“雙碳”下的5G：如何綠色“適度超前”

　　“雙碳”之下，如何破解5G高能耗？

 

　　隨著全球環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，在“雙碳”愿景的驅(qū)動(dòng)下，各行各業(yè)正在加速向深度脫碳邁進(jìn)，5G網(wǎng)絡(luò)作為新基建之首，是最為重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，在助力新基建數(shù)字化發(fā)展、賦能千行百業(yè)的同時(shí)，也帶來了日益嚴(yán)峻的能耗問題。 在“雙碳”愿景下，性能、節(jié)能雙優(yōu)的綠色5G究竟如何打造?

 

　　“釜底抽薪”：軟硬結(jié)合降溫5G

 

　　從互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，過去十多年來，中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展離不開ICT基礎(chǔ)設(shè)施的賦能支持，而運(yùn)營商作為提供網(wǎng)絡(luò)連接的主體，更是其中關(guān)鍵。面向萬物互聯(lián)的智能世界，ICT的基石作用將進(jìn)一步凸顯，推進(jìn)節(jié)能減排對(duì)于電信運(yùn)營商，對(duì)于整個(gè)ICT行業(yè)，以及其他需要ICT技術(shù)提供轉(zhuǎn)型升級(jí)新動(dòng)能千行百業(yè)來說，均意義深遠(yuǎn)。

 

　　據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)， 從2019年到2025年，在全球5G產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式發(fā)展的同時(shí)，電信行業(yè)的碳排放從2.33億噸飆升至4.06億噸，6年內(nèi)增幅將達(dá)到74%，遠(yuǎn)超全球各行業(yè)平均水平。 當(dāng)前，氣候行動(dòng)已經(jīng)成為全球共識(shí)，為了達(dá)成溫室氣體排放目標(biāo)，ICT行業(yè)需在2030年降低45%碳排放。為此，全球多家運(yùn)營商制定節(jié)能減排目標(biāo)，一方面通過ICT技術(shù)助力各個(gè)行業(yè)節(jié)能減排，一方面持續(xù)降低自身網(wǎng)絡(luò)的碳排放。

 

　　據(jù)了解，5G單位比特能耗是4G的五分之一，但因?yàn)?G峰值速率相比4G增長(zhǎng)了20倍，所以高能耗成為5G的關(guān)鍵問題，而導(dǎo)致5G能耗高的原因主要有三方面， 配套設(shè)備增多、設(shè)備天線數(shù)多、站點(diǎn)密集。 5G總體能耗集中在基站、傳輸、電源和機(jī)房空調(diào)四部分，其中基站的電費(fèi)支出占整體網(wǎng)絡(luò)能耗的80%以上。這就需要通過設(shè)備改造升級(jí)、工藝優(yōu)化以及人工智能精準(zhǔn)節(jié)能等手段將5G能耗降下來。

 

　　硬件方面，AAU天線陣列規(guī)模越大，信道波束越窄，信道能量越聚焦，覆蓋距離越遠(yuǎn)。 5G的AAU基于多天線、多通道設(shè)計(jì)，不僅可通過空間復(fù)用大幅提升系統(tǒng)的容量，還可通過調(diào)整多天線的幅度和相位，使無線信號(hào)的能量集中于更窄的波束上，并精準(zhǔn)指向用戶的位置，從而提升能量的傳輸效率，大幅提升比特能效隨著個(gè)人用戶及行業(yè)需求的不斷提升，網(wǎng)絡(luò)流量將持續(xù)增長(zhǎng)，AAU將是運(yùn)營商承載不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量的不二選擇。

 

　　而集成度的持續(xù)提升，設(shè)備開始從單模塊支持單頻段發(fā)展到支持多頻段、超寬頻段，可以將部署方式從原來的一個(gè)頻段對(duì)應(yīng)一個(gè)RRU或AAU設(shè)備，轉(zhuǎn)變?yōu)槎囝l合一、多模塊合一，從而大幅降低了設(shè)備的部署數(shù)量、成本及設(shè)備能耗，與此同時(shí)，通過將BBU集中化，站點(diǎn)也將逐步走向極簡(jiǎn)，通過自然散熱的方式來降低站點(diǎn)的能耗，最終實(shí)現(xiàn)去機(jī)房、去空調(diào)。

