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5G

信息技术助力碳中和,“电老虎”5G基站无处遁逃

编者按:在今年3月召开的中央财经委员会第九次会议强调,我国力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。近日,《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》发布,提出构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低二氧化碳排放水平、提升生态系统碳汇能力等五方面主要目标,确保如期实现碳达峰、碳中和。为进一步落实碳达峰、碳中和相关政策,推进产业结构优化调整,推动工业和信息化绿色低碳发展,《中国电子报》特开设“信息技术助力碳中和”专栏,敬请关注。

5G基站支撑起一张速度更快、效率更高、安全性更好的公共网络,但从某种意义上而言,还是一只“电老虎”。据测算,5G单站的功耗是4G单站的3倍左右,到2025年,通信行业将消耗全球20%的电力,其中80%来自基站。

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截至目前,我国已建成5G基站超过115万个,占全球70%。“十四五”时期将是5G网络的大规模建设期,5G基站作为耗电大户,通过系统性解决方案践行绿色低碳,不仅有助于信息通信基础设施节能减碳,还能够降低运营商节省投资成本,更被上升至国家战略高度,成为了5G行业发展的主旋律。

基站节能减碳迫在眉睫

根据近日工信部发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》,2025年每万人将拥有5G基站26座,2020年我国每万人拥有5G基站5座。按照我国14亿人口测算,2025年将建成5G基站不少于360万座。

5G不光是一张面向公众的消费级网络,更是能深入行业细分领域的、具有确定性的、灵活可定制化的网络,但其耗电量也非常可观。尽管5G基站的系统容量和发射功率远超过4G基站,每比特的功耗显著好于4G,但绝对能耗仍然让电信运营商们“吃不消”。

“中国联通一年耗电不到200亿度,大致分布在三个方面:无线网络、基础网络、数据中心,目前这三者之间的耗电比例是7∶2∶1。”中国联通研究院副院长魏进武说,“目前5G单基站的功耗是4G基站的3~4倍,这是因为5G采用了中高频段,基站的密度比4G大。”

“目前5G基站的功耗比较高,相当于4G基站的3倍左右,但是从每比特耗能这个指标看,5G比4G其实已经下降了很多。”中国移动研究院副院长黄宇红说,“ 2019年5G商用之前,5G基站的功耗是4G现网的4~5倍,通过新的基站设计、高集成度的基站、新材料的应用、新器件和新功能的改进,已经使5G基站功耗降低了1/4,现在5G是4G功耗的3倍左右,后续还会积极采用各种新的技术。”

未来5年是5G网络建设和发展的主周期,实现5G基站等信息通信基础设施的节能减碳,不仅能够帮助运营商节省投资成本,更是信息通信行业产品绿色升级的重要驱动力。

三大运营商发力“减碳”

目前,国内三大运营商均发布了各自双碳目标和行动计划。

中国电信计划在“十四五”期间实现单位电信业务总量综合能耗/碳排放下降23%以上;4G/5G共建共享节电量超450亿度,新建5G基站节电比例不低于20%;大型、超大型绿色数据中心占比超过80%。

中国移动提出,2025年在电信业务总量增加1.6倍的情况下,碳排放总量控制在5600万吨以内的目标,到2025年,单位电信业务总量综合能耗/碳排放较2020年降幅均超过20%,5年企业自身节电量超400亿度,同时助力社会减排量超过16亿吨。

目前,中国移动已经与一些高能耗行业紧密结合起来,致力于更好地推动这些行业向低碳化发展。例如中国移动与能源行业和电力行业正在做的一些工作,在输电、发电和用电方面,推动电、网结合,确保发电的生产安全和个人用电的便利性。

中国联通表示力争到2023年能源消费总量增幅达到峰值,到2028年碳排放总量提前达峰。截至2021年6月,中国联通与中国电信共建共享5G基站已经达到46万站、累计共享4G基站46万站,每年可节约用电117亿度以上,为双方累计节省投资超过千亿元。在中国电信和中国联通共建共享过程中,涌现出大量的创新性解决方案。

中讯邮电咨询设计院电源与节能研究部主任朱清峰指出,因为5G基站能耗高,蓄电池的放电保障的时长变短,但5G网络整体的可靠性,特别是在供电可靠性方面,目前还没有达到4G的水平。“通信局站供电系统的设计规范现为国家标准,目前的基站建设供电按照现有标准进行,一旦广泛地与行业应用结合起来,对5G基站可靠性要求就高了,标准还应对应做出动态性变化。”他说。

系统性减碳已取得显著成效

由于基站内涉及集成射频模块、基带模块、天线模块等复杂的软硬件设施,因此5G基站的节能减碳需要运营商、设备商、芯片厂商等全产业链的共同努力。

“5G基站节能三大着力点指向设备级、站点级和网络级节能。”中信科移动运营商网络产品线总裁邓鸿威对记者说。

具体来说,首先通过优化设备硬件设计、改进生成工艺、设备集成度等手段,达到降低基站设备基础能耗、不断提高基站设备能源利用率的目的。

中信科移动采用高功效GaN材料+优化DPD算法与多重手段优化AAU散热和高集成高工艺提升整机功耗,实现5G产品的整体功耗的下降。并在设备级节能的基础上,推出了多频多制式合一产品,实现高集成、大容量的极简站点,可以简化天面,降低部署和维护的成本。中兴自研的7nm芯片使其基站设备缩小到18升,重量也减少了近一半,只有20公斤重,功耗也随着体积同步降低。

其次,对于所有站点来讲,需要根据实际情况调整运营状态,从亚帧、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能方案研究,由此达到节能目标。

洛阳联通根据当地目前的5G用户分布和终端使用状况,对已经入网的3种不同基站射频单元设备(AAU),分不同时段定时开启空载状态下的深度休眠功能,从而实现智能化基站设备能耗管控的目的;爱立信研发了潮汐功放技术能动态调整PA电压,根据业务量的高低,自动通过硬件算法实时优化功耗,根据实验结果,在典型业务负荷时,该技术可以让基站射频单元整机功耗降低20%,基站整体功耗降低约15%。

此外,从多网协作角度,AI、大数据等新一代信息技术将辅助开展智能节能方案研究,让基站节能更上一个台阶。

华为在新机柜里配置了全链路智能,给所有设备都连上了智能开关,当没有业务跑的时候,设备可以休眠,而且智能开关代替了传统人力运维,降低了约75%的运维成本;中兴通讯开发了PowerPliot AI节能平台,通过大数据和AI对各种节能措施和节能策略进行应用预测和优化,较大限度降低无线网络功耗。

通过开展“AI无线基站节能系统”等重大项目攻关,目前江西移动已建立5G机房能耗精细化智能管理体系,运用AI和大数据技术自动制定最优机房供电策略,结合远程智能控制技术,全网4G、5G基站全年累计节电约1.04亿度,节电效率提升10%。

责任编辑:赵强


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