5G创新助力绿色低碳发展

作者:孟月 责任编辑:王鹤迦 2022.06.22 11:42 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)我国力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”,这是以习近平同志为核心的党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策,事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。

节能是实现“碳达峰、碳中和”目标的关键支撑。5G等新一代信息技术的加速发展,为经济社会绿色发展提供了网络化、数字化、智能化的技术手段,已成为推动社会节能减排的重要引擎。

我国5G牌照发放至今3年来,5G商用发展迅猛,5G与其他ICT技术的融合对千行百业数字化转型赋能成效初显,新业态、新模式不断得到探索,助力数字经济呈现蓬勃发展势头。5G加速了各行各业的数字化进程,促进了全社会的节能减排,其自身也亟需走向绿色低碳——5G单比特能耗是4G的1/5,峰值速率却增长了20倍,5G网络整体能耗高于4G,5G基站的耗电和成本高广受关注。根据GSMA的数据,通信网络的能耗成本(电费)占运营商运营支出(OPEX)高达20%~40%。在我国“双碳”目标下,5G节能减排迫在眉睫,亟需加快研究5G网络节能技术,探索5G网络绿色发展之路。

“软硬兼施”构建绿色5G

5G并非“天生的电老虎”,其单位比特功耗比4G低80%,但随着通信运营商加大5G基站建设,5G基站数量大幅增加,数据流量爆发式增长,整体功耗是4G基站的2.5~3.5倍。“移动运营商的主要能耗在于无线接入网,也就是无线基站。产业界的研究显示,由于基站数量巨大,无线接入网的能耗可能会达到全网能耗的70%左右。”SA无线通信领域高级分析师杨光在接受记者采访时表示。

而在中国社科院数量经济与技术经济研究所能源教研室主任刘强看来,5G目前处于规模建设期,5G网络不仅是人与人的连接,更是延展至人与物、物与物的连接,如此一来5G的能耗增加自然非常显著。刘强表示:“除了无线网、核心网、传输网、数据中心及其他管理运营方面的能耗,基础设施建设本身也有间接的能耗,比如钢铁、水泥等,基站、机房等基础设施的搭建也会产生间接的能耗。此外还要应对6G、马斯克提出的‘星链计划’等或与5G形成竞争局面,也可能带来能耗的剧增。”

随着移动通信技术的不断进步,多频多制式网络将长期共存。那么如何帮助运营商在满足性能的基础上降低网络能耗?相关专家指出,首先,需要把多频技术引入无线网络。一个设备支持多个频段,并实现频段间动态功率共享,可大大提升能效。其次,需要引入多天线技术。通过多天线技术,可大幅提升基站覆盖能力,减少基站数量,实现无缝全面覆盖。通过这些方式,运营商网络能耗得以降低。

针对5G网络能耗大的问题,需要业界加强节能技术的研究以不断降低设备及网络的能耗。对此,信通院专家指出,目前根据产业界的共识,业内普遍采用设备级、站点级和网络级三级架构开展节能关键技术及相关评价体系研究。

设备级节能关键技术包括硬件节能和软件节能两部分。如中国电信在5G硬件上,引导产业链采用新材料、新架构和提高集成度等方法,进一步降低基站基础功耗;在5G软件功能上,采用符号关断、载波关断、通道关断以及深度休眠等方法,不断提升软件节能的精细化、智能化水平,持续降低基站运行功耗。

站点级节能关键技术主要针对与主设备一起构成站点的空调、电源等配套设施的节能。目前主要通过探索新型无线接入网网络架构,实现配套设施能耗的降低。例如,中国移动通过联合产业界合作伙伴研发基站高能效材料、新器件、新结构,实现5G单站功耗相比商用初期下降约35%,接近4G的2.5倍;开展节能动态调压、BBU休眠和池化的探索与验证,实现亚帧静默、通道静默、浅层休眠、深度休眠等节能功能的规模部署和性能优化,基于业务负荷进行5G基站器件休眠,实现低负荷场景节电10%~30%,极低负荷场景节电超过50%。

“基站的配套设备,比如空调,也往往是能耗大户,通过采用新的系统设计、新的散热设计等,也可以降低基站运行对环境温度的要求,从而降低空调能耗。”杨光表示。

网络级节能关键技术则是通过结合人工智能算法开展多网协作。网络级节能技术与网络运营紧密相关,通过在网管端进行数据采集和大数据处理,自动识别多频多模网络状态下覆盖小区及容量小区,进行适时小区静默和唤醒,可以有效达到节能的效果。

“需要从网络角度考虑整体的网络能耗,比如可以利用网络业务流量的波动性,在业务低谷时期,在保证网络覆盖的前提下,适当关断一部分载波甚至关断一部分基站,可以显著降低网络能耗。另外,尽早实现新旧设备的更新换代,也有利于提升网络能效。新型4G、5G基站的能效远高于老旧的2G、3G基站,尽快实现2G、3G的退网也有助于提升全网的能效。”杨光谈道。比如为了降低5G基站能耗,实现大规模商用,中国联通提出了“深度休眠”节能算法和系统级智能化节能技术。经过3年的努力,与5G建设初期相比,中国联通实现了5G闲时能耗降低60%、综合能耗降低30%,使得5G基站初步具备大规模商用能力。

节能减排是一项系统性工程

GSMA近日发布的《2022年移动净零排放报告》显示,去年移动网络数据流量虽然增加了31%,但是相关的碳排放量仅增加了2%。这意味着行业在移动通信网络绿色低碳方面已取得阶段性成果。

节能减排是一项系统性工程,涉及方方面面的举措,有赖于整个行业乃至全社会的共同努力。包括华为、中兴、中信科移动、爱立信、诺基亚等在内的众多企业,在组件级、设备级、网络级等多个层面全方位助力运营商网络节能降耗,不断取得新的进展。

“降低能耗是一个全产业链的问题,需要运营商、系统设备厂商、元器件厂商,乃至电源、空调等配套厂商的共同努力。在降低能耗的同时,还可以扩大新能源的应用范围,更多地采用太阳能、风能等可再生能源为网络设备供电,也有助于实现降低碳排放的目标。”杨光建议。

目前“碳达峰、碳中和”已成全社会的共识,提升网络能效、降低碳排放是电信运营商必须承担的社会责任。另一方面,能耗成本也是网络运营成本的重要组成部分,在网络承载的数据流量持续增长的情况下,提升能效将有利于运营商控制成本,提升盈利能力。因此,无论是从商业经营还是社会责任的角度,节能降耗都对运营商的可持续发展具有重要意义。


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