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突破大规模商用“拦路虎”，5G能耗这关怎么过？
在刚刚过去的MWC2019上，5G迎来狂欢时刻。诸多5G创新产品、解决方案、商业应用纷纷亮相，让通信圈由衷为5G点赞。
但实际上，要想实现5G大繁荣，还有几点挑战，而运营商最关心的能耗问题就是其中之一。
一位在运营商工作的资深专家告诉《通信产业报》(网)记者，由于5G大带宽的特性，让5G网络能耗也成倍增长，这给运营商5G商用成本带来很大挑战。
目前，业界都已经意识到5G能耗问题，也从不同方面推出了多种解决方案，但是离目标还有差距。
5G能耗构筑技术壁垒
实际上，近年来，业界一直将5G能耗问题作为需要突破的关键点。
“基于5G技术的复杂度，目前5G设备的集成度、功耗、体积重量、成本等距离大规模网络建设的需求还有差距。未来公司还需通过自研与合作，逐步突破核心芯片和关键器件的瓶颈，提升无线产品、传输产品的成熟度和竞争力。”2018年通信展期间，中国信科党委常委、副总经理陈山枝在接受《通信产业报》(网)记者采访时表示。
华为也将5G能耗问题作为需要突破的技术壁垒。2018年底，华为创始人任正非在上研所5G业务汇报会上讲话时表示，能耗极低将来肯定是一个体现竞争力的地方。把能耗降下来，不是电费问题，而是水平问题，我们一定不要把降能耗与省电费等同起来。带宽、时延等性能指标，5G各个厂家都可能做到，就是早一点、晚一点的问题，但能耗极低，其他厂家就不一定能做到。
“未来，华为要加大投入，目标是降能耗，把能耗降下来，不仅仅要降芯片的能耗，还要把基站整机能耗也降下来。”任正非提出目标。
华为、中国信科之外，爱立信、诺基亚、中兴也看到能耗这个5G大规模商用的“拦路虎”。
“能耗问题是5G成功商用的一大诉求，而中国面临的能耗挑战可能比国外大。”爱立信东北亚区首席市场官张至伟近期在接受《通信产业报》(网)记者采访时直言。
痛点在哪?
那么，为什么5G时代面临更大的能耗挑战?
首先，一个移动通信网络，主要由基站、传输、电源和机房空调等配套设备组成，而基站是主要的能耗来源，约占有总能耗的50%以上，机房空调等配套系统约占30%，而其余包含天馈线间传输损耗等。
在4G时代，基站能耗费用(电费)就不是一笔小数目，约占运营商网络运维成本的16%。而5G时代，由于设备要部署在更高的频段、而高频覆盖范围小于低频，因此5G基站的部署更加密集。
根据赛迪顾问股份有限公司发布的《2018年中国5G产业与应用发展白皮书》，5G网络部署将采用“宏站+小站”组网覆盖模式，中低频段的宏站若实现与4G基站相当的覆盖范围，预计将建设约475万个5G宏站。小站数量上，毫米波高频段的小站覆盖范围是10-20m，应用于热点区域或更高容量业务场景，其数量保守估计将是宏站的2倍，由此预计5G小站将达到950万个。因此，未来五年，5G基站建设数量将达到1140万个。
目前，中国三大运营商已经累计建设400万个4G站点，由此可见，5G基站(宏站+小站)的数量将是4G时代的3倍左右，而基站数量的成倍增长势必将增加5G网络能耗。
其次，单个5G基站功耗也将提高。因为，基站主要由基带单元(BBU)、射频单元(AAU)、馈线、散热系统等组成。在基站系统中，BBU的功耗相对较小，而AAU和散热系统的能耗较大。
因为，射频主要负责信号的收发和转化，天线、功放等射频器件都是“耗电大户”。5G时代随着传输速率数10倍提升，天线数量增多，功耗必将随之增大，耗能也会增多。
同时，5G能耗大除了增加电费成本之外，还会增加机房电路改造费用。由于5G基站功耗提升，为保证电力正常供给，运营商必须对传统机房进行电路系统改造，这需要更换开关电源、蓄电池、电源线等设备，这也会给运营商带来一大笔成本支出。
