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基站“降温”还需迈过几道坎?

2020-07-27 09:36 通信产业网

导读:相比4G网络,5G不仅功耗提升了三倍以上。

5G时代,能耗问题已经成为运营商建网过程中主要考量因素之一,高额的能耗让运营商的成本控制经受着前所未有的挑战。相关预测指出,2025年,通信行业将消耗全球20%的电力,而对于运营商来说,5G的网络运营成本也将是4G的10倍以上。

在日前举行的2020年上半年工业通信业发展情况举行发布会上,工信部信息通信发展司司长新闻发言人闻库表示,近期我国每周平均新开通基站超过1.5万个,截至6月底,3家运营商在全国已建设开通5G基站超过了40万个。

那么,在运营商实现快速建网的背后,5G能耗这关究竟如何过?

空调与射频单元:降能耗两大“拦路虎”

在5G通信中,基站是耗电大户,大约80%的能耗来自广泛分布的基站,众所周知,移动通讯接入使用了成千上万的基站,基站能耗以电为主,随着电力成本的增加,移动网络的扩大,基站机房电费支出逐渐增大,相比4G网络,5G不仅功耗提升了三倍以上,并且由于覆盖范围的衰减,5G基站的需求数量又是成倍增加,因此,对于运营商而言5G基站的高功耗甚至成为了主要制约5G建网的首要原因。

中国通信标准化协会的数据显示,目前主要运营商的5G基站主设备空载功耗约2.2-2.3kW,满载功耗约3.7-3.9kW,是4G单站的2.5倍-3.5倍。经测算,以当前平均1.3元/度的转供电价计算,一个4G基站每年的电费是20280元,一个5G基站每年的电费将高达54600元。

“目前,5G基站能耗主要集中在基站、传输、电源和机房空调四部分,而其中基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。”华为中国运营商无线网络与云核心网高级专家孙昊在接受《通信产业报》(网)全媒体记者采访时表示,基站能耗中,负责处理信号编解码的基带单元(BBU)的功耗相对较小,而射频单元(RRU/AAU)是功耗的主要来源。

据了解,射频单元能耗高,主要原因是5G小区带宽是4G的5倍以上,且室外主要使用复杂度较高的32/64通道Massive MIMO设备。

以中国移动2.6GHz频段为例,5G基站信号带宽为160MHz,可同时提供4G和5G服务,相比4G的60MHz,带宽增加为2.67倍,发射功率变为原来的2倍,导致总的功耗增加,并且,5G massive MIMO典型的32/64TR设备通道数是4G网络8TR设备通道数的数倍,射频单元功耗增加显著,同时,通道数多也带来基带计算量的增加,功耗也会上升。

记者了解到,当前,移动通讯基站机房均为全封闭机房,机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温度(基站环境标准GB50174-93规定长年基站温度18°C-28°),主要靠空调来实现,为保障设备在恒温下运行,不因为温度过高而宕机,制冷系统就要不间断地为基站降温,也是导致运营成本居高不下的重要原因之一。数据显示,平均每个基站空调的电费支出约占整个基站电费支出的54%。

毋庸置疑,高能耗的同时也带来对电力系统的全新考验,因此,还需地方各级政府的政策红利,充分用好5G的供电、建设、应用、资金等方面政策的“工具箱”,加速5G发展。

政策扶持:给基站“高温补贴”

今年以来,随着中央有关部门多次提到要加强新基建,在政策扶持下5G建设速度明显加快。

目前,5G基站特别是宏站主要以传统直流供电为主,市电供应的转供方式为辅,但是,市电供应的转供方式增加了基站供电的不稳定性和成本不可控性,不仅增加了供电环节、降低了供电保障性,而且许多中间环节电费加价成为基站成本增加的主要和不可控因素。

因此,5G基站由电力转供模式向直供模式转变已成一致认可的举措。3月24日,工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》指出,支持基础电信企业加强与电力企业对接,对具备条件的基站和机房等配套设施加快由转供电改直供电。“转供电改直供电”是降低用电成本的关键环节,在没有补贴的情况下,直供电价比转供电大约低20%左右。

除直接改供电方式降低建网运维成本外,在政策层面,不少地方政府在5G战略规划中提出了调降电费等定向支持,地出台政策开放各类市政公共资源加快5G网络建设,对5G的高投入,资金支持也成为地方政策支撑的重点。

目前,广东、河北、福建、海南、青海等多地政府均已出台相关政策,推出5G基站转供电改造为直供电、直接用电补贴等措施。据统计,截至2020年2月底,我国各省市区共出台5G政策文件累计达200余个。根据赛迪智库的研究报告,从各省级政府单独发布的文件数量来看,北京、上海、江西、山东、河南、重庆6省市拥有2个5G政策文件,广东、浙江两省均已出台各级5G政策20余个。

以北京为例,今年5月,北京市通信管理局、市城市管理委联合印发了《关于做好5G基站电力供应服务工作的通知》(下称《通知》)。《通知》规定,国网北京市电力公司要支持5G基站配套电力设施建设,研究设立5G基站用电报装项目“绿色通道”,简化用电报装流程,并且要为5G基站建设提供直供电便捷服务。此外,针对现有5G基站,国网北京市电力公司支持5G基站实施转供电改直供电工作。

据中国铁塔相关负责人表示,各地政策的推出为中国铁塔统筹建网提供了极大的抓手,中国铁塔正努力协调推进“转供电改直供电”工作,目前尚有接近30%站址为转供电,中国铁塔也在持续呼吁,希望能给予5G电价进一步优惠。“希望借此契机,让推动移动通信基础设施“入规”“入法”,回归与水电气暖等一样的公用基础设施地位。”该负责人说。

尚存巨大节能空间:产业链还需协作为5G“降温”

毋庸置疑,5G基站高耗能是目前面临的主要和普遍性问题,这不仅与其本身的物理特性有关,随着5G应用的持续增多,也将会带动网络能耗的持续增加,因此,需要产业不断通过技术进步和综合节能方案应用降低能耗,这不仅是降低成本,更是为了促进ICT行业的绿色可持续发展。

目前,为了保证网络性能和用户体验不受影响,运营商对现网的节能设置了严格的生效门限,仅能释放了小部分节能增益,因此,网络还存在巨大的节能空间。

爱立信东北亚区首席市场官张至伟指出,软件节能是重要的方向,通过人工智能的调度的算法,在低速率、低业务量的情况下进行一些关断,达到节能的效果。

据了解,今年2月,爱立信推出了人工智能赋能的能源基础设施运营解决方案。这种全新的能源管理解决方案利用人工智能和先进的数据分析,帮助通信运营商优化网络基础设施的能源消耗,帮助运营商降低自身网络的运营成本和二氧化碳排放量,同时最大限度地提升站点可用性。

在孙昊看来,影响基站能耗的因素主要因素有五大方面,一是基站配置引出的发射功率、扩展能力等;二是业务负载的影响;三是散热及耐热可靠性;四是器件不同能效比的影响;五是设备运行环境温度等。

因此,华为推出了PowerStar三级节能方案,通过人工智能等创新技术,在设备级、网络级、站点级实现2/3/4/5G端到端综合节能,通过智能化的AI节能平台和专家经验,调用节能特性并设置精准的节能参数,助力运营降低网络能耗。

中国移动研究院无线与终端技术研究所高级研究员刘建华表示,目前业界还不具备大容量基站资源池设备,如何结合AI等先进技术在保证用户感知的基础上节能降耗,并尽快实现大规模成熟商用,尚存在较大挑战,还需产业链加速协作。