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中国联通:创新驱动绿色节能,打造低碳5G网络

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通信世界网消息(CWW)“落实‘双碳’行动,共建美丽家园”是今年“全国低碳日”的活动主题,在信息通信行业,5G网络节能也成为了业界关注的话题。

一直以来,中国联通都致力于以技术创新赋能节能减排,促进通信网络向绿色、高效、智能方向可持续发展。为了解中国联通在5G网络节能方面的技术创新和战略布局,通信世界全媒体记者专访了中国联通研究院无线技术研究中心总监李福昌。

5G网络能耗占比为7:2:1,基站是能耗“大户”

实现“碳达峰、碳中和”是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求,是党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策。5G网络作为重要的数字信息基础设施,目前正处于规模建设及高速发展期,能耗与碳排放将持续快速增长,5G网络实现绿色低碳高质量发展对于国家“双碳”战略实施至关重要。

“对通信运营商来说,通常情况下无线网络、数据中心和基础通信网络能耗比约为7:2:1。”李福昌谈道,5G网络能耗主要是基站能耗。

据了解,截至2021年底,我国累计建成并开通5G基站142.5万座,基本实现乡镇以上覆盖。值得注意的是,2021年5G网络整体能耗约250亿度,碳排放超过1500万吨。预计当5G基站达到500万座规模时,年5G网络整体能耗约900亿度,碳排放超过4500万吨。因此降低能耗对5G网络建设意义重大。

根据5G基站功耗的测试数据分析,基站设备中AAU设备(64T64R AAU)在5G基站设备总能耗占比约90%。在李福昌看来,提高AAU的能效水平可有效降低单站总能耗。而提高AAU设备的能效,需要从功放模块、数字基带(含数字中频、基带模块)、收发机等对功耗影响较大的关键器件入手进行技术提升。

为了降低5G基站能耗,实现大规模商用,中国联通提出了“深度休眠”节能算法和系统级智能化节能技术。经过3年的努力,与5G建设初期相比,中国联通实现了5G闲时能耗降低60%、综合能耗降低30%,使得5G基站初步具备大规模商用能力。

设备、站点、网络一体,加强5G网络节能技术创新

为深入贯彻“双碳”战略目标,中国联通在行业率先发布《“碳达峰、碳中和”十四五行动计划》,明确实施“3+5+1+1”行动计划,以绿色低碳循环发展为目标,全面、系统、深入地推进节能降碳工作,不断提高通信网络基础设施绿色化水平,助力行业绿色低碳高质量发展迈上新台阶。

低碳发展是一个过程,所以5G网络节能也不是一蹴而就、立竿见影的事情。李福昌表示:“需要加强5G网络节能技术创新,聚焦绿色发展方向,实现无线网络智能化、精细化、规模化绿色低碳运营,解决5G网络能耗大的难题。”

经过多年探索实践,中国联通总结出了设备、站点、网络一体的绿色节能理念,构建了5G网络智能节能技术体系,从设备级、站点级、网络级多个层面开展技术创新,多维度推动无线网络向绿色、高效、智能化发展。面向多制式、多频层、多设备的节能场景,智能节能技术体系基于网络级、站点级、设备级三级节能架构,实现多制式无线网络智能化节能管理、“一站一策”差异化节能调度,满足“用户无感知、网络高能效、运维低成本”的需求。

在设备层面,积极引入大带宽和多天线等技术,5G设备集成度和能效逐步提升;在站点层面,通过共建共享、机房集中化、站点室外化部署,充分利用自然冷源,降低空调能耗,大幅提升站点效率;在网络层面,采用人工智能算法预测基站流量趋势,从时域、频域、空域、功率域等维度自动寻优关断部分有源器件。

比如重庆联通在保障网络质量的前提下,通过在4G/5G网络上应用智能协同深度休眠、智能符号关断、智能通道关断、智能载波关断等节能技术,使网络闲时节能率达到44%。山西联通积极实践简约理念,推进基站极简建设模式。在新建基站时,基带单元集中传输至上联节点,新建站点仅建设射频单元,通过外挂式一体化电源和集成刀片式蓄电池解决供电问题,节省了传输及基站机房等资源。同时,按照5G业务场景的不同,对存量站点进行差异化整合改造,采用集中式无线接入网方案替代分布式无线接入网方案,既可腾退站点机房,又可节约用电。根据改造站点设备腾退数量等测算,平均节电率30%以上。

4G/5G协同智能节能,实现“双优”目标

随着5G网络的商用部署以及5G用户渗透率的增加,虽然5G网络覆盖规模将逐步接近4G网络,但是作为当前主力承载网的4G网络将长期存在,4G/5G多制式网络融合将成为未来主要组网方案。

因此,网络节能需要考虑4G与5G之间的协同,使全网的能耗与网络性能达到最优比。李福昌介绍,中国联通基于无线网智能节能体系,自主研发了“4G/5G协同智能节能管理平台”,首次实现多制式无线网络设备的智能能耗管理。

4G/5G协同智能节能管理平台使用大数据技术及人工智能技术,支持八大部署场景、六种节能方案、六大业务指标监测,首次实现节能策略智能选择、参数智能优化、效果智能评估等重要功能,实现网络运行效率最优、综合节能效果最优的“双优目标”。李福昌透露,目前,该平台已在天津等地试点推广,节约基站电费10%以上,全面保障小区业务质量,降低基站能耗。

值得一提的是,“4G/5G协同智能节能管理平台”已申请软件著作权2项、发明专利40项。 “4G/5G协同智能节能管理平台”突破了传统节能方案中管理难度高、节能效果欠佳的瓶颈,实现智能化、精细化、协同化的能耗管理,因此荣获了2021年度国际电联(ITU)信息社会世界峰会WSIS ICT电子环境组冠军奖,成为我国电子环境保护领域唯一获此殊荣的项目,项目组也荣获了2021年度十大著作权人奖,这是中国版权保护中心颁发的“2021年十大著作权人”唯一获奖软件。

除了4G/5G协同智能节能管理之外,中国联通还大力推进网络基础设施数字化的创新研发与应用,构建统一站点资源管理平台,实现对网络基础设施(如电源、备电等系统)智能化管控。5G电源智能控制系统可以自动感知基站的负载情况、供电质量、市电电能、电池备电时长等运行数据,依据业务需求、市电及电池运行参数,实现智能用电控制,极大降低基站能耗。

“降低5G能耗是一个系统性问题,需要设备制造商、运营商、终端芯片生产商、使用方等的共同努力。”李福昌如是说。在今年全国节能宣传周期间,中国联通携手中国信息通信研究院、中国通信企业协会、中国电信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国铁塔股份有限公司和中国广播电视网络集团有限公司共同发布了《“推动信息通信低碳发展 赋能经济社会绿色转型”倡议书》,旨在推进全行业绿色低碳转型,为经济社会高质量发展蓄势赋能。