5G能效提升10倍：2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力

時(shí)間：2022-01-29 13:15:02

關(guān)鍵字： 5G 3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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[導(dǎo)讀]5G即將實(shí)現(xiàn)全面商用，可以預(yù)見的是，5G將作為核心底層基礎(chǔ)設(shè)施滲透到各行業(yè)中。5G時(shí)代，通信行業(yè)產(chǎn)生的電力消耗也可想而知，有相關(guān)預(yù)測指出，到2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力。其中，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。

5G即將實(shí)現(xiàn)全面商用，可以預(yù)見的是，5G將作為核心底層基礎(chǔ)設(shè)施滲透到各行業(yè)中。5G時(shí)代，通信行業(yè)產(chǎn)生的電力消耗也可想而知，有相關(guān)預(yù)測指出，到2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力。其中，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。

2019年可謂是“5G之年”。在首個(gè)5G商用之后的7個(gè)月時(shí)間里，我們驚喜地發(fā)現(xiàn)全球已部署了30多張5G商用網(wǎng)絡(luò)，并且40多家廠商也在陸續(xù)發(fā)布5G終端設(shè)備。在這一切發(fā)展潮流的背后，Qualcomm肩負(fù)著重要使命。

隨著新一代無線技術(shù)在全球的普及，作為5G領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，我們認(rèn)為有必要對現(xiàn)實(shí)中的5G效益進(jìn)行檢驗(yàn)，并深入研究它的性能。因此，我們委托Signals Research Group(SRG)開展了一項(xiàng)全面的全球研究。憑借在蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能的基準(zhǔn)測試方面的專長，SRG是全球最權(quán)威的無線分析公司之一。

5G基站是耗電大戶，但不能撇開“能力”看“能耗”。5G網(wǎng)絡(luò)“能者多勞”勢必會增加基站的絕對能耗，而5G基站單位比特流量功耗僅為4G的1/5左右。盡管5G基站的能量效率更高，但運(yùn)營商仍在為絕對能耗過高而發(fā)愁，5G單點(diǎn)基站的功耗為4G單站的2.5倍～3.5倍。那么，高耗能是否會成為5G規(guī)模商用的攔路虎?5G基站絕對能耗高究竟怎么破?

眾所周知，移動網(wǎng)絡(luò)的能耗直接關(guān)系到運(yùn)營商的運(yùn)維成本。4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)的總體能耗已經(jīng)達(dá)到運(yùn)營商運(yùn)維成本的16%。

5G的大容量、高速率等特征，不免讓人們對它帶來的能耗感到擔(dān)憂，畢竟能耗高就意味著我們可能會在5G時(shí)代承擔(dān)更高的電費(fèi)。

在5G網(wǎng)絡(luò)還未正式商用的時(shí)候，關(guān)于5G能耗的謠言很多，但是現(xiàn)在，包括中國、韓國、英國在內(nèi)的國家的5G網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)正式商用了，關(guān)于5G能耗的真相也終于“浮出水面”。

根據(jù)中國5G商用信息，運(yùn)營商主要采用的是64TRx Massive MIMO設(shè)備，該設(shè)備是5G射頻單元(AAU)的“高配”版本，采用64發(fā)64收的大規(guī)模陣列天線，200W的天線發(fā)射功率，支持100MHz帶寬，可以提供業(yè)界最領(lǐng)先的5G容量和體驗(yàn)。

那么，這個(gè)“高配”AAU的能耗是多少呢?

答案是：810W，也就是運(yùn)行一個(gè)小時(shí)耗電0.8度。

4G時(shí)代的數(shù)據(jù)是685W，運(yùn)行一個(gè)小時(shí)耗電0.69度。

通過對比我們其實(shí)就可以發(fā)現(xiàn)，5G能耗并不像很多人擔(dān)心的那樣高，0.1的差距相信也是大部分人都能接受的。

5G將更符合“節(jié)能減排”理念

說完能耗，我們可以接著看看5G的能效。

能效，指的是為用戶提供服務(wù)與所消耗的能源之比。我們最常聽到的可能是空調(diào)能效，也就是1度電能夠產(chǎn)生多大的制冷量。

對于移動通信來說，比特能效是全球運(yùn)營商、設(shè)備商、研究組織、標(biāo)準(zhǔn)組織共同關(guān)注的熱點(diǎn)。3GPP在面向5G的需求報(bào)告中明確指出，能效需要作為5G NR設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指導(dǎo)原則。

那么，5G設(shè)備的能效如何呢?

