5G基站节能降耗还需要迈过几道坎？
5G时代，能耗问题已经成为运营商建网过程中主要考量因素之一，高能耗让运营商的成本控制经受着前所未有的挑战。相关预测指出，2025年，通信行业将消耗全球20%的电力，而对于运营商来说，5G的网络运营成本也将是4G的10倍以上。
在日前举行的2020年上半年工业通信业发展情况发布会上，工信部信息通信发展司司长、新闻发言人闻库表示，近期我国每周平均新开通基站超过1.5万个，截至6月底，3家运营商在全国已建设开通5G基站超过40万个。在运营商实现快速建网的背后，5G能耗这关究竟如何过?
空调与射频单元：降能耗两大“拦路虎”
在5G通信中，基站是耗电大户，大约80%的能耗来自广泛分布的基站，众所周知，移动通信接入使用了成千上万的基站，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，相比4G网络，5G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主要制约5G建网的首要原因。
中国通信标准化协会的数据显示，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单站的三倍左右。经测算，以当前平均1.3元/度的转供电价计算，一个4G基站每年的电费是20280元，一个5G基站每年的电费将高达54600元。
“目前，5G基站主要能耗集中在基站、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。
据了解，射频单元能耗高，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。以中国移动2.6GHz频段为例，5G基站信号带宽为160MHz，可同时提供4G和5G服务，相比4G的60MHz，带宽增加为2.67倍，发射功率变为原来的2倍，导致总的功耗增加，并且，5G massive MIMO典型的32/64TR设备通道数是4G网络8TR设备通道数的数倍，射频单元功耗增加显著，同时，通道数多也带来基带计算量的增加，功耗也会上升。
据了解，当前，移动通信基站机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温度(基站环境标准GB50174-93规定长年基站温度18°C-28°C)，主要靠空调来实现，为保障设备在恒温下运行，不因为温度过高而宕机，制冷系统就要不间断地为基站降温，也是导致运营成本居高不下的重要原因之一。数据显示，平均每个基站空调的电费支出约占整个基站电费支出的54%。
毋庸置疑，高能耗的同时也带来对电力系统的全新考验，因此，还需地方各级政府的政策红利，充分用好5G的供电、建设、应用、资金等方面政策的“工具箱”，加速5G发展。
政策扶持：给基站“高温补贴”
今年以来，随着中央有关部门多次提到要加强新基建，在政策扶持下5G建设速度明显加快。
目前，5G基站特别是宏站主要以传统直流供电为主，市电供应的转供方式为辅，但是，市电供应的转供方式增加了基站供电的不稳定性和成本不可控性，不仅增加了供电环节、降低了供电保障性，而且许多中间环节电费加价成为基站成本增加的主要和不可控因素。
因此，5G基站由电力转供模式向直供模式转变已成一致认可的举措。3月24日，工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》指出，支持基础电信企业加强与电力企业对接，对具备条件的基站和机房等配套设施加快由转供电改直供电。目前，“转供电改直供电”是降低用电成本的关键环节，在没有补贴的情况下，直供电价比转供电大约低20%左右。
除直接改供电方式降低建网运维成本外，在政策层面，不少地方政府在5G战略规划中提出了调降电费等定向支持，各地出台政策开放各类市政公共资源加快5G网络建设，对5G的高投入，资金支持也成为地方政策支撑的重点。
目前，广东、河北、福建、海南、青海等多地政府均已出台相关政策，推出5G基站转供电改造为直供电、直接用电补贴等措施。据统计，截至2020年2月底，我国各省市区共出台5G政策文件累计达200余个。
以北京为例，今年5月，北京市通信管理局、市城市管理委联合印发了《关于做好5G基站电力供应服务工作的通知》(下称《通知》)。《通知》规定，国网北京市电力公司要支持5G基站配套电力设施建设，研究设立5G基站用电报装项目“绿色通道”，简化用电报装流程，并且要为5G基站建设提供直供电便捷服务。
据中国铁塔相关负责人表示，各地政策的推出为中国铁塔统筹建网提供了极大的抓手，中国铁塔正努力协调推进“转供电改直供电”工作，目前尚有接近30%站址为转供电，中国铁塔也在持续呼吁，希望能给予5G电价进一步优惠。“希望借此契机，让移动通信基础设施“入规、入法”，回归与水电气暖等一样的公用基础设施地位。”该负责人说。
尚存巨大节能空间
毋庸置疑，5G基站高耗能是目前面临的主要和普遍性问题，这不仅与其本身的物理特性有关，随着5G应用的持续增多，也将会带动网络能耗的持续增加，因此，需要产业不断通过技术进步和综合节能方案应用降低能耗，这不仅是降低成本，更是为了促进ICT行业的绿色可持续发展。
目前，为了保证网络性能和用户体验不受影响，运营商对现网的节能设置了严格的生效门限，仅释放了小部分节能增益，因此，网络还存在巨大的节能空间。
爱立信东北亚区首席市场官张至伟指出，软件节能是重要的方向，通过人工智能的调度算法，在低速率、低业务量的情况下进行一些关断，达到节能的效果。
据了解，今年2月，爱立信推出了人工智能赋能的能源基础设施运营解决方案。这种全新的能源管理解决方案利用人工智能和先进的数据分析，帮助通信运营商优化网络基础设施的能源消耗，帮助运营商降低自身网络的运营成本和二氧化碳排放量，同时最大限度地提升站点可用性。
在孙昊看来，影响基站能耗的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。
因此，华为推出了PowerStar三级节能方案，通过人工智能等创新技术，在设备级、网络级、站点级实现2G到5G端到端综合节能，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。
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表示，目前业界还不具备大容量基站资源池设备，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，还需产业链加速协作。
