2019年6月6日，工信部分別向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通和中國廣電發(fā)放了5G商用網(wǎng)牌照，標志著我國移動通信正式進入5G時代。相對于4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡在網(wǎng)絡性能和業(yè)務承載方面有較大的提升。4G時代被認為是移動互聯(lián)網(wǎng)時代，主要解決人與人之間的通信，而5G時代被認為是萬物互聯(lián)時代，在完善人與人之間通信的基礎上，人與物、物與物的通信，將得到極大的發(fā)展。借助5G網(wǎng)絡提供的高帶寬、大連接、低時延的網(wǎng)絡能力，高清視頻、VR/AR、無人機、智慧城市、智能制造、遠程醫(yī)療等業(yè)務能夠得到快速發(fā)展，這些業(yè)務將會極大影響我們的工作，生活，生產(chǎn)以及社會的各個方面，因此可以說“4G改變生活、5G改變社會”。

5G網(wǎng)絡規(guī)劃建設流程與4G網(wǎng)絡類似，但由于5G基站設備的工作帶寬為100MHz，發(fā)射功率典型值為200W，因此設備功耗方面與4G相比，有明顯的增加，這一方面會增加網(wǎng)絡的供電需求，給網(wǎng)絡建設帶來困難；另一方面也增加運營商的運營成本。因此需要研究5G基站設備功耗對網(wǎng)絡建設的影響，同時提出相應的解決方案，以保障5G網(wǎng)絡快速部署和正常運營。

5G網(wǎng)絡架構

5G網(wǎng)絡架構和4G網(wǎng)絡架構類似，總體上由無線接入網(wǎng)（NG-RAN）和核心網(wǎng)（5GC）構成，為3GPP給出的5G網(wǎng)絡結構。

5GC主要包含AMF/UPF網(wǎng)元，其中AMF為接入和移動管理功能，UPF為用戶平面功能。NG-RAN為5G無線接入網(wǎng)，其中gNB為5G基站，ng-eNB為4G基站（考慮到未來4G和5G長期共存，因此升級后的4G基站具有接入5G核心網(wǎng)的能力）。

對于5G網(wǎng)絡，設備功耗主要包括無線接入網(wǎng)設備和核心網(wǎng)設備，對于核心網(wǎng)設備，其功耗與4G相當，而對于5G無線接入網(wǎng)設備，尤其是gNB工作帶寬典型值為100MHz，發(fā)射功率為200W，其功耗相對于4G網(wǎng)絡有明顯的增加，是影響網(wǎng)絡能耗的主要因素。

5G設備功耗分析

5G基站設備，其架構主要采用BBU+AAU方式，其中，BBU為基帶部分，可以進一步拆分為CU和DU兩個邏輯網(wǎng)元，其中CU處理無線網(wǎng)PDCP層以上的協(xié)議棧功能，DU處理PDCP層以下的無線協(xié)議功能。目前國內(nèi)5G網(wǎng)絡建設，原則上采用了CU/DU合設部署方式。AAU為射頻部分，是由射頻單元與天線整合的有源天線單元。

對于基站BBU和AAU設備的功耗，目前不同廠商設備的差異性較大，為目前4個主設備廠商的5G基站功耗情況。

注：后期隨著技術的進步，設備型號的變化，基站功耗也將發(fā)生變化，因此上表中的數(shù)據(jù)僅作為功耗分析時的參考。

以現(xiàn)有64T64R S111宏站設備為例，單基站的功耗約為3~4kW，5G設備較4G設備功耗提升約2~3倍，這將使5G網(wǎng)絡供電系統(tǒng)建設和運營面臨兩個難點。

供電系統(tǒng)建設難度加大

5G電源系統(tǒng)建設，可以采用現(xiàn)有電源系統(tǒng)方式，這時要求現(xiàn)有電源系統(tǒng)具有4kW以上的空余容量；5G電源系統(tǒng)建設也可以采用新建電源系統(tǒng)方式，需要外電引入不小于15kVA，以便滿足5G、4G網(wǎng)絡共建的需求。