 

　　軟件方面，一直以來，運(yùn)營商希望部署節(jié)能軟件以降低網(wǎng)絡(luò)能耗，同時(shí)也擔(dān)心其會(huì)影響用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)性能， 未來，隨著新技術(shù)的不斷演進(jìn)，5G的能效還會(huì)進(jìn)一步成倍提升。基于網(wǎng)絡(luò)流量不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，需要牽引業(yè)務(wù)向高制式發(fā)展，如果能充分利用5G的高能效優(yōu)勢(shì)，就可降低網(wǎng)絡(luò)的能源消耗。在保障用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助智能網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同的場(chǎng)景和業(yè)務(wù)變化，精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地調(diào)整頻譜、載波等網(wǎng)絡(luò)資源的分配已成為業(yè)界的共識(shí)。

 

　　記者了解到，網(wǎng)絡(luò)有忙時(shí)和閑時(shí)，在閑時(shí)鏈路負(fù)載雖然大幅下降，傳統(tǒng)的設(shè)備缺少智能關(guān)斷能力，如產(chǎn)品中的射頻硬件效率隨話務(wù)負(fù)載的變化而變化，即負(fù)載高時(shí)效率高，負(fù)載低時(shí)效率低。 未來，當(dāng)硬件休眠機(jī)制逐漸走向精細(xì)化、顆粒化后，路由器和微波設(shè)備可以通過流量感知，實(shí)現(xiàn)在閑時(shí)把相關(guān)的射頻部件和電路進(jìn)行靜默、關(guān)斷、降頻，以降低閑時(shí)能耗 ；在流量起來的時(shí)候，自動(dòng)將射頻部件和電路進(jìn)行解靜默、喚醒、升壓，屆時(shí)，網(wǎng)絡(luò)智能化也將切實(shí)實(shí)現(xiàn)功耗與容量解耦、功耗與流量掛鉤。

 

　　值得關(guān)注的是， 作為5G中最為關(guān)鍵的供電系統(tǒng)， 一直以來，供電及用電系統(tǒng)的很多設(shè)備都是“啞設(shè)備”，無法相互感知、彼此協(xié)同，也無法實(shí)時(shí)檢測(cè)業(yè)務(wù)負(fù)荷及運(yùn)行狀態(tài)。這不僅使供電和用電效率低下，也造成了大量的能源浪費(fèi)?；诖耍瑢?shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與整站的供能-儲(chǔ)能-用能等部件的高效聯(lián)動(dòng)，也成為未來建設(shè)高效、綠色站點(diǎn)重要的發(fā)展方向。

 

　　建用并舉：5G背后的綠色邏輯

 

　　聯(lián)接的密度與計(jì)算的精度將決定數(shù)字經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)度，但要保持其長(zhǎng)期活力，需要增加碳減排力度這一新維度。 當(dāng)前，為做好技術(shù)節(jié)能減排工作，我國三大運(yùn)營商都已紛紛開展行動(dòng)，推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)不斷向綠色低碳方向演進(jìn)。其中，中國電信（601728）建成全國最大基站節(jié)能系統(tǒng)，其智能節(jié)電技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景已覆蓋超過50萬個(gè)小區(qū)，單小區(qū)平均節(jié)電效果超過10%，節(jié)能時(shí)長(zhǎng)較傳統(tǒng)提升89%以上;中國移動(dòng)（600941）則聚焦技術(shù)需求和應(yīng)用場(chǎng)景，大幅提高5G芯片降耗效果，打造綠色支撐萬物互聯(lián)的5G新網(wǎng)絡(luò);中國聯(lián)通以提升能源效率為牽引，因地制宜，引入燃?xì)饫錈犭娙?lián)供、新風(fēng)自由冷卻系統(tǒng)、石墨烯精準(zhǔn)供暖等節(jié)能技術(shù)精準(zhǔn)節(jié)能。

