基站“降溫”還需邁過幾道坎？
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，高額的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，通信行業將消耗全球20%的電力，而對于運營商來說，5G的網絡運營成本也將是4G的10倍以上。
在日前舉行的2020年上半年工業通信業發展情況舉行發布會上，工信部信息通信發展司司長新聞發言人聞庫表示，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家運營商在全國已建設開通5G基站超過了40萬個。
那么，在運營商實現快速建網的背后，5G能耗這關究竟如何過?
空調與射頻單元：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，移動網絡的擴大，基站機房電費支出逐漸增大，相比4G網絡，5G不僅功耗提升了三倍以上，并且由于覆蓋范圍的衰減，5G基站的需求數量又是成倍增加，因此，對于運營商而言5G基站的高功耗甚至成為了主要制約5G建網的首要原因。
中國通信標準化協會的數據顯示，目前主要運營商的5G基站主設備空載功耗約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基站能耗主要集中在基站、傳輸、電源和機房空調四部分，而其中基站的電費支出占整體網絡能耗的80%以上。”華為中國運營商無線網絡與云核心網高級專家孫昊在接受《通信產業報》(網)全媒體記者采訪時表示，基站能耗中，負責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。
據了解，射頻單元能耗高，主要原因是5G小區帶寬是4G的5倍以上，且室外主要使用復雜度較高的32/64通道Massive MIMO設備。
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，相比4G的60MHz，帶寬增加為2.67倍，發射功率變為原來的2倍，導致總的功耗增加，并且，5G massive MIMO典型的32/64TR設備通道數是4G網絡8TR設備通道數的數倍，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，移動通訊基站機房均為全封閉機房，機房內的電源設備、發射設備、傳輸設備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°)，主要靠空調來實現，為保障設備在恒溫下運行，不因為溫度過高而宕機，制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。數據顯示，平均每個基站空調的電費支出約占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。
政策扶持：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基站特別是宏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《關于推動5G加快發展的通知》指出，支持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。“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持，地出臺政策開放各類市政公共資源加快5G網絡建設，對5G的高投入，資金支持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，我國各省市區共出臺5G政策文件累計達200余個。根據賽迪智庫的研究報告，從各省級政府單獨發布的文件數量來看，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、市城市管理委聯合印發了《關于做好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持5G基站配套電力設施建設，研究設立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基站建設提供直供電便捷服務。此外，針對現有5G基站，國網北京市電力公司支持5G基站實施轉供電改直供電工作。
據中國鐵塔相關負責人表示，各地政策的推出為中國鐵塔統籌建網提供了極大的抓手，中國鐵塔正努力協調推進“轉供電改直供電”工作，目前尚有接近30%站址為轉供電，中國鐵塔也在持續呼吁，希望能給予5G電價進一步優惠。“希望借此契機，讓推動移動通信基礎設施“入規”“入法”，回歸與水電氣暖等一樣的公用基礎設施地位。”該負責人說。
尚存巨大節能空間：產業鏈還需協作為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，隨著5G應用的持續增多，也將會帶動網絡能耗的持續增加，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，為了保證網絡性能和用戶體驗不受影響，運營商對現網的節能設置了嚴格的生效門限，僅能釋放了小部分節能增益，因此，網絡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，軟件節能是重要的方向，通過人工智能的調度的算法，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能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能和先進的數據分析，幫助通信運營商優化網絡基礎設施的能源消耗，幫助運營商降低自身網絡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。
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射功率、擴展能力等;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;五是設備運行環境溫度等。
因此，華為推出了PowerStar三級節能方案，通過人工智能等創新技術，在設備級、網絡級、站點級實現2/3/4/5G端到端綜合節能，通過智能化的AI節能平臺和專家經驗，調用節能特性并設置精準的節能參數，助力運營降低網絡能耗。
中國移動研究院無線與終端技術研究所高級研究員劉建華表示，目前業界還不具備大容量基站資源池設備，如何結合AI等先進技術在保證用戶感知的基礎上節能降耗，并盡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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