洛陽(yáng)聯(lián)通在其微信公眾號(hào)上發(fā)布消息稱，近期通過對(duì)AAU（有源天線處理單元）定時(shí)深度休眠，以降低5G基站能耗。消息一出，人們對(duì)于如此大費(fèi)周章地建設(shè)5G產(chǎn)生了不少質(zhì)疑。有人認(rèn)為這是不成熟技術(shù)急于上馬的原因；有人懷疑運(yùn)營(yíng)商投巨資推動(dòng)5G卻變成雞肋，背后是否有隱情；也有人擔(dān)心以后再也不能通宵打游戲了。那么到底我們的5G基站問題出在哪？
基站功耗問題嚴(yán)峻，
矛盾源于供需不平衡
據(jù)工信部消息，截至7月底，我國(guó)累計(jì)5G終端連接數(shù)在6月底6600萬(wàn)的基礎(chǔ)上迅速增長(zhǎng)到了7月底的8800萬(wàn)，與此同時(shí)，5G終端的加速普及也在推動(dòng)5G用戶數(shù)迅速增長(zhǎng)。
在三大運(yùn)營(yíng)商的半年業(yè)績(jī)中，除中國(guó)聯(lián)通未有公布5G用戶數(shù)量外，中國(guó)電信以及中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)5G用戶數(shù)量已超過1億戶。當(dāng)然這中間存在著很多正在使用5G套餐，但仍未更換5G設(shè)備的用戶（比如編者就是其中之一），但從超過8000萬(wàn)的5G終端連接數(shù)上我們也能看出，國(guó)內(nèi)5G普及進(jìn)程正在不斷加速。
5G發(fā)展，基站先行。基站密度是5G信號(hào)覆蓋的基礎(chǔ)，背靠國(guó)家政策，運(yùn)營(yíng)商在去年以來便在5G基站建設(shè)上不斷加大投入。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，我國(guó)共建成5G基站超過13萬(wàn)個(gè)；到了2020年2月底，全國(guó)已開通5G基站則達(dá)到了16.4萬(wàn)個(gè)。
在2020年6月6日，工信部新聞宣傳中心舉行的“5G發(fā)牌一周年”線上峰會(huì)上，工業(yè)和信息化部信息通信管理局副局長(zhǎng)魯春叢表示，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，基礎(chǔ)電信企業(yè)建成5G基站超過25萬(wàn)個(gè)；中國(guó)工程院院士鄔賀銓預(yù)計(jì)，到2020年年底，我國(guó)5G基站數(shù)可能達(dá)到65萬(wàn)個(gè)，5G套餐用戶可能達(dá)到2個(gè)億，實(shí)現(xiàn)全國(guó)所有地級(jí)市室外的5G連續(xù)覆蓋、縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點(diǎn)覆蓋、重點(diǎn)場(chǎng)景室內(nèi)覆蓋。
中國(guó)移動(dòng)通信研究院無(wú)線與終端技術(shù)研究所副所長(zhǎng)李男也向《華強(qiáng)電子》記者透露：”在產(chǎn)業(yè)界共同的努力下，中國(guó)移動(dòng)全年的5G基站建設(shè)目標(biāo)預(yù)計(jì)有望在8月底完成。目前我們已經(jīng)建設(shè)完成了30萬(wàn)個(gè)5G基站，部署了5G的城市超過300個(gè)，這個(gè)也是全球排名第一的，顯示了我們中國(guó)移動(dòng)在5G發(fā)展中的決心和信心。”
無(wú)線與終端技術(shù)研究所副所長(zhǎng)李男
中國(guó)移動(dòng)通信研究院
“功耗是目前5G基站最大的難題，也是三大運(yùn)營(yíng)商身上最重的一個(gè)負(fù)擔(dān)。除了5G的CAPEX（5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資）基礎(chǔ)以外，以能耗為主的OPEX（網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本）其實(shí)是決定5G能否順利發(fā)展的重中之重。在2017-2020年期間，在業(yè)界的共同攻堅(jiān)之下，基站功耗已經(jīng)大幅下降，但即便如此，它的功耗還是4G基站的3倍左右。”
然而就在5G基站建設(shè)正在如火如荼進(jìn)行中時(shí)，中國(guó)聯(lián)通洛陽(yáng)分公司在其微信公眾號(hào)發(fā)布消息稱，洛陽(yáng)聯(lián)通分別對(duì)已經(jīng)入網(wǎng)的3種不同基站射頻單元設(shè)備(AAU)，分不同時(shí)段定時(shí)開啟空載狀態(tài)下的深度休眠功能，從而實(shí)現(xiàn)智能化基站設(shè)備能耗管控的目的。