为了降低运营商5G部署成本，助力5G大规模商用，通信企业使出多个杀手锏。
设备商直击“拦路虎”
目前来看，设备商可谓是不遗余力。华为、爱立信从软件和硬件两方面入手，直击基站能耗之痛。而诺基亚也推陈出新，改变传统设备降温方式，为5G节能。
从软件上，一般是利用AI等技术，对网络、话务等进行动态调度，关闭一部分空闲资源，达到节能的效果。
诸如，华为无线节能解决方案PowerStar，就是通过AI技术，实现2G、3G、4G多频网络协同调度节能，从而节约10%-15%的电能。
具体来说，首先，PowerStar根据不同的网络配置和话务，定制基站间、频段间和制式间的协同节能调度策略。实现在低话务情况下，尽量迁移用户到低频，关闭高频做深度节能。其次，PowerStar利用AI技术学习历史话务和KPI，构建节能和性能的关联模型。依据模型，AI会动态调整节能参数，保证网络性能的同时，充分挖掘网络节能潜力。同时，PowerStar提供节能可视化，运营商可以看到基站能耗、网络能效和节能增益的动态信息，从而进行更精细化的网络能耗管理。
同时，爱立信也是在中低频、高频产品侧引入机器智能分析节能软件，利用实时小区业务量预测，判断是否触发节能转化，从而实现节能。“5G系统太复杂了，爱立信秉承的极简设计就是可以将不用的资源、信令进行灵活调度，不用时关掉，等到需要时再开启，让运营商5G网络化繁为简。”张至伟表示。
在硬件方面，企业通过低功耗基站芯片、高集成度基站设备、创新的电源技术，实现基站节能。
例如，华为发布5G基站核心芯片天罡芯片、刀片式基站产品，缩小产品尺寸，实现节能。华为天罡芯片，从AAU入手，将基站尺寸缩小超50%，重量减轻23%，功耗节省达21%;华为刀片式基站采用分布式电源技术，助力基站高效节能。
而爱立信与IBM等公司合作发布硅基毫米波相控阵列集成电路，能够最大程度集成电路，降低5G毫米波站点功耗，同时爱立信5G点系统，可以在达到同样容量情况下，功耗降低为业界水平的50%。
同时，三星电子在今年2月推出5G毫米波(mmWave)基站无线通信核心芯片(RFIC)和5G数模转换芯片(DAFE)。DAFE用于5G基站，能将降低5G设备尺寸、重量，从而将能耗减少25%左右。
另外，还有企业另辟蹊径，从降温系统入手，让5G省电的同时更环保。诺基亚在去年底推出全球首个液冷基站，打破传统基站依靠空调降温的模式，利用液冷降温，从而比传统方式省电30%，减少80%二氧化碳排放量，并大大降低基站运行噪音，同时可回收基站排放的废热，二次应用于公寓大楼的供暖系统。利用先进的液冷技术，破解基站能耗难题。
未来是持久战
可以发现，目前业界推出的5G节能方案并不是空中阁楼，而是已经走在商用路上。去年12月，诺基亚就与Elisa和Efore公司合作，在芬兰赫尔辛基的一栋公寓大楼里部署了全球首个液冷基站系统;而华为也已经向中东、欧洲和亚太发货2.5万个5G基站。
但是，真正让5G实现低功耗，目前做到的还远远不够，还需要业界做好打“持久战”的准备。
上述不愿具名的运营商专家表示，从目前设备商发布的产品来看，5G能耗已经在多个方面实现创新，但是距离设备商能够大规模商用还有差距。目前来看，5G能耗大概是4G时代的5倍左右。在硬件方面，能耗比较大的是AAU，目前单5G AAU的功耗基本为1100W，而未来希望能够降低到800W-900W。同时，在节能软件方面，机器学习是个逐步训练的过程,要想真正做到智能调度资源，甚至智能开关基站，都需要一段时间。
可见未来，运营商还需要联合设备商全力推动技术创新，突破技术壁垒，让5G能耗真正降下来，成为运营商建的省、用户用得起的通信技术。
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文 / 《通信产业报》（网）王欣