Energy Efficiency on 5G Network
來源：网优雇佣军
到2025年，通信行業將消耗全球20%的電力。
隨著4K/8K、VR/AR、自動駕駛、機器人、影像監控等應用蓬勃生長，一場伴隨著5G萬物智聯而來的數據海嘯，正滾滾襲來，而海量數據引發的電力消耗，也必將成倍成長。
這種情況令人擔憂!
全球多家領先電信商已公開表態：要以最低的成本，建設最好的5G網路。可電費已被一些電信商確定為最高的OPEX支出，至少佔電信商總營運成本的15%，可如何降低電費開支以減少OPEX支出？
有統計指出，每GB流量約消耗2千瓦時的電量，也就是說下載一部1GB的電影，相當於你家裡的2000瓦吹風機，連續工作1小時。若按每度電5元計算，你下載一部1GB的電影，電信商需支付10元電費，如今無限流量套餐流量上限動輒40GB，而可預見的5G資費只會降不會升，可想而知，隨著5G流量需求暴增，電信商的電費成本壓力越來越大。
而在行動通信網路中，基地台是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基地台。越加密集的基地台意味著更高的能耗，這是5G網路面臨的一大成本挑戰。
可是，5G基地台是省油的燈嗎？相對於2G、3G、4G，5G基地台會更耗電嗎？
答案是Yes，至少現階段的情況如此。
我們從基地台原理說起。通常，基地台的供電系統由市電引入，透過交流配電箱、開關電源轉換為-48V直流後，連接到基地台設備，基地台設備再透過饋線/光纖，連接到鐵塔上的天線。
基地台設備的內部結構主要包含：BBU、射頻(RF)單元、功率放大器(PA)、主電源、天線接口、扇熱系統等，其中BBU包含控制單元、傳輸單元和基頻處理單元等，主要負責信號濾波、OFDM、調制解調、頻域處理(符號映射/解映射和MIMO均衡等)、CPRI、DPD(數位預失真處理)等功能。
根據以上結構，我們將基地台功耗分為三大類型：傳輸功耗、計算功耗和額外功耗。
傳輸功耗：指功率放大器(PA)和射頻(RF)部分所消耗的電量，其主要執行基頻信號，與無線信號之間的信號轉換，饋電線的功耗包括在傳輸功耗之內。
計算功耗：指BBU消耗的電量，包括數位部分處理、管理和控制、與核心網和其他基地台間通信等相關功耗。
額外功耗：指從市電引入到基地台直流供電的，整個轉換過程中的額外損失的電量，也包括機房空調、制冷設備所消耗的電量。
對於傳統2G3G4G基地台，由於基地台的計算能力較小，通常傳輸功耗大於計算功耗，也就是說BBU功耗，小於PA和RF部分功耗，因此傳統基地台提升能效的辦法，主要集中在減少傳輸功耗，比如我們在閒時，關閉部分載頻和射頻部分，來實現節能減碳。
但5G時代情況不一樣了。
密集分布的小/微基地台和Massive MIMO天線，是5G基地台的兩大主要特徵。
一方面，Massive MIMO本身是以更高的計算成本為代價降低傳輸功耗;而小基站覆蓋範圍小，PA更低，也意味著傳輸功耗更低。
另一方面，由於5G傳輸速率將成倍提升，5G基地台將處理海量數據，且隨著5G業務的不斷發展，5G BBU的計算功耗，將逐漸上升。
因此，在5G時代，基地台的計算功耗將大幅提升，超過傳輸功耗。
可以預計，5G基地台的計算功耗，將隨著頻寬(或者說傳輸速率)的增加而不斷上升，還將隨著Massive MIMO天線數量增加而不斷上升。
5G基地台計算功耗上升，帶來的不僅是耗電問題，還有扇熱問題；同時，隨著5G邊緣計算和高速本地暫存的發展，未來那些掛在城市燈桿上的小基地台，將執行越來越多的數據儲存和計算，這為5G部署提出了新的挑戰。
據預計，即使是在5G部署早期，並不考慮毫米波頻段，採用小於6GHz頻段與234G基地台共站部署，5G單地台功耗也將倍增，全年電費將成長2倍。
日前，IEEE Spectrum發表了一篇名為《The 5G Dilemma: More Base Stations, More Antennas—Less Energy?》的文章，引起了業界廣泛討論。
文中指出，5G的潛在威脅是：提供高達1000倍於現網的數據，也意味著高達1000倍的能耗。Massive MIMO將增加5G基地台總能耗，儘管5G小/微基地台的能耗遠低於傳統大基地台，但分布更加密集，會導致網路的總能耗上升。
不過，該文認為，儘管5G能耗面臨挑戰，但對未來依然保持樂觀，隨著5G基地台硬體的不斷改進，以及透過軟體化和智慧優化，隨著時間推移，5G能效將逐漸提升。
面向未來，相信一些新的節能技術，將廣泛應用於5G基地台，比如數據中心式的散熱/冷卻技術引入基地台，智慧化能耗調節，動態休眠、載頻/時隙關斷技術等。
5G已在路上，5G基地台耗電問題應及早重視，這需包括設備商、電信商和鐵塔公司等在內的全行業，共同探索推進創新。
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