施建設,研究設立5G基站用電報裝專案“綠色通道”,簡化用電報裝流程,並且要為5G基站建設提供直供電便捷服務。
尚存巨大節能空間
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,隨著5G應用的持續增多,也將會帶動網路能耗的持續增加,因此,需要產業不斷通過技術進步和綜合節能方案應用降低能耗,這不僅是降低成本,更是為了促進ICT行業的綠色可持續發展。
目前,為了保證網路效能和使用者體驗不受影響,運營商對現網的節能設定了嚴格的生效門限,僅釋放了小部分節能增益,因此,網路還存在巨大的節能空間。
愛立信東北亞區首席市場官張至偉指出,軟體節能是重要的方向,通過人工智慧的排程演算法,在低速率、低業務量的情況下進行一些關斷,達到節能的效果。
據了解,今年2月,愛立信推出了人工智慧賦能的能源基礎設施運營解決方案。這種全新的能源管理解決方案利用人工智慧和先進的資料分析,幫助通訊運營商優化網路基礎設施的能源消耗,幫助運營商降低自身網路的運營成本和二氧化碳排放量,同時最大限度地提升站點可用性。
在孫昊看來,影響基站能耗的主要因素有五大方面,一是基站配置引出的發射功率、擴充套件能力等;二是業務負載的影響;三是散熱及耐熱可靠性;四是器件不同能效比的影響;五是裝置執行環境溫度等。
因此,華為推出了PowerStar三級節能方案,通過人工智慧等創新技術,在裝置級、網路級、站點級實現2G到5G端到端綜合節能,通過智慧化的AI節能平臺和專家經驗,呼叫節能特性並設定精準的節能引數,助力運營降低網路能耗。
中國移動研究院無線與終端技術研究所高階研究員劉建華表示,目前業界還不具備大容量基站資源池裝置,如何結合AI等先進技術在保證使用者感知的基礎上節能降耗,並儘快實現大規模成熟商用,尚存在較大挑戰,還需產業鏈加速協作。
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