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站點極簡能耗極低，5G綠色發展有了“新標尺”

2022-06-20
來源:中國電子報

5G規模化應用漸入佳境，網絡流量持續增長意味著網絡能耗的大幅提升。解決5G能耗問題，不只節能一方面，還要兼顧業務量和業務體驗。衡量這張“綠色”網絡的新標尺，從“能耗”變成了對“能效”的綜合考驗，這就要求整個產業鏈以“能效”為出發點，圍繞5G站點、設備、網絡實現設計、材料、架構等方面創新，打造低碳節能體系下5G高能效的新范式。

極簡改造讓5G基站告別能耗痛點

5G單位比特能耗是4G的五分之一，但5G峰值速率相比4G增長了20倍，且配套設備、天線數、站點數相比4G成倍增加，網絡能耗問題一直伴隨著5G發展。

數據顯示，5G基站的電費支出占整體網絡能耗的80%以上。按照傳統基站建設模式，每個基站都需要設置機房，為保障設備的穩定運行，機房還需配置空調。這樣一來，不僅站點占地面積大，空調能耗高，導致站點能效通常只有50%—60%。

5G站點“極簡化”，成為打造性能、節能雙優的一劑良方。

“站點極簡化，需要配置新型無線接入網網絡架構，來實現配套設施能耗的降低。”中國信息通信研究院通信專家告訴《中國電子報》記者，例如，C-RAN的集中部署網絡架構，能夠通過減少基站的數量及配套設備，來降低對空調和備電的需求，從而將網絡能耗降低30%以上。

廣東移動通過集中式C-RAN架構部署5G網絡，一方面簡化了遠端站點，基站射頻單元、電源電池和傳輸模塊放置在了室外，實現去機房、關空調，典型單站每年可節省用電約1.45萬度。

華為站點能源領域總裁彭建華介紹，采用室外站點替換機房站點，站點能效可提升至80%。若進一步采用自然散熱架構的“刀片”電源桿站，站點能效則可提升至97%。這種“以柜替房、以桿替站”的模式，可以最大化提升站點能效，把每一度電都用在“刀刃上”，同時也減少了土建成本、縮短了建設周期。

在河北張家口，基于全場景高集成度的極簡站點解決方案，以往單個站點安裝需花費2—3天，如今縮短至2個小時;在河北廊坊，通過刀片電源極簡部署，站點能效提升至96%，溫控損耗減少700度/年，線損減少50%;貴州鐵塔用1個新的機柜代替了3個傳統機房，租金電費節省4400元/月，運維節省75%。

充分利用綠色清潔能源，讓整站走向聯動、實現供能、儲能、用能高效協同，能夠真正實現“電隨業動”“能隨業動”，使整站能耗大幅降低。

我國光能和風能十分充沛。近日，由中國移動打造的全國首批“零碳”5G基站在浙江舟山群島開始試點運行。這座5G零碳排基站的日常主要能源來自光伏發電，風大的時候使用風電做補充，還有后備的鋰電池存儲能量，遇到陰雨天氣，光伏輸出不理想，還可以遠程啟動油機，堅持20天不成問題。據了解，這些基站在運行過程中可以真正實現“零碳”排放，單個站點每年能減少碳排放14.5噸。

“高度集成”成設備節能重要趨勢

無線設備從僅支持“單頻單制式”到支持“多頻多制式”演進，應對多制式、多網絡的融合部署和高效運營，5G設備將持續向高度集成化演進，以降低多網絡場景部署所需的設備數量和網絡能耗。

5G基站主設備主要由AAU(有源天線單元)和BBU(基帶處理單元)組成。BBU的功率比較穩定，主要負責基帶數字信號處理;AAU集成了射頻和大規模天線功能，但隨著發射功率的增加，功耗也隨之大幅增長。在站址資源有限、天面資源緊張的情況下，原本“身材”并不苗條的AAU不僅要經常面臨無處安放的尷尬，也對其安裝部署、運營維護、節能降碳提出新挑戰。體積小、集成度高便成為運營商對于AAU產品的剛需。

近日，華為聯合三大運營商，在湖北武漢、甘肅蘭州、四川成都、山西運城、山東臨沂等多個城市開展了Meta AAU(Massive MIMO大規模天線陣列產品)試點站測試。測試結果顯示，相比傳統方案，Meta AAU可以同時提升小區30%上行覆蓋和30%下行覆蓋，邊緣用戶平均體驗可提升25%;在小區邊緣覆蓋指標不變的情況下，基站可配置更低的發射功率，從而降低基站能耗，相比傳統AAU，能耗降低約30%。

站點中的BBU設備工作中會大量散熱，需要制冷設備為其降溫。而不同的BBU安裝方法，會在很大程度上帶來節能效果的不同。中興通訊公司在測試時發現，BBU設備豎裝不僅外部冷空氣進入設備的阻力值變小，且轉速更低，節能性能更佳。

內蒙古聯通聯合中信科移動，對鄂爾多斯、包頭、赤峰、通遼、呼倫貝爾五個地市16個旗縣的5G BBU設備豎裝改造。在外界環境相同的條件下，豎裝改造后的BBU溫度平均降低6℃，最高降溫12.9℃;同時豎裝工藝更加美觀，實現了電源類線纜上走線，光纖等信號類線纜下走線，分類走線避免了干擾。

智能運維讓網絡能耗、性能雙優

一天24小時中，業務有閑時、忙時之分，能效也有高低之差，利用軟件來節能，可提升閑時能效、休眠相應資源。目前ICT企業不斷推出“網絡優化+能耗管理”的方案，在保證網絡質量的前提下，在5G網絡上應用智能協同深度休眠、智能符號關斷、智能載波關斷等技術。

對于所有站點來講，都需要根據實際情況調整運營狀態，從亞幀、通道關斷及深度休眠等方面開展軟件節能方案研究，由此達到節能目標。

根據當地5G用戶分布和終端使用狀況，洛陽聯通對已經入網的三種不同基站射頻單元設備，分不同時段定時開啟空載狀態下的深度休眠功能，從而實現智能化基站設備能耗管控的目的;愛立信研發了潮汐功放技術能動態調整PA電壓，根據業務量的高低，自動通過算法實時優化功耗，根據實驗結果，在典型業務負荷時，該技術可以讓基站射頻單元整機功耗降低20%，基站整體功耗降低約15%。

結合日益成熟的AI、大數據及機器學習等技術，可以實現多制式網絡的整體節能效果最佳的配置方案。

天津移動采用中興通訊數字化節能新技術，基于中興的AI引擎、季節性自回歸差分滑動平均算法、長短期記憶網絡算法、前饋神經網絡模型等AI算法進行調整適配，實現了天津多個小區5G基站通道關斷功能的24小時自動調度，實施后每小區通道關斷生效時長從0.68小時上升到5.16小時，預計全年可增加節能74萬度電，相當于減少616噸碳排放。

面向龐大的5G業務種類，不同業務在覆蓋、容量、時延等方面的需求有所差異，覆蓋范圍內用戶互相干擾，也會引起用戶體驗不一致。運營商需要通過一張智能化的無線網絡，以最佳的頻段組合保證多維業務體驗最優，并走向以用戶為中心的網絡資源配置。華為推出了無線智能化架構Intelligent-RAN，構建了智能引擎和智能節能算法，基于意圖進行多路徑決策，調整整網節能策略，能夠在保障用戶體驗前提下，實現多頻多制式復雜網絡能耗降低27%以上，實現能效最大化。