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中国移动:构建节能5G网络 助力“绿色低碳”社会发展

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通信世界网消息(CWW)近年来,随着5G建设的稳步推进,5G基站数量急剧增长。5G基站在拥有高速率、低时延的同时,耗电量大却成为不可忽视的问题。数据显示,2019年5G商用初期,5G基站的功耗接近现网4G的4倍,通过新的基站设计、高集成度的基站建设、新材料的应用、新器件和新功能的改进,目前5G功耗仍是4G的3倍左右。

功耗大、数量多是5G基站节能减排的主要障碍。《“十四五”信息通信行业发展规划》提出,2025年每万人将拥有5G基站26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。据中商产业研究院的预测,按照360万座5G基站计算,则需要2847万吨标准煤,二氧化碳排放量高达7459万吨。由此可见,5G网络的节能对于“减碳”至关重要。

中国移动致力于5G节能产品、方案研究

根据GSMA发布的数据,全球运营商的能耗主要来自于无线网(73%)、核心网及传输网(13%)、数据中心(9%)及其他管理运营(5%)。其中无线网的能耗由4部分组成:第一是无线主设备耗电,占比约为50%;第二是机房散热耗电,占比约为40%;第三是电源损耗耗电,占比约为7%;第四是运输等其他类型能耗,占比约为3%。

降低5G能耗需要材料、器件、能源、设备、配套、应用等5G基站上下游企业的共同努力。以5G主设备节能为例,需从器件源头推动氮化镓工艺成熟,再通过设备商优化功放结构与设计,实现功放效率从35%提升到49%;推动数字器件集成度提升1倍,功耗降低40%;引导材料产业研发仿生散热技术、相变散热技术,提高器件散热效率;通过亚帧静默、深度休眠、浅层休眠、宏微协同休眠等节能技术的规模应用,降低网络使用能耗;研究推动液冷散热技术,通过配套产业增强散热效率;推动产业不断提高清洁能源的转换效率、降低能源设备的体积重量,便于全网大范围推广清洁能源。

为了持续降低5G网络能耗,中国移动在主设备节能、散热及特殊场景节能方面开展了研究工作。在主设备节能方面,中国移动研究并推动极致休眠节能技术,预计使用后AAU能耗小于10W;同时推动控湿材料的研究使用,保证设备能耗过低时,不会因产生凝露而影响设备可靠性;研究推动射频单元PA效率提升,预期推动PA效率提升5%以上。在主设备散热方面,中国移动研究并推动BBU液冷散热方案,提高设备散热能力,同时通过自然冷却技术降低机房空调耗电。在特殊场景方面,针对室内场景,中国移动研究基于智能头端和通感一体方案,实现人走灯灭,人来灯亮;针对高铁场景,研究智能调度方案实现“击鼓传花”式节能。

技术创新、研发节能平台引入清洁能源是降低能耗的重要手段

中国移动高度重视5G绿色节能工作,一方面,通过技术创新持续降低5G基站能耗:开展节能动态调压、BBU休眠和池化探索及验证,实现亚帧静默、通道静默、浅层休眠、深度休眠等节能功能的规模部署和性能优化,基于业务负荷进行5G基站器件休眠,低负荷场景节电10%~30%,极低负荷场景节点50%以上,联合产业合作伙伴持续研发新架构、新器件、新材料、新功能,目前已实现5G单站功耗相比商用初期下降约35%,接近4G的2.5倍。

另一方面,中国移动自主研发智能节能平台,基于全场景协同、微服务分层框架技术,解决了5G节电功能部署效率低难题,并支持以AI智能预测技术为核心的5G动态节能策略,实现节能功能灵活最佳调配,可节省5%以上网络能耗,目前已推广至全国近20个省现网环境,并成功入选工信部《国家通信业节能技术产品推荐目录(2021)》。

在节能减碳方面,中国移动通过引入清洁能源和网络极简化改造两种手段,提高机房能源利用效率。

一是引入清洁能源:提升风能、光伏等可再生能源的应用比例,因地制宜开展“零碳”/低碳基站部署,通过市场化交易方式推进绿色电力引入,逐步提升绿色电力使用比例。日前,中国移动在北京玉泉营桥附近打造了5G绿色节能示范站,利旧现有物业资源,在机房顶部安装太阳能电池板,通过光伏模块和整流模块的混插,实现站点的太阳能和市电混合供电。站点日均发电量10~30度,年均发电量约6000度,年等效减排CO2约5.9吨。

二是网络极简化改造:通过极简网络,降低机房使用及空调耗电。极简网络是指以CRAN架构为基础,通过载频的精简优化、无线设备的资源整合、配套电源的上塔改造等举措,实现基站设备和电源配套简化,降低机房使用或机房空调散热的耗电。目前中国移动已在湖南、海南、浙江等地开展了试点工作,根据机房规模不同,每站点每年可节约4000~10000度电不等。中国移动计划在全网开展大范围极简试点行动,预期节电规模非常可观。

绿色5G基站对可持续发展具有重要意义

当前,全社会的数智化需求非常旺盛,DICT行业正处于快速发展期。未来,5G商用建设规模和功耗仍将持续增长:一方面是数量的增长,根据《“十四五”信息通信行业发展规划》,到2025年中国5G基站数将超过360万;随着5G与行业的融合深入,预计5G基站数量将更多。另一方面,现阶段5G商用频率主要采用Sub-6GHz中低频段,后续随着毫米波基站以及5G演进基站的部署,基站设备复杂度升高,带来组网复杂度增加及设备整体数量增长,造成更高的全网功耗。因此,全社会迫切需要尽早实现绿色5G基站,既能降低运营商5G网络运营成本,进而降低全社会使用5G成本,促进5G网络的持续发展;也能为全社会实现绿色节能树立典范,具有重要的社会价值。

此外,未来6G网络需要支持更高的速率,将采用太赫兹、可见光等更高频段,对基站材料、器件、芯片的能耗提出更高的要求,绿色5G基站也将为6G技术研究、标准制定等奠定技术和产业基础。

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