产业链四人谈：基站降耗是5G硬道理

中国移动研究院高级研究员刘建华：建三大技术体系，全方位降低5G基站能耗 ■通信产业报记者 高超 5G基站的高能耗一直都是产业界各方共同关心的问题。当前，运营商、设备商都在通过多种形式的解决方案来降低能耗，且取得了一定的成果。不过在5G基站能耗问题上仍然存在许多挑战，需要产业链共同寻找解决之道。 “5G基站能耗较高，主要原因是5G小区带宽是4G的5倍以上，且室外主要使用复杂度较高的32/64通道Massive MIMO设备。”中国移动研究院无线与终端技术研究所高级研究员刘建华在接受《通信产业报》(网)采访时表示。 为此，中国移动从标准、研发、部署运维等全方位着手降低5G基站能耗，建立了设备级、站点级和网络级三方面的技术体系。 首先，设备级节能体系，重点从硬件架构和器件设计方面优化功耗。具体包含新架构、新材料、新指标三方面。 在新架构方面，中国移动提出通过架构优化实现节能目标：一是提出天线与射频滤波器一体化设计方案，通过减少内部损耗实现功耗下降;二是基于“升无源、降有源”的思路，从4G 3D-MIMO产品128阵子升为192阵子，同时降低功率谱密度，用天线增益弥补发射功率，从而降低功耗。 在新材料方面，中国移动推动具有更高效率的GaN功放的应用，实现功放PA效率提升，进一步降低整机功耗。 在新指标方面，中国移动创新提出邻频共存干扰评估体系和两段式测试方法，制定出合理有效的新射频指标，降低设备的前级滤波器插损要求，等效降低设备功耗。 其次，站点级节能体系，主要从亚帧关断、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能。在延续4G已引入的亚帧关断、通道关断等功能基础上，提出5G深度休眠、智能节能等新理念。 最后，网络级节能重点网络协同角度打造多系统节能方案和平台。一方面可通过C-RAN集中部署和基站资源池共享，通过节省硬件板卡配置从而实现功耗降低;另一方面开发5G多网协作节能系统(i-Green)，实现4G/5G小区协作节能，通过分析网络负荷、业务需求和网络质量，实现不同系统小区实时休眠/唤醒的网络级节能。 刘建华表示，尽管中国移动携手整个产业界在降低5G能耗方面已经开展了大量的工作，但是5G的大规模部署仍然会给中国移动的运营带来不小的挑战，需要在网络规划部署阶段将能耗作为重要指标予以综合考虑，并且就设备级、站点级和网络级节能领域存在的困难和挑战开展技术攻关。 在设备级节能方面，GaN还存在衬底工艺不成熟、散热与封装挑战大等问题，芯片处理能力和设备集成度还有待进一步提升，新材料、新技术、新工艺尚未普遍应用。 在站点级节能方面，4G/5G共站场景下节能效率下降明显，各主设备厂家深度休眠节电比例差异较大，设备唤醒时间有待进一步降低。 在网络级节能方面，目前业界还不具备大容量基站资源池设备，iGreen平台尚处于启动阶段，如何结合AI等先进技术在保证用户感知的基础上节能降耗，并尽快实现大规模成熟商用，尚存在较大挑战。 爱立信东北亚区首席市场官张至伟：四方面着手，把5G能耗降到4G水平 ■通信产业报实习记者 胡媛 有数据显示，目前主要运营商的5G基站主设备空载功耗约2.2—2.3kW，满载功耗约3.7—3.9kW，是4G单站的2.5—3.5倍。那么，造成高功耗的主要原因有哪些?如何应对? 为此，爱立信东北亚区首席市场官张至伟告诉《通信产业报》(网)记者，虽然5G基站的功耗是4G基站好几倍，但是从整网角度来说，爱立信可以从四个方面降低5G基站能耗，甚至可以将其降低到和4G一个水平。 第一，在5G网络准备环节，包括天线、天馈面的整合。很多系统都可以在里面用多模，比如爱立信推的一些功能，像频谱共享、多模基站这种方式。首先可以精简掉一些老的设备，在同样的频段里，4G、5G共同工作，使网络硬件得到优化。 