运营商担心的5G基站能耗如何应对

来自Lightreading报道称，不久前一位运营商高管表示，5G基站能耗是4G基站的3倍，这将带来成倍上升的运营支出。

也许这位高管意在催促设备商进一步降低基站能耗吧。

据调研机构EJL Wireless Research透露，5G基站能耗上升，部分原因是引入了Massive MIMO技术，4G基站主要采用4T4R MIMO技术，而5G基站将采用64T64R MIMO，这将增加基站总功耗。

为此，有些运营商不得不在新技术与能耗之间做权衡，甚至降阶引入Massive MIMO技术，比如，韩国运营商采用了32T32R MIMO来部署5G。

最近，来自451 research的一份调查结果显示，超过90%的运营商认为5G时代将带来更高的能耗成本，并对节能技术超感兴趣。

451 research预测，到2026年，5G可能会使网络能耗增加150%至170%，增幅最大的是宏基站和数据中心。

基站能耗，过去是行业的小秘密，如今随着5G进入部署初期，也被摆上台面了。

5G能耗面临怎样的挑战?如何应对?

一、挑战

1. 能效跑不赢bit增长

什么是能效?

就是设备功耗与产出的数量流量之间的比值。

随着技术进步，网络能效在不断提升，据《爱立信2015年移动报告》显示，4G时代网络数据流量增长了13倍，但网络整体能耗仅增长了40%。

但遗憾的是，bit的增长速度比能效提升速度更快，导致总功耗在不断上升。

据统计到2018年底，全球60亿移动宽带用户每月消费27EB数据流量，预计到2024年每月将消费130EB数据流量。

为了应对数据流量如海啸般涌来，网络必须引入更多频谱资源、更多的基站、更先进的Massive MIMO技术来提升网络容量，但这必然会消耗更多的电力，增加OPEX支出。

2. 电费支出昂贵

据统计，电费支出占据运营商运营开支的15%-30%，在移动通信网络中，80%的电费支出来源于广泛分布的基站。

如今，流量资费越来越便宜，但电费等能源成本越来越高，同时，过去几十年受益于摩尔定律，能效每十年提升100倍，但这一速度正在放缓，面向未来不断狂增的流量需求，运营商必将越来越关注电费开支。

3. 能源浪费大

我们的移动网络， 30%的基站承载了80%的网络流量，其余70%的基站仅承载了20%的网络流量，但这些70%的“闲基站”依然要消耗大量的电力，比如即使是空闲状态也要不停的发射系统广播信号。

除了在地理位置上流量分布不均，在一天中的不同时段也是如此，繁忙时段网络非常拥挤，而空闲时段(比如深夜)网络流量极低，从而拉低了网络整体能效。

此外，2/3/4/5G系统共存，老设备、老技术能耗较高，也会拉低网络整体能效。

二、应对

1. Small cells

由于无线信号在传播时射束发散，信号能量会快速衰减，该衰减与传播距离相关，传播距离越远，衰减越大，因此，对于传统宏基站，动辄覆盖1公里，其总功耗主要来源于功放等传输功耗。

而对于小基站(Small cells)，发射功率低(比宏基站约低10倍)，覆盖范围小，传输功耗大幅降低，且多分布于数据流量集中区域，因此，小基站具有更低的每bit能耗。

未来5G时代，小基站将大量引入，有助于提升5G网络总体能效。不过，如前所述，由于5G时代流量暴增，小基站越来越密集，网络整体能耗上升不可避免。

2. Massive MIMO

Massive MIMO通过波束赋形技术使信号能量更集中，提升了覆盖范围和容量，这将大幅提升能量辐射效率，降低基站传输功耗。

尽管目前Massive MIMO天线的总功耗比4G更高，但若跑满容量，其每bit平均能耗远远低于4G时代。

3. 智能能耗管理

为了解决流量分布不均而导致网络总体能效低，过去我们在小区负荷较低时，通过关断部分功放、MIMO通道、载波等来节省能耗。

但若依靠人工判断、操作，不但工作量大，而且担心对业务产生影响。

5G+AI时代，网络需要智能化、系统级的能耗管理技术，利用机器学习算法对历史数据进行训练，找出规律和模型，对小区进行实时业务预测，再根据小区的负荷状态自动关闭或开启载波、Massive MIMO功放、射频通道等，并同时对网络性能指标进行实时监控，以保证在不影响网络性能的前提下实现自动化能耗管理。

此外，芯片性能提升、更先进的散热技术、基于软件化/虚拟化的网络升级等也将助力网络提升能效。

总之，面向未来万物智联时代海量流量需求，5G需进一步大幅降低每bit的平均能耗。

过去，有设备商因为基站太耗电而被搬迁，相信在5G时代，各大设备商提供的节能技术也必将成为关键竞争力。