來自Lightreading報(bào)道稱，不久前一位運(yùn)營(yíng)商高管表示，5G基站能耗是4G基站的3倍，這將帶來成倍上升的運(yùn)營(yíng)支出。

也許這位高管意在催促設(shè)備商進(jìn)一步降低基站能耗吧。

據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)EJL Wireless Research透露，5G基站能耗上升，部分原因是引入了Massive MIMO技術(shù)，4G基站主要采用4T4R MIMO技術(shù)，而5G基站將采用64T64R MIMO，這將增加基站總功耗。

為此，有些運(yùn)營(yíng)商不得不在新技術(shù)與能耗之間做權(quán)衡，甚至降階引入Massive MIMO技術(shù)，比如，韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商采用了32T32R MIMO來部署5G。

最近，來自451 research的一份調(diào)查結(jié)果顯示，超過90%的運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為5G時(shí)代將帶來更高的能耗成本，并對(duì)節(jié)能技術(shù)超感興趣。

451 research預(yù)測(cè)，到2026年，5G可能會(huì)使網(wǎng)絡(luò)能耗增加150%至170%，增幅最大的是宏基站和數(shù)據(jù)中心。

基站能耗，過去是行業(yè)的小秘密，如今隨著5G進(jìn)入部署初期，也被擺上臺(tái)面了。

5G能耗面臨怎樣的挑戰(zhàn)?如何應(yīng)對(duì)?

一、挑戰(zhàn)

1. 能效跑不贏bit增長(zhǎng)

什么是能效?

就是設(shè)備功耗與產(chǎn)出的數(shù)量流量之間的比值。

隨著技術(shù)進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)能效在不斷提升，據(jù)《愛立信2015年移動(dòng)報(bào)告》顯示，4G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)了13倍，但網(wǎng)絡(luò)整體能耗僅增長(zhǎng)了40%。

但遺憾的是，bit的增長(zhǎng)速度比能效提升速度更快，導(dǎo)致總功耗在不斷上升。

據(jù)統(tǒng)計(jì)到2018年底，全球60億移動(dòng)寬帶用戶每月消費(fèi)27EB數(shù)據(jù)流量，預(yù)計(jì)到2024年每月將消費(fèi)130EB數(shù)據(jù)流量。

為了應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)流量如海嘯般涌來，網(wǎng)絡(luò)必須引入更多頻譜資源、更多的基站、更先進(jìn)的Massive MIMO技術(shù)來提升網(wǎng)絡(luò)容量，但這必然會(huì)消耗更多的電力，增加OPEX支出。

2. 電費(fèi)支出昂貴

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電費(fèi)支出占據(jù)運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)開支的15%-30%，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，80%的電費(fèi)支出來源于廣泛分布的基站。

如今，流量資費(fèi)越來越便宜，但電費(fèi)等能源成本越來越高，同時(shí)，過去幾十年受益于摩爾定律，能效每十年提升100倍，但這一速度正在放緩，面向未來不斷狂增的流量需求，運(yùn)營(yíng)商必將越來越關(guān)注電費(fèi)開支。

3. 能源浪費(fèi)大

我們的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)， 30%的基站承載了80%的網(wǎng)絡(luò)流量，其余70%的基站僅承載了20%的網(wǎng)絡(luò)流量，但這些70%的“閑基站”依然要消耗大量的電力，比如即使是空閑狀態(tài)也要不停的發(fā)射系統(tǒng)廣播信號(hào)。

除了在地理位置上流量分布不均，在一天中的不同時(shí)段也是如此，繁忙時(shí)段網(wǎng)絡(luò)非常擁擠，而空閑時(shí)段(比如深夜)網(wǎng)絡(luò)流量極低，從而拉低了網(wǎng)絡(luò)整體能效。

此外，2/3/4/5G系統(tǒng)共存，老設(shè)備、老技術(shù)能耗較高，也會(huì)拉低網(wǎng)絡(luò)整體能效。

二、應(yīng)對(duì)

1. Small cells

由于無線信號(hào)在傳播時(shí)射束發(fā)散，信號(hào)能量會(huì)快速衰減，該衰減與傳播距離相關(guān)，傳播距離越遠(yuǎn)，衰減越大，因此，對(duì)于傳統(tǒng)宏基站，動(dòng)輒覆蓋1公里，其總功耗主要來源于功放等傳輸功耗。

而對(duì)于小基站(Small cells)，發(fā)射功率低(比宏基站約低10倍)，覆蓋范圍小，傳輸功耗大幅降低，且多分布于數(shù)據(jù)流量集中區(qū)域，因此，小基站具有更低的每bit能耗。

未來5G時(shí)代，小基站將大量引入，有助于提升5G網(wǎng)絡(luò)總體能效。不過，如前所述，由于5G時(shí)代流量暴增，小基站越來越密集，網(wǎng)絡(luò)整體能耗上升不可避免。

2. Massive MIMO

Massive MIMO通過波束賦形技術(shù)使信號(hào)能量更集中，提升了覆蓋范圍和容量，這將大幅提升能量輻射效率，降低基站傳輸功耗。

盡管目前Massive MIMO天線的總功耗比4G更高，但若跑滿容量，其每bit平均能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4G時(shí)代。

3. 智能能耗管理

為了解決流量分布不均而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)總體能效低，過去我們?cè)谛^(qū)負(fù)荷較低時(shí)，通過關(guān)斷部分功放、MIMO通道、載波等來節(jié)省能耗。

但若依靠人工判斷、操作，不但工作量大，而且擔(dān)心對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。

5G+AI時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)需要智能化、系統(tǒng)級(jí)的能耗管理技術(shù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，找出規(guī)律和模型，對(duì)小區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)，再根據(jù)小區(qū)的負(fù)荷狀態(tài)自動(dòng)關(guān)閉或開啟載波、Massive MIMO功放、射頻通道等，并同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化能耗管理。

此外，芯片性能提升、更先進(jìn)的散熱技術(shù)、基于軟件化/虛擬化的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)等也將助力網(wǎng)絡(luò)提升能效。

總之，面向未來萬物智聯(lián)時(shí)代海量流量需求，5G需進(jìn)一步大幅降低每bit的平均能耗。

過去，有設(shè)備商因?yàn)榛咎碾姸话徇w，相信在5G時(shí)代，各大設(shè)備商提供的節(jié)能技術(shù)也必將成為關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。