對于目前國內(nèi)5G網(wǎng)絡建設，基站一般由鐵塔公司負責建設，多家運營商共建共享。如三家運營商，利用現(xiàn)有機房，采用共建共享建設5G網(wǎng)絡，供電系統(tǒng)的用電需求接近12kW，這將造成目前部分基站空余容量不滿足上述需求，需要進行電源系統(tǒng)改造，尤其是需要對外市電的引入進行擴容改造。目前關于外市電引入擴容改造，一般采用更換大容量變壓器、更改線路線纜、更改前級空開容量等方案。這些方案經(jīng)常存在難度大、周期長、成本高等問題，這必將會嚴重影響5G網(wǎng)絡的建設進度。

運營成本增加

基站設備日常運行電費開支，是運營商運營成本的重要部分。整體上一個5G基站無線設備的功耗為3~4kW，以目前的0.7元/kWh的費用計算，一個5G基站無線設備全年運行的電費接近1.8~2.5萬元。以目前國內(nèi)某一運營商地級市城區(qū)現(xiàn)有48萬4G基站的規(guī)模為建設目標，則每年的5G基站設備的電費開支將達到88~110億元左右，如果考慮頻段的差異，以及3.5GHz的實際覆蓋能力，則要達到與4G網(wǎng)相同的覆蓋效果，目前來看，5G的基站數(shù)量將要達到4G基站的1.5倍左右，這時電費開支將達到130~160億元左右。這一龐大的電費開支，必然增加運營商的運營成本，影響5G建設和運行，因此需要研究降低5G網(wǎng)絡能耗和電費開支的方案，以保證5G網(wǎng)絡健康運營。

5G網(wǎng)絡節(jié)能方案及措施

技術創(chuàng)新

在5G試驗網(wǎng)階段，原型機基站在S111配置下，功耗超過6kW（BBU功耗約為400W，AAU功耗約為1900W）。在目前階段符合R15標準的5G基站設備在S111配置下，功耗約為3~4kW，因此可以看出，隨著技術的進步，設備功耗能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的下降，這需要主設備廠商不斷加大技術研究和創(chuàng)新。另外對于5G基站，可以考慮在業(yè)務負荷較低的時候，引入通道關斷、載波關斷、時隙關斷等技術手段，進一步降低5G基站設備功耗，以降低運營商的運營成本。

設備選型

在5G網(wǎng)絡中使用的Massive MIMO主要有64T64R、32T32R、16T16R、8T8R等多種通道數(shù)天線，各種類型的天線，覆蓋、容量、成本、功耗方面有一定的差異，具體來看，在覆蓋方面：64T64R設備，覆蓋能力強；8T8R設備，覆蓋能力弱。在容量方面：64T64R設備，小區(qū)容量高；8T8R設備，小區(qū)容量低。在成本方面，64T64R設備成本高，8T8R設備成本低。在功耗方面，64T64R設備功耗高，8T8R設備功耗低。

由于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展問題，目前5G網(wǎng)絡建設主要以64T64R天線為主，而對于32T32R、16T16R、8T8R等天線，目前部分設備廠商還沒有相關設備，預計在2020年，各廠商才會有完備的Massive MIMO系列產(chǎn)品。因此在后期的5G網(wǎng)絡建設過程中，在滿足覆蓋、容量需求情況下，應合理進行Massive MIMO天線選型，如在業(yè)務量大，無線環(huán)境復雜的密集市區(qū)，建議采用64T64R設備；在中高建筑的較多的一般城區(qū)/縣城，建議采用32T32R設備；在用戶稀疏的農(nóng)村區(qū)域，建議采用16T16R設備；在高速鐵路和高速公路沿線，建議采用8T8R設備。通過合理的設備選型，達到降低運營商CAPEX、OPEX的目的。

政策保障

在網(wǎng)絡建設初期，由于業(yè)務發(fā)展不明確，用戶規(guī)模相對較小，因此5G網(wǎng)絡建設需要各級政府出臺保障措施，尤其需要各級地方政府強化運營商用電保障，與電網(wǎng)公司溝通，使得在流程上進行簡化，在費用上進行適當減免，進而為5G網(wǎng)絡建設提供最大便利。

結束語

國內(nèi)5G商用網(wǎng)牌照已經(jīng)發(fā)放，各運營商即將開始5G大規(guī)模商用網(wǎng)建設，因此在目前階段，研究基站設備功耗對5G網(wǎng)絡建設的影響和應對措施，對于加速5G網(wǎng)絡建設，降低5G建設和運營成本，有重要的意義。
責任編輯：tzh