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行业资讯
关于 5G 基站耗电问题
发表时间:2019-2-14    点击数:

在近日巴塞罗那 MWC2019 世界移动通讯大会上,5G 相关的技术赚足了眼球。以 5G 为代表的移动通信技术正在与智能设备、 AI 、大数据等紧密结合,一场伴随着 5G 万物智联而来的数据海啸正滚滚袭来,目前各国政府、运营商和整个产业链都在摩拳擦掌。

全球多家领先运营商已公开表态:要以最低的成本建设最好的 5G 网络。然而,一直以来,通讯基站的电费支出,占电信运营商、尤其是铁塔日常运维开支中很大的一部分。基站消耗的电能又占到了总能耗的 62% ,其中空调耗电量占到了基站能耗的 50% 。如何有效管理基站用电量,减少电费支出,将成为通信运营商日常工作中的重要组成部分。

 

那么,5G 网络的建设,是否会引发的电力消耗也必将成倍增长呢?

答案是肯定的。我们得从基站原理说起。

通常,基站的供电系统由市电引入,通过交流配电箱、开关电源转换为 -48V 直流后连接到基站设备,基站设备再通过馈线/光纤连接到铁塔上的天线。

基站设备的内部结构主要包含:BBU 、射频( RF )单元、功率放大器( PA )、主电源、天线接口、扇热系统等,其中 BBU 包含控制单元、传输单元和基带处理单元等,主要负责信号滤波、 OFDM 、调制解调、频域处理(符号映射/解映射和 MIMO 均衡等)、CPRI、DPD(数字预失真处理)等功能。

根据以上结构,我们将基站功耗分为三大类型:传输功耗、计算功耗和额外功耗。

  • 传输功耗:指功率放大器( PA )和射频( RF )部分所消耗的电量,其主要执行基带信号与无线信号之间的信号转换,馈电线的功耗包括在传输功耗之内。

  • 计算功耗:指 BBU 消耗的电量,包括数字部分处理、管理和控制、与核心网和其他基站间通信等相关功耗。

  • 额外功耗:指从市电引入到基站直流供电的整个转换过程中的额外损失的电量,也包括机房空调、制冷设备所消耗的电量。

对于传统 2G 、3G、4G 基站,由于基站的计算能力较小,通常传输功耗大于计算功耗,也就是说 BBU 功耗小于 PA 和 RF 部分功耗,因此传统基站提升能效的办法主要集中在减少传输功耗,比如我们在闲时关闭部分载频和射频部分来实现节能减排。

但 5G 时代情况不一样了。

密集分布的小/微基站和 Massive MIMO 天线,是 5G 基站的两大主要特征。

一方面, Massive MIMO 本身是以更高的计算成本为代价降低传输功耗;而小基站覆盖范围小,PA 更低,也意味着传输功耗更低。

另一方面,由于 5G 传输速率将成倍提升,5G 基站将处理海量数据,且随着 5G 业务的不断发展,5G BBU 的计算功耗将逐渐上升。

因此,在 5G 时代,基站的计算功耗将大幅提升超过传输功耗。

 

可以预计,5G 基站的计算功耗将随着带宽(或者说传输速率)的增加而不断上升,还将随着 Massive MIMO天线数量增加而不断上升。

5G 基站计算功耗上升,带来的不仅是耗电问题,还有扇热问题;同时,随着 5G 边缘计算和高速本地缓存的发展,未来那些挂在城市灯杆上的小基站将执行越来越多的数据存储和计算,这为 5G 部署提出了新的挑战。

据预计,即使是在5G部署早期,并不考虑毫米波频段,采用小于6GHz频段与 2G、3G、4G 基站共站部署,5G 单站功耗也将倍增,全年电费将增长 2 倍。

不久前,IEEE Spectrum 发表了一篇名为《The 5G Dilemma: More Base Stations, More Antennas—Less Energy?》的文章,引起了业界广泛讨论。

文中指出,5G 的潜在威胁是:提供高达 1000 倍于现网的数据,也意味着高达 1000 倍的能耗。Massive MIMO 将增加 5G 基站总能耗,尽管 5G 小/微基站的能耗远低于传统宏站,但分布更加密集,会导致网络的总能耗上升。

不过,该文认为,尽管 5G 能耗面临挑战,但对未来依然保持乐观,随着 5G 基站硬件的不断改进,以及通过软件化和智能优化,随着时间推移,5G 能效将逐渐提升。

面向未来,相信一些新的节能技术将广泛应用于 5G 基站,比如数据中心式的散热/冷却技术引入基站,智能化能耗调节,动态休眠、载频/时隙关断技术等。

5G 已在路上, 5G 基站耗电问题应及早重视,这需包括设备商、运营商和铁塔公司等在内的全行业共同探索推进创新。



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