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    構(gòu)建綠色5G金字塔:中國(guó)移動(dòng)“軟硬兼施”,實(shí)現(xiàn)設(shè)備、站點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)三級(jí)節(jié)能

    6月18日消息(九九)綠色發(fā)展,節(jié)能先行。5G商用之前,業(yè)界認(rèn)為5G最大的憂慮在于“三個(gè)3”:5G基站數(shù)量比4G基站數(shù)量多出3倍;5G單個(gè)基站的耗電量是4G基站的3倍;5G單個(gè)基站的價(jià)格可能是4G基站的3倍。5G發(fā)牌一年后,我國(guó)5G建設(shè)快馬加鞭,目前,基站數(shù)量和價(jià)格的“3倍”問(wèn)題已有所緩解,能耗問(wèn)題也逐步取得進(jìn)展。

    中國(guó)移動(dòng)研究院無(wú)線與終端技術(shù)研究所高級(jí)研究員邊森日前在接受C114專(zhuān)訪時(shí)表示,5G并非“天生的電老虎”,其單位比特功耗比4G低80%,但因?yàn)閿?shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長(zhǎng),所以初期5G基站的總能耗是4G基站的3-4倍。

    邊森介紹,中國(guó)移動(dòng)將5G節(jié)能技術(shù)體系劃分為設(shè)備級(jí)、站點(diǎn)級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能金字塔,從硬、軟兩方面進(jìn)行降功耗技術(shù)研究:一方面推動(dòng)基站采用新材料新架構(gòu),降低基礎(chǔ)功耗;另一方面開(kāi)發(fā)自適應(yīng)業(yè)務(wù)的關(guān)斷、休眠等軟功能降低運(yùn)行功耗。目前,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)5G基站能耗下降30%。

    5G單位比特功耗低,但絕對(duì)功耗值不容忽視

    5G小區(qū)帶寬是4G的5倍以上,且室外主要使用復(fù)雜度較高的32/64TR Massive MIMO設(shè)備,導(dǎo)致5G基站功耗較高。以中國(guó)移動(dòng)2.6GHz頻段為例,5G基站信號(hào)帶寬為160MHz,可同時(shí)提供4G和5G服務(wù),相比4G的60MHz帶寬增加2.67倍,峰值速率提升15倍,發(fā)射功率提升2倍(由4G的120W提升為240W),導(dǎo)致總功耗增加。

    同時(shí),Massive MIMO技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致收發(fā)通道數(shù)增加,5G典型的32/64TR設(shè)備相比4G網(wǎng)絡(luò)8TR設(shè)備通道數(shù)大幅增加。通道數(shù)增加導(dǎo)致數(shù)字中頻、射頻小信號(hào)的功耗顯著增加;另外每個(gè)通道的功放布板面積受限,高集成度的封裝帶來(lái)片內(nèi)匹配電路設(shè)計(jì)難度增加,插損加大,導(dǎo)致5G AAU整機(jī)效率下降;通道數(shù)增加也使得基帶處理計(jì)算量顯著增加,導(dǎo)致其功耗上升。

    邊森指出,5G(64通道160Mhz)相比4G(8通道60Mhz)設(shè)備吞吐量提升15倍,單位bit流量功耗僅為4G的1/5左右,也就是說(shuō)5G基站功耗承載效率約為4G的5倍。雖然5G單位bit承載效率相比4G大幅提升,但絕對(duì)功耗值不容忽視,需要產(chǎn)業(yè)界不斷通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和綜合節(jié)能方案應(yīng)用降低能耗。

    劃分技術(shù)體系,開(kāi)展設(shè)備、站點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)三級(jí)節(jié)能

    邊森介紹,中國(guó)移動(dòng)將節(jié)能技術(shù)體系劃分為設(shè)備級(jí)節(jié)能、站點(diǎn)級(jí)節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能,從這三層面開(kāi)展綜合節(jié)能工作。