在個(gè)別媒體渲染之下，恐慌的氣氛開始在網(wǎng)絡(luò)上蔓延，各種負(fù)面說法蜂擁而至，很多人擔(dān)心基站休眠后將會(huì)無(wú)法使用網(wǎng)絡(luò)，或是認(rèn)為5G已經(jīng)“名存實(shí)亡”。要破解這些謠言，就要首先了解基站的“休眠”到底是什么意思。
據(jù)中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院無(wú)線研究部副主任李福昌介紹，基站AAU設(shè)備空載狀態(tài)的深度休眠功能，是指在基站長(zhǎng)時(shí)間處于閑時(shí)狀態(tài)時(shí)，因?yàn)闆]有5G用戶接入，可以允許基站AAU設(shè)備關(guān)斷大部分有源設(shè)備的供電，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省射頻單元設(shè)備空載功耗的目的。由于5G基站AAU設(shè)備支持64通道或32通道，5G基站AAU比傳統(tǒng)4G設(shè)備增加大量的有源器件、基帶處理單元等器件，從而大幅提高該類型設(shè)備的空載功耗。
無(wú)線研究部副主任李福昌中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院
“基站AAU設(shè)備空載狀態(tài)的深度休眠功能，是指在基站長(zhǎng)時(shí)間處于閑時(shí)狀態(tài)時(shí)，因?yàn)闆]有5G用戶接入，可以允許基站AAU設(shè)備關(guān)斷大部分有源設(shè)備的供電，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省射頻單元設(shè)備空載功耗的目的。由于5G基站AAU設(shè)備支持64通道或32通道，5G基站AAU比傳統(tǒng)4G設(shè)備增加大量的有源器件、基帶處理單元等器件，從而大幅提高該類型設(shè)備的空載功耗。”
除此之外，記者還了解到，基站AAU休眠的機(jī)制其實(shí)是很靈活的。比如，深夜5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量驟減時(shí)，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來判斷業(yè)務(wù)閑時(shí)的時(shí)間段，開啟休眠模式。在休眠功能開啟的同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商還會(huì)保留4G網(wǎng)絡(luò)在線，以承載用戶正常使用需求。
在休眠開啟時(shí)，當(dāng)有特殊情況發(fā)生，5G接入用戶突然增加，運(yùn)營(yíng)商也能在數(shù)分鐘以內(nèi)適時(shí)喚醒基站AAU設(shè)備，重新提供5G服務(wù)。這對(duì)于用戶的影響相對(duì)較小。
不過，需要承認(rèn)的事實(shí)是，5G基站的功耗確實(shí)是當(dāng)前一個(gè)嚴(yán)峻的問題。為了驗(yàn)證5G基站功耗具體大小，運(yùn)營(yíng)商曾對(duì)中興以及華為的5G基站進(jìn)行了功耗測(cè)試，結(jié)果顯示，BBU方面功耗與所插板件有關(guān)，受業(yè)務(wù)負(fù)載的影響不大，整體功耗也在293-330W的水平。而AAU功耗與業(yè)務(wù)負(fù)荷則關(guān)系較大,在100%負(fù)載下,AAU功耗可以達(dá)到1127-1175W；在50%負(fù)荷下，AAU的平均功耗在892-956W。
“功耗是目前5G基站最大的難題，也是三大運(yùn)營(yíng)商身上最重的一個(gè)負(fù)擔(dān)。”李男坦言：“除了5G的CAPEX（5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資）基礎(chǔ)以外，以能耗為主的OPEX（網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本）其實(shí)是決定5G能否順利發(fā)展的重中之重。在2017-2020年期間，在業(yè)界的共同攻堅(jiān)之下，基站功耗已經(jīng)大幅下降，但即便如此，它的功耗還是4G基站的3倍左右。