第二，爱立信还有很多节能型的软件可以供运营商使用。从硬件上来说，随着ASIC芯片的成熟，芯片会得到更广泛应用，整个基站的尺寸会越做越小，它的耗电在集成度提高之后也会降低。但是软件节能是一个很重要的方向，软件上面怎么能够在一个有限的频谱里尽可能把4G、5G混合来使用，像动态频谱共享、人工智能调度算法，在低速率、低业务量情况下关断一部分基站能力，使它达到整体节能效果。 第三，进行精准布网。在5G建设的时候，要精准看到哪些地方是有5G需求的，5G带来了低时延等新的特性，这些技术的特点在之前几代移动通信里面是不存在的，当它出现并为它找到一个应用场景是需要时间的。所以要根据5G需求，有针对性地建设，在城市的地方使用大容量基站，在郊区使用小的、低容量基站，按需精准的布网。 第四，爱立信走访了很多运营商，进行了很多调研，在网络开启之后，整个运营阶段要有一个很好的运营体制。在整个基站耗电里，其实很大一部分电是在无源的设备上，通过热能的方式消耗掉了，所以需要对基站进行很精准的监控。随着物联网技术、各种传感器技术越来越成熟，通过对各站点里，包括基站、无源设备、电池组等设备进行统一监控，会把整个站点的能耗分布勾画出来。在这个基础之上，再选择使用多大容量的电池组，怎么降低无源器件能耗等。这个过程就叫做能源管理。所以在运营过程当中，运营商要做好能源管理。 华为中国运营商无线网络与云核心网高级专家孙昊：“对症下药”破解5G高功耗难题 ■通信产业报记者 党博文 5G时代，移动基站数量巨大，分布广泛，应用条件千差万别，基站性能的好坏极大地影响网络的质量和运行维护成本。因此，在保证网络质量的前提下，如何让基站“降能耗、提性能”，是当前无线通信设备厂家面临的关键问题。 “目前，5G基站总体能耗主要集中在基站、传输、电源和机房空调四部分，而其中基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。”华为中国运营商无线网络与云核心网高级专家孙昊在接受《通信产业报》(网)全媒体记者采访时表示，基站能耗中，负责处理信号编解码的基带单元(BBU)的功耗相对较小，而射频单元(RRU/AAU)是功耗的主要来源。 众所周知，基站能耗以电为主，随着电力成本的增加，移动网络的扩大，基站机房电费支出逐渐增大。特别是在5G时代，不仅功耗提升了三倍以上，并且由于覆盖范围的衰减，5G基站的需求数量又是成倍增加，因此，对于运营商而言5G基站的高功耗甚至成为了制约5G建网的首要原因。在孙昊看来，影响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发射功率、扩展能力等;二是业务负载的影响;三是散热及耐热可靠性;四是器件不同能效比的影响;五是设备运行环境温度等。 对此，为了实现在网络性能和用户体验不受影响的前提下极致提升网络节能效果，华为推出了PowerStar三级节能方案，旨在助力运营商达成节能目标。 具体来看，华为PowerStar三级节能解决方案通过人工智能等创新技术，在设备级、网络级、站点级实现2/3/4/5G端到端综合节能，以“保障KPI平稳前提下，最大化能耗节省”为目标，通过智能化的AI节能平台和专家经验，调用节能特性并设置精准的节能参数，助力运营降低网络能耗。 “通过AI平台工具实现精准共覆盖识别，多频多制式协同节能等能力最大化节能效果，基于智能节能平台对节能效果和KPI影响做实时监控，迭代调优节能参数进行实时优化，避免因节能而影响网络体验。”孙昊表示，PowerStar端到端节能方案可以助力客户通过自动化工具平台实现自动下发策略并实时监控优化，实现网络级快速部署，获取节能收益。 此外，正如家用电器过热会导致效率的降低和能耗的升高，基站也需要强散热以保证高能效。 