 

　　事實(shí)上，數(shù)字經(jīng)濟(jì)首先應(yīng)該是綠色經(jīng)濟(jì)。 目前碳中和已成為全球共識(shí)。從ICT產(chǎn)業(yè)的角度，ICT技術(shù)一直致力于使用更少的能量來傳遞、處理和存儲(chǔ)更多的信息，以及在能量系統(tǒng)中通過數(shù)字技術(shù)來降低能耗。以5G為例，每比特能耗大約只有4G的1/10，但可以提供30倍的4G容量，而ICT產(chǎn)業(yè)所帶來的全球節(jié)能和減排量，將遠(yuǎn)超其自身運(yùn)行的能耗和碳排放量，以中國為例，中國三大運(yùn)營商的能源總消耗占比不到全國的1%。ICT產(chǎn)業(yè)更多是肩負(fù)著助力千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的任務(wù)，從而助力達(dá)成“碳中和”目標(biāo)。

 

　　英國電信運(yùn)營商O2的報(bào)告顯示，5G技術(shù)在構(gòu)建綠色經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著巨大作用。該報(bào)告認(rèn)為，到2035年，在交通、公用事業(yè)和家庭能源、制造業(yè)和醫(yī)療保健四個(gè)行業(yè)中應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)可以幫助英國節(jié)省多達(dá)269兆噸的二氧化碳(CO2)排放，相當(dāng)于英國2018年的碳排放總量。因此，由于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段不同，我們不能簡(jiǎn)單地通過絕對(duì)能耗來評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的綠色程度，對(duì)于運(yùn)營商來說，能效的價(jià)值在于牽引行業(yè)在業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)與碳減排之間協(xié)調(diào)發(fā)展，牽引綠色5G目標(biāo)網(wǎng)向性能和節(jié)能“雙優(yōu)”演進(jìn)。

 

　　當(dāng)前， 經(jīng)過多方努力，5G基站能耗已降至4G的3倍左右，功耗約為1900W，在新技術(shù)、新器件的加持下，5G基站能耗有望進(jìn)一步降低 ，而在能耗降低的同時(shí)，要想真正實(shí)現(xiàn)綠色5G，還需要產(chǎn)、學(xué)、研、用各界攜手、形成合力。

 

　　對(duì)此，有專家建議，一是加快5G與傳統(tǒng)高能耗行業(yè)的深度融合。 加快5G等通信技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)的應(yīng)用融合，助力鋼鐵、化工、冶煉等高能耗行業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)升級(jí)和數(shù)字轉(zhuǎn)型等方面發(fā)揮其應(yīng)有作用，為各行業(yè)提質(zhì)增效、節(jié)能降耗、低碳環(huán)保和高效低碳作出貢獻(xiàn)。

 

　　二是加強(qiáng)5G產(chǎn)業(yè)鏈上下游的積極融創(chuàng)。 運(yùn)營商發(fā)揮市場(chǎng)牽引作用，建立起設(shè)備、器件、材料、能源等上下行企業(yè)的信息融通、聯(lián)合創(chuàng)新機(jī)制，形成暢通高效的合作鏈，聯(lián)合創(chuàng)新節(jié)能降耗產(chǎn)品，持續(xù)降低5G能耗。

 

　　三是加大企業(yè)與高校在基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)方面的融智攻關(guān)。 企業(yè)聯(lián)合高校等科研機(jī)構(gòu)加大新能源、新材料、新器件等方面的基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，為綠色5G奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

 

　　四是構(gòu)建研究、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品、應(yīng)用一體化合作平臺(tái)， 通信行業(yè)、垂直行業(yè)、高校等所屬科研機(jī)構(gòu)，在政府部門的指導(dǎo)下，構(gòu)建協(xié)同合作平臺(tái)，開展綠色5G全方位研究。

 

　　無疑，綠色5G的出現(xiàn)正在催生全新的行業(yè)與商業(yè)模式，而在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品迭代、應(yīng)用發(fā)展等方面相互作用之下，綠色也將會(huì)成為5G發(fā)展的新底色。