同樣將4G和5G設(shè)備進(jìn)行對比，如下圖所示，5G設(shè)備1kWh能量消耗可以支持5425GB流量的傳輸，也就是說，5G基站每1度電可以供我們下載5000多部超清電影，而在4G時(shí)代，同樣的電量僅能下載200部不到。

由此可見，5G設(shè)備不僅能耗更低，能效也更高了。這意味著我們在5G時(shí)代支付更少的電費(fèi)可以享受到更高效率的服務(wù)。從節(jié)能減排的角度來看，5G成功走到了最前線。

盡管如此，絕對耗電量成倍增長引發(fā)電費(fèi)直線上升，這讓運(yùn)營商寢食難安。經(jīng)測算，以當(dāng)前平均1.3元/度的轉(zhuǎn)供電價(jià)計(jì)算，單個(gè)4G基站每年的電費(fèi)是20280元，單個(gè)5G基站每年的電費(fèi)將高達(dá)54600元。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2022年，我國5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模至少達(dá)到250萬站，屆時(shí)三大運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)能耗成本將至少達(dá)到每年575億元～750億元。因此，預(yù)估5G的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本將是4G的10倍以上。中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院無線研究部副主任李福昌在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，基站能耗的升高，會大幅提升5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本，為運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來壓力。因此獲得的電費(fèi)減免和補(bǔ)貼，可以在短期內(nèi)解決運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本居高不下的燃眉之急。

目前，各地紛紛出臺相關(guān)政策，以降低電信企業(yè)用電成本。比如，山西提出，從2020到2022年對參與市場交易后的5G基站，其實(shí)繳電費(fèi)超出目標(biāo)電價(jià)0.35元/千瓦時(shí)的部分，由省、市、縣三級按照5∶2∶3的比例給予相應(yīng)支持，每年用于5G基站電價(jià)補(bǔ)貼的省級財(cái)政資金總額不超過5000萬元。據(jù)山西鐵塔初步預(yù)測，上述補(bǔ)貼可以使5G基站用電單價(jià)下降約三成。廣東則提出加快轉(zhuǎn)供電改造，改造投資的分?jǐn)傄杂脩艏t線邊低壓計(jì)量裝置為分界點(diǎn)，分界點(diǎn)電源側(cè)由供電部門投資，分界點(diǎn)負(fù)荷側(cè)由用戶投資。

據(jù)了解，通信基站電費(fèi)目前由中國鐵塔代運(yùn)營商統(tǒng)一向電力部門繳納。中國鐵塔正協(xié)同三大運(yùn)營商，一方面積極爭取國家對5G網(wǎng)絡(luò)用電電費(fèi)優(yōu)惠政策，另一方面大力推進(jìn)轉(zhuǎn)供電站址“轉(zhuǎn)改直”工作，以節(jié)省電費(fèi)開支。中國鐵塔相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前建成的5G站址，80%的用電約為直供電(指由電網(wǎng)企業(yè)直接供電)，約20%是轉(zhuǎn)供電(指由物業(yè)公司等電網(wǎng)企業(yè)之外的主體供電)，轉(zhuǎn)供電站址平均電價(jià)大幅高于直供電平均電價(jià)。預(yù)計(jì)到2020年底，轉(zhuǎn)供電站址中不低于50%的比例可改成直供電，有望每年節(jié)省電費(fèi)約15億元。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)三大運(yùn)營商每年網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營電費(fèi)支出共計(jì)超過千億元，能耗主要集中在基站、傳輸、數(shù)據(jù)中心等幾部分，而其中基站的電費(fèi)支出占整體網(wǎng)絡(luò)能耗的80%以上。同時(shí)，由于5G網(wǎng)絡(luò)大量采用了電信云技術(shù)，數(shù)據(jù)中心的能耗也是一個(gè)重要方面。

盡管單純功耗看5G能耗遠(yuǎn)超4G，但不意味著5G是一種高能耗技術(shù)。某種角度看，5G作為最新一代無線技術(shù)，在節(jié)能環(huán)保上已有突出表現(xiàn)。2019年國測數(shù)據(jù)表明，5G單站功耗是4G單站的2.5~3.5倍，基站功耗增加是5G功耗增加的主要原因，但是單站的流量也上升了幾十倍。

“從一個(gè)比較公平的角度看，每比特流量占用的功耗，5G相比4G是顯著下降的，同樣一個(gè)終端在5G網(wǎng)絡(luò)下接受同樣的信息流量，和4G網(wǎng)絡(luò)相比更加節(jié)能。根據(jù)具體場景不同，節(jié)能比例從幾倍到二十幾倍不等。例如在某個(gè)典型基站場景測算，某款5G RAN產(chǎn)品峰值功耗 900W，小區(qū)峰值速率 7Gbps，而另一款4G RAN設(shè)備峰值功耗 462W，小區(qū)峰值速率 0.2Gbps。從這點(diǎn)可以看出，雖然5G基站整體消耗電量似乎比4G多，但是在能源效率上卻是4G的17倍左右。”屠嘉順指出。