    首先是設(shè)備級(jí)節(jié)能,重點(diǎn)從硬件架構(gòu)和器件設(shè)計(jì)方面優(yōu)化功耗,具體包含“新架構(gòu)、新材料、新指標(biāo)”等方面。新架構(gòu)方面:提出天線與射頻濾波器一體化設(shè)計(jì)方案,通過(guò)減少內(nèi)部損耗實(shí)現(xiàn)功耗下降;基于“升無(wú)源、降有源”的思路,從4G 3D-MIMO產(chǎn)品128陣子升為192陣子,同時(shí)降低功率譜密度,用天線增益彌補(bǔ)發(fā)射功率,從而節(jié)省功耗。新材料方面:大力推動(dòng)具有更高效率的GaN(氮化鎵)功放的應(yīng)用,聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界技術(shù)攻關(guān)GaN存在的襯底工藝不成熟、散熱與封裝挑戰(zhàn)大等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)功放PA效率提升,進(jìn)一步降低整機(jī)功耗。新指標(biāo)方面:創(chuàng)新提出鄰頻共存干擾評(píng)估體系和兩段式測(cè)試方法,制定出合理有效的新射頻指標(biāo),降低設(shè)備的前級(jí)濾波器插損要求,等效降低設(shè)備功耗。

    其次是站點(diǎn)級(jí)節(jié)能,在延續(xù)4G已引入的亞幀關(guān)斷、通道關(guān)斷等功能基礎(chǔ)上,提出5G深度休眠、智能節(jié)能等新理念。深度休眠是5G新節(jié)能功能,可在夜間等時(shí)段無(wú)業(yè)務(wù)時(shí),AAU關(guān)閉絕大部分射頻以及數(shù)字通路,僅保留最基本的接口電路工作,平均功耗可大幅下降;智慧節(jié)能是將人工智能與5G節(jié)能相結(jié)合,通過(guò)引入智能業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)算法,從而精細(xì)化制定相應(yīng)的節(jié)能策略,形成“節(jié)能智能大腦”,做到“一站一策、一時(shí)一策”,在保證用戶體驗(yàn)的前提下充分挖掘節(jié)能潛力。

    最后是網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能,從網(wǎng)絡(luò)協(xié)同角度打造多系統(tǒng)節(jié)能方案和平臺(tái)。一方面,通過(guò)C-RAN集中部署和基站資源池共享,節(jié)省硬件板卡配置,從而實(shí)現(xiàn)功耗降低;另一方面,在前期已現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用的多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能系統(tǒng)上,升級(jí)開(kāi)發(fā)5G多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能系統(tǒng)(i-Green),該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4G/5G小區(qū)協(xié)作節(jié)能,通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)小區(qū)實(shí)時(shí)休眠/喚醒的網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能。

    邊森進(jìn)一步介紹,在中國(guó)移動(dòng)大力推動(dòng)和產(chǎn)業(yè)界共同努力下,在設(shè)備級(jí)節(jié)能層面,基于“三新”節(jié)能方案的AAU已在現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模部署,單站功耗下降超過(guò)10%;在站點(diǎn)級(jí)節(jié)能層面,將在現(xiàn)網(wǎng)全面開(kāi)啟亞幀關(guān)斷,并根據(jù)場(chǎng)景和時(shí)段開(kāi)啟通道關(guān)斷、深度休眠功能,目前已開(kāi)展現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證,后續(xù)將根據(jù)驗(yàn)證情況進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模部署。在網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能層面,目前正在加快研發(fā)5G i-Green多網(wǎng)協(xié)作節(jié)能平臺(tái),充分利用4G/5G協(xié)同、5G高中低頻協(xié)同等進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力。

    邊森同時(shí)指出,5G室分功耗相比4G同樣提升明顯,需重點(diǎn)關(guān)注。針對(duì)無(wú)源室分,進(jìn)一步推動(dòng)大功率功放器件及大功率開(kāi)關(guān)成熟和優(yōu)化,降低信源功耗;針對(duì)有源室分,應(yīng)用節(jié)電功能、優(yōu)化建設(shè)方案等實(shí)現(xiàn)功耗降低。

