“双碳”下的5G:如何绿色“适度超前”

文章来源:通信产业网党博文2022-04-15 09:25

  “双碳”之下,如何破解5G高能耗?
 
  随着全球环境问题的日益严峻,在“双碳”愿景的驱动下,各行各业正在加速向深度脱碳迈进,5G网络作为新基建之首,是最为重要的新型基础设施,在助力新基建数字化发展、赋能千行百业的同时,也带来了日益严峻的能耗问题。 在“双碳”愿景下,性能、节能双优的绿色5G究竟如何打造?
 
  “釜底抽薪”:软硬结合降温5G
 
  从互联网到移动互联网,过去十多年来,中国数字经济的飞速发展离不开ICT基础设施的赋能支持,而运营商作为提供网络连接的主体,更是其中关键。面向万物互联的智能世界,ICT的基石作用将进一步凸显,推进节能减排对于电信运营商,对于整个ICT行业,以及其他需要ICT技术提供转型升级新动能千行百业来说,均意义深远。
 
  据相关研究机构预测, 从2019年到2025年,在全球5G产业爆发式发展的同时,电信行业的碳排放从2.33亿吨飙升至4.06亿吨,6年内增幅将达到74%,远超全球各行业平均水平。 当前,气候行动已经成为全球共识,为了达成温室气体排放目标,ICT行业需在2030年降低45%碳排放。为此,全球多家运营商制定节能减排目标,一方面通过ICT技术助力各个行业节能减排,一方面持续降低自身网络的碳排放。
 
  据了解,5G单位比特能耗是4G的五分之一,但因为5G峰值速率相比4G增长了20倍,所以高能耗成为5G的关键问题,而导致5G能耗高的原因主要有三方面, 配套设备增多、设备天线数多、站点密集。 5G总体能耗集中在基站、传输、电源和机房空调四部分,其中基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。这就需要通过设备改造升级、工艺优化以及人工智能精准节能等手段将5G能耗降下来。
 
  硬件方面,AAU天线阵列规模越大,信道波束越窄,信道能量越聚焦,覆盖距离越远。 5G的AAU基于多天线、多通道设计,不仅可通过空间复用大幅提升系统的容量,还可通过调整多天线的幅度和相位,使无线信号的能量集中于更窄的波束上,并精准指向用户的位置,从而提升能量的传输效率,大幅提升比特能效随着个人用户及行业需求的不断提升,网络流量将持续增长,AAU将是运营商承载不断增长的网络流量的不二选择。
 
  而集成度的持续提升,设备开始从单模块支持单频段发展到支持多频段、超宽频段,可以将部署方式从原来的一个频段对应一个RRU或AAU设备,转变为多频合一、多模块合一,从而大幅降低了设备的部署数量、成本及设备能耗,与此同时,通过将BBU集中化,站点也将逐步走向极简,通过自然散热的方式来降低站点的能耗,最终实现去机房、去空调。
 
  软件方面,一直以来,运营商希望部署节能软件以降低网络能耗,同时也担心其会影响用户体验和网络性能, 未来,随着新技术的不断演进,5G的能效还会进一步成倍提升。基于网络流量不断增长的趋势,需要牵引业务向高制式发展,如果能充分利用5G的高能效优势,就可降低网络的能源消耗。在保障用户体验的基础上,借助智能网络,根据不同的场景和业务变化,精准、实时地调整频谱、载波等网络资源的分配已成为业界的共识。
 
  记者了解到,网络有忙时和闲时,在闲时链路负载虽然大幅下降,传统的设备缺少智能关断能力,如产品中的射频硬件效率随话务负载的变化而变化,即负载高时效率高,负载低时效率低。 未来,当硬件休眠机制逐渐走向精细化、颗粒化后,路由器和微波设备可以通过流量感知,实现在闲时把相关的射频部件和电路进行静默、关断、降频,以降低闲时能耗 ;在流量起来的时候,自动将射频部件和电路进行解静默、唤醒、升压,届时,网络智能化也将切实实现功耗与容量解耦、功耗与流量挂钩。
 
