5G规模化应用渐入佳境，网络流量持续增长意味着网络能耗的大幅提升。解决5G能耗问题，不只节能一方面，还要兼顾业务量和业务体验。衡量这张“绿色”网络的新标尺，从“能耗”变成了对“能效”的综合考验，这就要求整个产业链以“能效”为出发点，围绕5G站点、设备、网络实现设计、材料、架构等方面创新，打造低碳节能体系下5G高能效的新范式。
极简改造让5G基站告别能耗痛点
5G单位比特能耗是4G的五分之一，但5G峰值速率相比4G增长了20倍，且配套设备、天线数、站点数相比4G成倍增加，网络能耗问题一直伴随着5G发展。
数据显示，5G基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。按照传统基站建设模式，每个基站都需要设置机房，为保障设备的稳定运行，机房还需配置空调。这样一来，不仅站点占地面积大，空调能耗高，导致站点能效通常只有50%—60%。
5G站点“极简化”，成为打造性能、节能双优的一剂良方。
“站点极简化，需要配置新型无线接入网网络架构，来实现配套设施能耗的降低。”中国信息通信研究院通信专家告诉《中国电子报》记者，例如，C-RAN的集中部署网络架构，能够通过减少基站的数量及配套设备，来降低对空调和备电的需求，从而将网络能耗降低30%以上。
广东移动通过集中式C-RAN架构部署5G网络，一方面简化了远端站点，基站射频单元、电源电池和传输模块放置在了室外，实现去机房、关空调，典型单站每年可节省用电约1.45万度。
华为站点能源领域总裁彭建华介绍，采用室外站点替换机房站点，站点能效可提升至80%。若进一步采用自然散热架构的“刀片”电源杆站，站点能效则可提升至97%。这种“以柜替房、以杆替站”的模式，可以最大化提升站点能效，把每一度电都用在“刀刃上”，同时也减少了土建成本、缩短了建设周期。
在河北张家口，基于全场景高集成度的极简站点解决方案，以往单个站点安装需花费2—3天，如今缩短至2个小时；在河北廊坊，通过刀片电源极简部署，站点能效提升至96%，温控损耗减少700度/年，线损减少50%；贵州铁塔用1个新的机柜代替了3个传统机房，租金电费节省4400元/月，运维节省75%。充分利用绿色清洁能源，让整站走向联动、实现供能、储能、用能高效协同，能够真正实现“电随业动”“能随业动”，使整站能耗大幅降低。我国光能和风能十分充沛。近日，由中国移动打造的全国首批“零碳”5G基站在浙江舟山群岛开始试点运行。这座5G零碳排基站的日常主要能源来自光伏发电，风大的时候使用风电做补充，还有后备的锂电池存储能量，遇到阴雨天气，光伏输出不理想，还可以远程启动油机，坚持20天不成问题。据了解，这些基站在运行过程中可以真正实现“零碳”排放，单个站点每年能减少碳排放14.5吨。无线设备从仅支持“单频单制式”到支持“多频多制式”演进，应对多制式、多网络的融合部署和高效运营，5G设备将持续向高度集成化演进，以降低多网络场景部署所需的设备数量和网络能耗。
5G基站主设备主要由AAU（有源天线单元）和BBU（基带处理单元）组成。BBU的功率比较稳定，主要负责基带数字信号处理；AAU集成了射频和大规模天线功能，但随着发射功率的增加，功耗也随之大幅增长。在站址资源有限、天面资源紧张的情况下，原本“身材”并不苗条的AAU不仅要经常面临无处安放的尴尬，也对其安装部署、运营维护、节能降碳提出新挑战。体积小、集成度高便成为运营商对于AAU产品的刚需。近日，华为联合三大运营商，在湖北武汉、甘肃兰州、四川成都、山西运城、山东临沂等多个城市开展了Meta AAU（Massive MIMO大规模天线阵列产品）试点站测试。测试结果显示，相比传统方案，Meta AAU可以同时提升小区30%上行覆盖和30%下行覆盖，边缘用户平均体验可提升25%；在小区边缘覆盖指标不变的情况下，基站可配置更低的发射功率，从而降低基站能耗，相比传统AAU，能耗降低约30%。站点中的BBU设备工作中会大量散热，需要制冷设备为其降温。而不同的BBU安装方法，会在很大程度上带来节能效果的不同。中兴通讯公司在测试时发现，BBU设备竖装不仅外部冷空气进入设备的阻力值变小，且转速更低，节能性能更佳。内蒙古联通联合中信科移动，对鄂尔多斯、包头、赤峰、通辽、呼伦贝尔五个地市16个旗县的5G BBU设备竖装改造。在外界环境相同的条件下，竖装改造后的BBU温度平均降低6℃，最高降温12.9℃；同时竖装工艺更加美观，实现了电源类线缆上走线，光纤等信号类线缆下走线，分类走线避免了干扰。一天24小时中，业务有闲时、忙时之分，能效也有高低之差，利用软件来节能，可提升闲时能效、休眠相应资源。目前ICT企业不断推出“网络优化+能耗管理”的方案，在保证网络质量的前提下，在5G网络上应用智能协同深度休眠、智能符号关断、智能载波关断等技术。对于所有站点来讲，都需要根据实际情况调整运营状态，从亚帧、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能方案研究，由此达到节能目标。根据当地5G用户分布和终端使用状况，洛阳联通对已经入网的三种不同基站射频单元设备，分不同时段定时开启空载状态下的深度休眠功能，从而实现智能化基站设备能耗管控的目的；爱立信研发了潮汐功放技术能动态调整PA电压，根据业务量的高低，自动通过算法实时优化功耗，根据实验结果，在典型业务负荷时，该技术可以让基站射频单元整机功耗降低20％，基站整体功耗降低约15％。结合日益成熟的AI、大数据及机器学习等技术，可以实现多制式网络的整体节能效果最佳的配置方案。天津移动采用中兴通讯数字化节能新技术，基于中兴的AI引擎、季节性自回归差分滑动平均算法、长短期记忆网络算法、前馈神经网络模型等AI算法进行调整适配，实现了天津多个小区5G基站通道关断功能的24小时自动调度，实施后每小区通道关断生效时长从0.68小时上升到5.16小时，预计全年可增加节能74万度电，相当于减少616吨碳排放。面向庞大的5G业务种类，不同业务在覆盖、容量、时延等方面的需求有所差异，覆盖范围内用户互相干扰，也会引起用户体验不一致。运营商需要通过一张智能化的无线网络，以最佳的频段组合保证多维业务体验最优，并走向以用户为中心的网络资源配置。华为推出了无线智能化架构Intelligent-RAN，构建了智能引擎和智能节能算法，基于意图进行多路径决策，调整整网节能策略，能够在保障用户体验前提下，实现多频多制式复杂网络能耗降低27%以上，实现能效最大化。