”目前單個(gè)5G基站而言，其滿載功率甚至達(dá)到了將近3800W，4G基站普遍功率則為1000W左右。李男表示，在正常負(fù)載的情況下，射頻占據(jù)了5G基站中的絕大部分功耗。另一部分則是用于基站處理方面，因?yàn)樵趲捲龃蟆⑺俾侍岣吆螅瑢?duì)基站處理能力要求需要更高。
不過，從能效比的角度上看，雖然5G基站的功耗數(shù)值增加不少，但功耗相同的情況下，5G的網(wǎng)絡(luò)容量是4G的幾十倍。客觀來說，功耗相比4G大是非常正常的。然而當(dāng)下5G尚未實(shí)現(xiàn)全民普及，5G普及的前提則需要基站密度覆蓋達(dá)到一定水平，而目前處于4G過渡到5G的時(shí)期，因此現(xiàn)時(shí)利用率不高的5G基站所要消耗的高額運(yùn)營(yíng)成本，讓各大運(yùn)營(yíng)商寢食難安。
某運(yùn)營(yíng)商工作人員曾向記者透露：“5G基站的數(shù)量是4G的三倍；單個(gè)5G基站的耗電量是4G的三倍；單個(gè)5G基站的價(jià)格也是4G的三倍。”除此之外，更有一些地區(qū)由于用戶數(shù)量少，甚至基站建成了遲遲未通電的情況也并不少見。基站休眠甚至不通電，并不是一個(gè)秘密，而指數(shù)級(jí)的成本增加，也是運(yùn)營(yíng)商迫不得已的選擇。因此，無(wú)論是從運(yùn)營(yíng)上以及技術(shù)上，運(yùn)營(yíng)商們還需要尋找更多的方法解決“耗電焦慮”的問題。
基站節(jié)能解決方案多樣，
但挑戰(zhàn)遠(yuǎn)不止于此
相比與以往的3G/4G，近年5G上馬確實(shí)顯得較為倉(cāng)促。從標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)到完成商用部署僅僅用了1年時(shí)間，相關(guān)技術(shù)仍具有很大的提升空間。針對(duì)當(dāng)前的技術(shù)條件，與目前運(yùn)營(yíng)商采用的定時(shí)休眠類似，利用AI技術(shù)對(duì)5G基站進(jìn)行動(dòng)態(tài)功耗控制，就被各大廠商視為降低能耗的重要突破點(diǎn)，短期內(nèi)可以獲得顯著效果。
據(jù)中國(guó)聯(lián)通通信工程專業(yè)工程師李軍鋒介紹：“目前主要是根據(jù)基站設(shè)備類型、覆蓋場(chǎng)景、節(jié)能目標(biāo)以及關(guān)斷時(shí)長(zhǎng)等因素，通過AI算法自動(dòng)生成節(jié)能策略，包括小區(qū)關(guān)斷、載波關(guān)斷、射頻通道關(guān)閉、符號(hào)關(guān)斷等策略。每種策略對(duì)應(yīng)不同的節(jié)能效果，并有其特定適配的場(chǎng)景，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量造成的影響程度不同。因此，當(dāng)前的研究?jī)?nèi)容是如何將自動(dòng)生成的節(jié)能策略與實(shí)際場(chǎng)景相適配，這需要與設(shè)備廠商進(jìn)行合作開發(fā)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)優(yōu)和訓(xùn)練。”
李男則認(rèn)為，還可以從基站本身的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部元件來改善功耗問題。他表示：“如何進(jìn)一步提高我們PA的效率，降低我們數(shù)字芯片的能耗，其實(shí)是我們基站降低功耗的關(guān)鍵，也是希望產(chǎn)業(yè)界在這里面投入精力，能夠協(xié)助我們運(yùn)營(yíng)商一起去解決這個(gè)問題。我相信只有這個(gè)問題解決了，運(yùn)營(yíng)商才能放手去部署更多的基站，去開放更多的5G基站。”
同時(shí)，提高散熱效率也能夠?qū)崿F(xiàn)降低功耗的效果。5G基站AAU由于引入了大規(guī)模天線技術(shù)，將有源天線部分集成到AAU機(jī)箱中，因此其體積是4G的4倍，重量是4G的2倍，這為5G基站天面的部署帶來了巨大挑戰(zhàn)。
部署的挑戰(zhàn)則來源于天線抱桿的空間問題，在AAU本身的發(fā)熱量巨大的情況下，密集的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致難以處理散熱。目前5G基站供應(yīng)商為解決散熱問題也有不少新的解決方案，比如液冷、新的散熱結(jié)構(gòu)和新材料等等。李男表示：“通過我們前期的分析，接近20%現(xiàn)有的天面是無(wú)法部署和建設(shè)5G天面資源的，這個(gè)給我們下一階段5G部署帶來非常大的挑戰(zhàn)。希望我們產(chǎn)業(yè)界能夠針對(duì)5G設(shè)備的輕量化、小型化集體攻堅(jiān)，早日讓我們的天面尺寸和重要降下來，散熱效率提升上去。”
