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能效将成5G绿色发展“新标尺”
2022-06-21   中国电子报、电子信息产业网

  5G规模化应用渐入佳境,网络流量持续增长意味着网络能耗的大幅提升。解决5G能耗问题,不只节能一方面,还要兼顾业务量和业务体验。衡量这张“绿色”网络的新标尺,从“能耗”变成了对“能效”的综合考验,这就要求整个产业链以“能效”为出发点,围绕5G站点、设备、网络实现设计、材料、架构等方面创新,打造低碳节能体系下5G高能效的新范式。


  极简改造让5G基站告别能耗痛点

  5G单位比特能耗是4G的五分之一,但5G峰值速率相比4G增长了20倍,且配套设备、天线数、站点数相比4G成倍增加,网络能耗问题一直伴随着5G发展。

  数据显示,5G基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。按照传统基站建设模式,每个基站都需要设置机房,为保障设备的稳定运行,机房还需配置空调。这样一来,不仅站点占地面积大,空调能耗高,站点能效通常只有50%—60%。

  5G站点“极简化”,成为打造性能、节能双优的一剂良方。

  “站点级极简化,需要配置新型无线接入网网络架构,来实现配套设施能耗的降低。”中国信息通信研究院通信专家告诉《中国电子报》记者,例如,C-RAN的集中部署网络架构,能够通过减少基站的数量及配套设备,来降低对空调和备电的需求,从而将网络能耗降低30%以上。

  广东移动通过集中式C-RAN架构部署5G网络,一方面简化了远端站点,基站射频单元、电源电池和传输模块放置在了室外,实现去机房、关空调,典型单站每年可节省用电约1.45万度。

  华为站点能源领域总裁彭建华介绍,采用室外站点替换机房站点,站点能效可提升至80%。若进一步采用自然散热架构的“刀片”电源杆站,站点能效则可提升至97%。这种“以柜替房、以杆替站”的模式,可以最大化提升站点能效,把每一度电都用在“刀刃上”,同时也减少了土建成本、缩短了建设周期。

  在河北张家口,基于全场景高集成度的极简站点解决方案,以往单个站点安装需花费2—3天,如今缩短至2个小时;在河北廊坊,通过刀片电源极简部署,站点能效提升至96%,温控损耗减少700度/年,线损减少50%;贵州铁塔用1个新的机柜代替了3个传统机房,租金电费节省4400元/月,运维节省75%。

  充分利用绿色清洁能源,让整站走向联动、实现供能、储能、用能高效协同,能够真正实现“电随业动”“能随业动”,使整站能耗大幅降低。

  我国光能和风能十分充沛。近日,由中国移动打造的全国首批“零碳”5G基站在浙江舟山群岛开始试点运行。这座5G零碳排基站的日常主要能源来自光伏发电,风大的时候使用风电做补充,还有后备的锂电池存储能量,遇到阴雨天气,光伏输出不理想,还可以远程启动油机,坚持20天不成问题。据了解,这些基站在运行过程中可以真正实现“零碳”排放,单个站点每年能减少碳排放14.5吨。

  “高度集成”成设备级节能重要趋势

  无线设备从仅支持“单频单制式”到支持“多频多制式”演进,应对多制式、多网络的融合部署和高效运营,5G设备将持续向高度集成化演进,以降低多网络场景部署所需的设备数量和网络能耗。

  5G基站主设备主要由AAU(有源天线单元)和BBU(基带处理单元)组成。BBU的功率比较稳定,主要负责基带数字信号处理;AAU集成了射频和大规模天线功能,但随着发射功率的增加,功耗也随之大幅增长。在站址资源有限、天面资源紧张的情况下,原本“身材”并不苗条的AAU不仅要经常面临无处安放的尴尬,也对其安装部署、运营维护、节能降碳提出新挑战。体积小、集成度高便成为运营商对于AAU产品的刚需。

  近日,华为联合三大运营商,在湖北武汉、甘肃兰州、四川成都、山西运城、山东临沂等多个城市开展了MetaAAU(MassiveMIMO大规模天线阵列产品)试点站测试。测试结果显示,相比传统方案,MetaAAU可以同时提升小区30%上行覆盖和30%下行覆盖,边缘用户平均体验可提升25%;在小区边缘覆盖指标不变的情况下,基站可配置更低的发射功率,从而降低基站能耗,相比传统AAU,能耗降低约30%。

  站点中的BBU设备工作中会大量散热,需要制冷设备为其降温。而不同的BBU安装方法,会在很大程度上带来节能效果的不同。中兴通讯公司在测试时发现,BBU设备竖装不仅外部冷空气进入设备的阻力值变小,且转速更低,节能性能更佳。

  内蒙古联通联合中信科移动,对鄂尔多斯、包头、赤峰、通辽、呼伦贝尔五个地市16个旗县的5GBBU设备竖装改造。在外界环境相同的条件下,竖装改造后的BBU温度平均降低6℃,最高降温12.9℃;同时竖装工艺更加美观,实现了电源类线缆上走线,光纤等信号类线缆下走线,分类走线避免了干扰。

  “智能化”运维让网络能耗、性能双优

  一天24小时中,业务有闲时、忙时之分,能效也有高低之差,利用软件来节能,可提升闲时能效、休眠相应资源。目前ICT企业不断推出“网络优化+能耗管理”的方案,在保证网络质量的前提下,在5G网络上应用智能协同深度休眠、智能符号关断、智能载波关断等技术。

  对于所有站点来讲,都需要根据实际情况调整运营状态,从亚帧、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能方案研究,由此达到节能目标。

  根据当地5G用户分布和终端使用状况,洛阳联通对已经入网的3种不同基站射频单元设备,分不同时段定时开启空载状态下的深度休眠功能,从而实现智能化基站设备能耗管控的目的;爱立信研发了潮汐功放技术能动态调整PA电压,根据业务量的高低,自动通过算法实时优化功耗,根据实验结果,在典型业务负荷时,该技术可以让基站射频单元整机功耗降低20%,基站整体功耗降低约15%。

  结合日益成熟的AI、大数据及机器学习等技术,可以实现多制式网络的整体节能效果最佳的配置方案。

  天津移动采用中兴通讯数字化节能新技术,基于中兴的AI引擎、季节性自回归差分滑动平均算法、长短期记忆网络算法、前馈神经网络模型等AI算法进行调整适配,实现了天津多个小区5G基站通道关断功能的24小时自动调度,实施后每小区通道关断生效时长从0.68小时上升到5.16小时,预计全年可增加节能74万度电,相当于减少616吨碳排放。

  面向庞大的5G业务种类,不同业务在覆盖、容量、时延等方面的需求有所差异,覆盖范围内用户互相干扰,也会引起用户体验不一致。运营商需要通过一张智能化的无线网络,以最佳的频段组合保证多维业务体验最优,并走向以用户为中心的网络资源配置。华为推出了无线智能化架构Intelligent-RAN,构建了智能引擎和智能节能算法,基于意图进行多路径决策,调整整网节能策略,能够在保障用户体验前提下,实现多频多制式复杂网络能耗降低27%以上,实现能效最大化。

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