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2020/5/21 10:51

中兴通讯屠嘉顺:5G网络能效提高10倍是可行目标

C114通信网  刘定洲

C114讯 5月21日消息(刘定洲)今年以来,随着5G技术走向成熟,以及政策的强力推动,5G网络建设进入了快车道。中国移动中国电信中国联通三大运营商近期公布2020年资本开支,5G建设投资接近2000亿元;5G核心网、承载网接入网的集采工作,也紧随着“复工复产”号召迅速开启。包括新晋运营商中国广电,5G建设从战略层面做好了准备,在一些省市启动了相关采购。

我国5G建设进度可以说世界领先,然而也面临一只“拦路虎”--功耗。之前就有运营商专家指出,单个5G基站的功耗是4G基站的2-3倍。这将加重运营商电费负担。

目前,在政策层面,已有不少地方政府在5G战略规划中提出了调降电费等定向支持。在技术层面,也有很大空间可以挖。日前C114特策《绿色5G》专题,中兴通讯NFV/SDN首席科学家屠嘉顺接受采访时表示,5G愿景的一个重要目的就是节能,网络能源效率提升10倍,远期甚至百倍。“在引入各种技术后,这一目标能逐步实现。”

5G是绿色技术

据统计,国内三大运营商每年网络运营电费支出共计超过千亿元,能耗主要集中在基站、传输、数据中心等几部分,而其中基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。同时,由于5G网络大量采用了电信云技术,数据中心的能耗也是一个重要方面。

尽管单纯功耗看5G能耗远超4G,但不意味着5G是一种高能耗技术。某种角度看,5G作为最新一代无线技术,在节能环保上已有突出表现。2019年国测数据表明,5G单站功耗是4G单站的2.5~3.5倍,基站功耗增加是5G功耗增加的主要原因,但是单站的流量也上升了几十倍。

“从一个比较公平的角度看,每比特流量占用的功耗,5G相比4G是显著下降的,同样一个终端在5G网络下接受同样的信息流量,和4G网络相比更加节能。根据具体场景不同,节能比例从几倍到二十几倍不等。例如在某个典型基站场景测算,某款5G RAN产品峰值功耗 900W,小区峰值速率 7Gbps,而另一款4G RAN设备峰值功耗 462W,小区峰值速率 0.2Gbps。从这点可以看出,虽然5G基站整体消耗电量似乎比4G多,但是在能源效率上却是4G的17倍左右。”屠嘉顺指出。

能效提高10倍可实现

尽管5G技术传输每比特数据要更加节能,但技术进步和需求共振需要5G提高更高的速率、传输更大的流量。目前5G的绝对功耗远大于4G,降功耗降成本,是整个5G产业链的共同诉求。

屠嘉顺表示,5G将是一张更绿色、更智能的网。5G发展,绿色先行,包括Massive MIMO、D2D、VLC可见光通信以及光伏等绿色能源,是绿色5G的核心,皆可实现绿色通信的要求。5G将应用到社会的方方面面,促进整个行业的信息化、数字化,必然会带来各个行业的实实在在效率提升和能耗降低。

同时,不仅是5G网络本身的节能,包括大型数据中心节能和终端节能,都是5G节能的范畴,这需要整个产业链甚至社会的努力。例如,5G对于物联网的终端就有一个诉求,用一节电池支持10年工作,这个在应用多项技术后目前看来是可以实现的。大型数据中心的节能前景也十分可观。

从另一个角度看,就地利用绿色的能源给5G基站供电,引入AI调度网络,充分利用电网的容量峰谷,也是践行绿色5G降低运营商能源OPEX的有效手段。“引入各种技术后,5G能源效率提高10倍的目标能逐步实现。同样的技术还可以兼容4G网络,其能耗也比传统的4G网络设备大幅降低。”屠嘉顺说。

有些技术的的节能成效已得到业界的普遍共识,例如5G最核心的技术之一Massive MIMO。打个比方,原来的基站和终端是点对点通信,基站的波束像个路灯,发光照射范围很大,但只有单点接收,所以基站能耗高;采用Massive MIMO技术后,可以形成很窄的波束,集中辐射在一个很小的范围,基站的信号像个手电筒直接对准终端发射,能量汇聚,所以达到同样信号强度的能耗大幅减少。

此外,还有一些新的节能技术将广泛应用于5G基站,比如数据中心式的散热/冷却技术,各种智能关断、休眠唤醒、PA动态调压、载频/时隙关断技术、多网协同等。后续更重要的,是引入AI实现更智能、更高效的节能降耗。

中兴通讯的5G节能实践

作为主流的5G设备供应商之一,中兴通讯在5G节能领域已有丰厚积累。以大幅提升5G天线能量效率的Massive MIMO来说,中兴通讯早在2016年即以此技术荣获全球移动大奖“最佳移动技术突破奖”以及“CTO选择奖”,得到业界的高度认可。

屠嘉顺介绍,中兴通讯致力于构建绿色5G,已推出中兴通讯RAN绿色节能解决方案。该方案从器件开始,采用新材料和新工艺降低设备本身的能耗,加上特有的AI节电技术,电源以及虚拟化带来能耗降低,通过软件和AI实现更智能更高效的节能降耗。AI智能节能方案在山东临沂试商用,节电提升150%,10,000小区(约3300站点)每周节能超过21,000度电,年节省电费约110万元,网络全年减少980吨碳排量。

从产品侧来看,中兴通讯两相液冷的服务器设备,单台每年减少碳排放96吨,突破风冷散热极限,同时降低80%噪音和30%能耗。5G承载独有的3合1(FlexE、网络处理器和交换)核心自研芯片,支持超低时延,实测指标领先同行60%,功耗比同行低17%。此外,中兴通讯自研的7nm基站芯片相比以往的方案能够成倍地降低每比特处理功耗,5nm芯片也在紧锣密鼓的开发中。

从专利储备来看,中兴通讯绿色技术累计申请专利226件,其中108件获得授权,布局欧洲、美国、西班牙等地区。

对于中兴通讯产品的节能效果,屠嘉顺算了一笔账:假设中国400万无线基站中有40%进行5G部署,如全网使用中兴通讯无线智能降耗方案,理论上全部建设完成后一年能节省200亿度电,减少碳排1560万吨,一共相当于植树7亿棵。

“5G不仅不会给社会带来环境的污染、能源的浪费,反而通过高带宽、低时延的特性,让社会变得更为智能,也能为社会发展带来更高的效率,更低的能耗。我们有理由相信,5G将会为人类带来一个更绿色的未来。”屠嘉顺表示。

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