    踐行“綠色”理念,引導(dǎo)和支持產(chǎn)業(yè)共同創(chuàng)新

    基站高功耗不僅給運(yùn)營(yíng)商建設(shè)運(yùn)維帶來(lái)挑戰(zhàn),同時(shí)也對(duì)設(shè)備、器件研發(fā)過(guò)程中的PCB布局、散熱、可靠性設(shè)計(jì)造成巨大挑戰(zhàn),因此基站能耗的降低是需要全產(chǎn)業(yè)鏈共同攻克的難題。

    邊森介紹,早在2007 年,中國(guó)移動(dòng)就啟動(dòng)了以節(jié)能減排為核心的“綠色行動(dòng)計(jì)劃”,每年投入專(zhuān)項(xiàng)資金,與合作伙伴共同深化通信設(shè)備研發(fā)、制造、物流、維護(hù)、回收等領(lǐng)域的合作,并在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研發(fā)、節(jié)能設(shè)備應(yīng)用、節(jié)能經(jīng)驗(yàn)共享等方面進(jìn)行推動(dòng),構(gòu)建和諧的綠色生態(tài)。

    下一步,中國(guó)移動(dòng)將繼續(xù)踐行“綠色”理念,制定明確合理的路標(biāo)規(guī)劃和設(shè)備指標(biāo),并將功耗指標(biāo)進(jìn)一步分解到關(guān)鍵芯片器件,與ICT產(chǎn)業(yè)上游整機(jī)和芯片器件制造商共同攻關(guān),優(yōu)化設(shè)備架構(gòu),提升設(shè)備集成度,推動(dòng)更新工藝和材料的普遍應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動(dòng)的功耗降低。例如AAU關(guān)鍵器件“數(shù)模轉(zhuǎn)換收發(fā)芯片”早期僅支持2通道(64通道AAU需32個(gè)芯片),經(jīng)過(guò)大力推動(dòng),目前業(yè)界最高已實(shí)現(xiàn)單芯片支持8通道,大幅優(yōu)化設(shè)備集成度和功耗。

    此外,中國(guó)移動(dòng)還將在CCSA等標(biāo)準(zhǔn)組織中牽頭制定行業(yè)統(tǒng)一的節(jié)能分級(jí)和能耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)實(shí)施設(shè)備能耗分級(jí)引導(dǎo)和鼓勵(lì)設(shè)備功耗優(yōu)化,同時(shí)統(tǒng)一功耗測(cè)試方案,為行業(yè)功耗優(yōu)化提供標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。

    5G時(shí)代,不斷涌現(xiàn)的各類(lèi)新業(yè)務(wù)以及海量的設(shè)備連接將繼續(xù)推動(dòng)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量迅猛增長(zhǎng),而海量數(shù)據(jù)引發(fā)的能耗也必將成倍增長(zhǎng),移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的能耗問(wèn)題將進(jìn)一步加劇。預(yù)計(jì)到2025年,通信行業(yè)將消耗全球20%的電力,電費(fèi)將成為運(yùn)營(yíng)商最高的OPEX支出,至少占總運(yùn)營(yíng)成本的15%。

    在世界范圍內(nèi)綠色低碳發(fā)展的大背景下,節(jié)能降耗、提升網(wǎng)絡(luò)能效是未來(lái)移動(dòng)通信行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。“作為國(guó)有大型骨干企業(yè),中國(guó)移動(dòng)在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),積極履行社會(huì)責(zé)任和環(huán)保責(zé)任,并將充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商龍頭效應(yīng),引導(dǎo)和支持產(chǎn)業(yè)共同創(chuàng)新進(jìn)一步降低5G功耗。”邊森說(shuō)。

    極客網(wǎng)企業(yè)會(huì)員

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    2020-06-18
    構(gòu)建綠色5G金字塔:中國(guó)移動(dòng)“軟硬兼施”,實(shí)現(xiàn)設(shè)備、站點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)三級(jí)節(jié)能
    構(gòu)建綠色5G金字塔:中國(guó)移動(dòng)“軟硬兼施”,實(shí)現(xiàn)設(shè)備、站點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)三級(jí)節(jié)能,C114訊 6月18日消息(九九)綠色發(fā)展,節(jié)能先行。5G商用之前,業(yè)界認(rèn)為5G最大的憂慮在于三個(gè)3

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