  值得关注的是, 作为5G中最为关键的供电系统, 一直以来,供电及用电系统的很多设备都是“哑设备”,无法相互感知、彼此协同,也无法实时检测业务负荷及运行状态。这不仅使供电和用电效率低下,也造成了大量的能源浪费。基于此,实现业务与整站的供能-储能-用能等部件的高效联动,也成为未来建设高效、绿色站点重要的发展方向。
 
  建用并举:5G背后的绿色逻辑
 
  联接的密度与计算的精度将决定数字经济的强度,但要保持其长期活力,需要增加碳减排力度这一新维度。 当前,为做好技术节能减排工作,我国三大运营商都已纷纷开展行动,推动5G网络不断向绿色低碳方向演进。其中,中国电信(601728)建成全国最大基站节能系统,其智能节电技术应用场景已覆盖超过50万个小区,单小区平均节电效果超过10%,节能时长较传统提升89%以上;中国移动(600941)则聚焦技术需求和应用场景,大幅提高5G芯片降耗效果,打造绿色支撑万物互联的5G新网络;中国联通以提升能源效率为牵引,因地制宜,引入燃气冷热电三联供、新风自由冷却系统、石墨烯精准供暖等节能技术精准节能。
 
  事实上,数字经济首先应该是绿色经济。 目前碳中和已成为全球共识。从ICT产业的角度,ICT技术一直致力于使用更少的能量来传递、处理和存储更多的信息,以及在能量系统中通过数字技术来降低能耗。以5G为例,每比特能耗大约只有4G的1/10,但可以提供30倍的4G容量,而ICT产业所带来的全球节能和减排量,将远超其自身运行的能耗和碳排放量,以中国为例,中国三大运营商的能源总消耗占比不到全国的1%。ICT产业更多是肩负着助力千行百业数字化转型的任务,从而助力达成“碳中和”目标。
 
  英国电信运营商O2的报告显示,5G技术在构建绿色经济中发挥着巨大作用。该报告认为,到2035年,在交通、公用事业和家庭能源、制造业和医疗保健四个行业中应用5G网络可以帮助英国节省多达269兆吨的二氧化碳(CO2)排放,相当于英国2018年的碳排放总量。因此,由于每个网络的发展阶段不同,我们不能简单地通过绝对能耗来评估网络的绿色程度,对于运营商来说,能效的价值在于牵引行业在业务流量增长与碳减排之间协调发展,牵引绿色5G目标网向性能和节能“双优”演进。
 
  当前, 经过多方努力,5G基站能耗已降至4G的3倍左右,功耗约为1900W,在新技术、新器件的加持下,5G基站能耗有望进一步降低 ,而在能耗降低的同时,要想真正实现绿色5G,还需要产、学、研、用各界携手、形成合力。
 
  对此,有专家建议,一是加快5G与传统高能耗行业的深度融合。 加快5G等通信技术与传统行业的应用融合,助力钢铁、化工、冶炼等高能耗行业在产品开发、技术升级和数字转型等方面发挥其应有作用,为各行业提质增效、节能降耗、低碳环保和高效低碳作出贡献。
 
  二是加强5G产业链上下游的积极融创。 运营商发挥市场牵引作用,建立起设备、器件、材料、能源等上下行企业的信息融通、联合创新机制,形成畅通高效的合作链,联合创新节能降耗产品,持续降低5G能耗。
 
  三是加大企业与高校在基础研究和关键技术方面的融智攻关。 企业联合高校等科研机构加大新能源、新材料、新器件等方面的基础研究,实现关键技术突破,为绿色5G奠定坚实技术基础。
 
  四是构建研究、标准、产品、应用一体化合作平台, 通信行业、垂直行业、高校等所属科研机构,在政府部门的指导下,构建协同合作平台,开展绿色5G全方位研究。
 
  无疑,绿色5G的出现正在催生全新的行业与商业模式,而在技术创新、产品迭代、应用发展等方面相互作用之下,绿色也将会成为5G发展的新底色。

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