不過，也有廠商另辟蹊徑，利用高速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線傳輸技術(shù)為5G提供靈活組網(wǎng)的可能，并幫助運(yùn)營(yíng)商減輕運(yùn)營(yíng)成本。簡(jiǎn)單來說，就是傳統(tǒng)的微波傳輸系統(tǒng)超高的升級(jí)版本，在過去2G、3G、4G時(shí)代，無(wú)線傳輸采用的微波技術(shù)只能支持1Gbps，甚至在多端口的時(shí)候可以支持到2Gbps、3Gbps，但是單端口的支持速率最多只能到1Gbps。
盛緯倫通信技術(shù)有限公司銷售副總經(jīng)理姚魁表示：“在當(dāng)前的5G時(shí)代和未來的6G時(shí)代，回傳的速率越來越高，帶寬要求越來越大。在國(guó)內(nèi)有些地方可以實(shí)現(xiàn)光纖傳輸解決有線傳輸問題，但是隨著5G、6G密集組網(wǎng)，僅僅有線傳輸并不能解決組網(wǎng)靈活性的問題，所以無(wú)線的高寬帶的傳輸要求隨之而至。
但過去的單端口速率最多只能支持到1Gbps，難以滿足5G需求。因此，盛緯倫在業(yè)內(nèi)率先推出了10Gbps點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速無(wú)線傳輸系統(tǒng)，[敏感詞]支持單端口12G的傳輸速率，可以滿足200米至1英里的傳輸需求，而功耗則僅為30W不到。
“本身5G用的是高頻，信號(hào)空間損耗比較大，5G的覆蓋范圍大概就是300米，所以5G的兩個(gè)基站之間的距離也就是五六百米。我們傳輸距離可以達(dá)到1英里，即1.7公里，所以在5G這個(gè)數(shù)據(jù)回傳方面已經(jīng)足夠使用了。”
而談到基站功耗時(shí)，姚魁表示：“雖然當(dāng)前5G通信基站雖然建設(shè)如火如荼，但運(yùn)營(yíng)商每年的電費(fèi)量是很大的，運(yùn)營(yíng)成本負(fù)擔(dān)非常重。因此我們現(xiàn)在在滿足傳輸距離的前提下，盡量把功率做小，功率做小意味著功耗小，能夠降低運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)將來也不排除像高鐵，或者是[敏感詞]，從這個(gè)山頭到另外一個(gè)山頭之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的臨時(shí)搭建，需要這樣一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，進(jìn)行靈活布建網(wǎng)絡(luò)。”
盡管目前解決基站功耗問題的方法多樣，但總體而言，5G基站的功耗仍是各大運(yùn)營(yíng)商在近幾年內(nèi)的最大挑戰(zhàn)。如果無(wú)法徹底解決功耗所帶來的成本問題，將在很大程度上影響到5G的推進(jìn)落地。
因此，運(yùn)營(yíng)商也在尋求管理手段去降低電費(fèi)。比如中國(guó)鐵塔山西公司與政府和三大運(yùn)營(yíng)商協(xié)商制定“一站一策”改造方案，2020年計(jì)劃累計(jì)完成轉(zhuǎn)改直站址4273個(gè)。同時(shí)，積極參與電力市場(chǎng)化交易，直供電電費(fèi)單價(jià)平均下降9.5%，節(jié)約成本全額讓利。預(yù)計(jì)2020年為三家運(yùn)營(yíng)商節(jié)省電費(fèi)近1.4億元。
不過編者認(rèn)為，在推動(dòng)5G建設(shè)的同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商著手解決基站功耗問題之外，還需要開拓更多的5G應(yīng)用場(chǎng)景，如何打造5G應(yīng)用生態(tài)，吸引用戶加入，破解“5G無(wú)用論”，也是運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該去思考的。否則，擺在運(yùn)營(yíng)商前的只會(huì)是“空有基站無(wú)數(shù)，偏恨用戶難求”的尷尬局面。
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