孙昊表示，华为采用了先进的仿生散热技术，辊压接合散热齿，这是一个AAU内部的循环散热系统，通过华为专利液体在AAU内部汽化-液化-汽化的循环，使基站的整体散热能力提升20%，从而达到降耗的目的。 近年来全球移动宽带业务持续快速发展，无线网络当前3G、4G、5G多制式共存，有十几种频段，站点数也在不断增加。日益复杂的网络带来能耗快速增加，多模多制式之间的耦合，也给节能带来极大挑战。 为了提升功放效率，华为采用专门优化的数字预纠偏算法(DPD)，对功放的非线性放大区进行预纠偏，使得功放的线性放大区间得到极限延伸，同比业界可降低10%功放能耗。 在当前5G部署环境中，5G基站主要以直流供电方式为主，而针对机房，华为也开发了一套针对站点机房的节能方案，通过把原有无线AAU/RRU机房内取电改造成机房外取电，节省机房空调，同时还降低了机房租金，实现了节电降租。 据孙昊介绍，该方案平均每站可节省运营成本2万元/年，有效助力运营商进行5G建设。 康普运营商网络东北亚区无线网络业务销售总监林海峰：“两手抓”降5G能耗 ■通信产业报记者 党博文 4G时代起，运营商业务面临“被”管道化问题，在此背景下，运营商“同质化”竞争导致ARPU收入下降。 “5G的到来并未改变这两大问题，运营商面临的情况还是同4G时代一样。”康普运营商网络东北亚区无线网络业务销售总监及亚太区全球OEM销售负责人林海峰表示，5G给运营商带来的机遇是提升效率，这也是5G的核心。 “效率的提升是5G给运营商带来的最大裨益，在此前提下，共建共享是很正确的选择。”林海峰表示，迈向共建共享后，运营商将不只关注多少时间建多少站、覆盖达到多少，而是有一部分人可以专注思考如何提升网络效率，如何通过不同的技术去提升不同的应用，如何为不同应用的企业客户或者特定的企业客户提供服务及业务，通过这些优化来创造运营商自己的核心竞争力。 “5G的能耗确实是一个很大的问题，跟其本身的物理特性有关系。”谈及5G能耗，林海峰表示，因为5G使用较高频段，而高频段衰弱较快，导致需要建更多的基站，产生的能耗自然就更大，并且，5G需要大带宽，大带宽则要求更多的射频器件和芯片，从而势必会导致整体产生较大的消耗。 需要指出的是，随着5G应用越来越多，用户使用手机和客户端的时间也会越来越长，反过来会带动网络能耗继续增加。所以，5G的能耗对于所有国家而言都是一个棘手的课题。 对此，林海峰认为，由于能耗是物理上的原因，很难通过一两个产品解决，在5G建设初期，康普认为有两种方法可以缓解基站高能耗难题。 一是在网络设计和实施上可以考虑有序地提升5G MIMO的应用或者按需提升。 当前，中国在5G建网主要采用的是64TR的Massive MIMO，但有一些国家选择的方法是先从低阶MIMO开始做，因为建网初期5G需求没有这么大，所以在需求较小的时候用高阶MIMO，从投资成本和能耗上来说相对不太划算。 林海峰指出，随着5G数据容量要求增大和对数据带宽的要求提升，如果届时需要，再将其逐渐升级到高阶MIMO，这样能耗也是一个循序渐进提升的过程。“前期投资的这些低阶的MIMO天线和设备也不会被浪费，需求量增加了以后，可以将这些设备转移到比如郊区、农村等低需求的地区，照样可以使用。相对来说，这种方式尤其在初期可以控制一定的能耗。”林海峰说。 二是加入一些专门设备监控。 以康普为例，康普推出PowerShift解决方案，其主要是动态监控调节电源传输以后的压降，把原来传统的电源线变成一个智能化的电源传输方案，用比较细的传输线传同样的距离，从而能节省改造的成本。 毋庸置疑，5G虽然已经在世界各地陆续推出，但还处于起步阶段。林海峰表示，为了发挥5G技术的潜力，网络运营商仍有许多工作要做。康普相信2020年将是网络运营商兑现5G承诺的一年，届时，无线和有线之间的界限也将变得愈加模糊。 [44] \t