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2021/9/6 13:26

对话华为甘斌:超大规模天线阵列,何以开辟Massive MIMO绿色新赛道?

C114通信网  蒋均牧

C114讯 9月6日专稿(蒋均牧)“金山银山,不如绿水青山”。伴随“碳达峰、碳中和”运动的全球兴起,绿色已然成为当前这个时代的一大主题,科技创新则是通往绿色可持续未来的终极方案。

创新过程中的突破性进展,往往来自于另辟蹊径。就像汽车行业,传统演进路线上内燃机燃烧效率的提升、油耗的下降呈线性趋势。而涡轮增压技术通过在增加进气量上做文章,带来了功率、油耗等方面的阶跃式进步,在保证动力不变的前提下可大幅降低排量。

类似的情况也发生在无线领域,作为近年来大放异彩的标志性技术,Massive MIMO通过不断的迭代优化,在持续增强网络体验的同时实现了与LTE 4T4R相比20倍以上的比特能效提升。就在最近的无线首届媒体沙龙暨MBBF2021预沟通会上,华为为我们展示了Massive MIMO下一个突破性创新方向及其成果——超大规模天线阵列,并由此开辟了一条绿色新赛道。

那么5G如何走向绿色?怎么理解超大规模天线阵列,为什么说它开辟了新的赛道?它又有着怎样的前世今生?将会为我们带来哪些新的价值?围绕这些问题,华为无线网络产品线首席营销官甘斌在预沟通会后的采访中向C114作出了详尽解答。

具有多重效益:绿色5G势在必行

旱涝灾害、雾霾天气、森林大火、海平面上升、生物圈崩溃……气候环境问题无疑是21世纪人类社会面临的最大挑战之一,甚至情况愈演愈烈。联合国环境署的年度《2020年排放差距报告》发现,尽管出于疫情影响,该年度全球二氧化碳排放量有所下降,但世界仍朝着本世纪升温突破3℃的方向而去,《巴黎协定》设置的2℃和1.5℃两条“生命线”岌岌可危。

在此背景下,深度“脱碳”成为现今全世界最为迫切的使命,各主要经济体都已承诺在本世纪中叶达成“碳中和”目标。去年9月22日,我国在第75届联合国大会上提出力争在2030年前实现碳达峰,在2060年前实现碳中和,国家和地方也出台了一系列“双碳”政策。同时,“双碳”不仅是遏止全球变暖的单一气候战略,更将给中国乃至全球经济社会带来系统性变革。

“尽管移动网络的碳排放仅占到全球碳排放总量的0.3%,国际电信联盟和全球运营商仍然积极推进‘双碳’行动计划。”甘斌在主题发言中表示,ITU已经制定了到2030年ICT行业温室气体减排量减少45%的新标准;有超过30家运营商提出了减排目标,比如沃达丰承诺到2025年将其碳足迹减少一半,并从可再生能源中购买所有电力,到2040年实现碳中和。

他解释说,绿色5G具有社会、商业、产业上的多重效益。对运营商而言,构建一张绿色低碳的5G网络既是响应“双碳”号召之举,亦有助于降低持续增高的OPEX。更重要的是,5G网络作为未来整个社会的底层基石,其在绿色方面的持续创新,也将更好地赋能各行各业实现“双碳”愿景。

将绿色带入5G,可以从三个层面来分析。甘斌告诉C114,首先是设备层面的多天线化和超宽频化,通过多通道技术提升设备容量,以及将多个单频设备融合为一个超宽频设备来减少设备部署数量,可大幅提高每比特的能效。其次是站点极简化,站点能耗主要来源于空调等配套设备,通过C-RAN的建设模式将BBU集中起来,可减少机房和空调使用,进而降低站点的能耗。最后是网络层面的智能化,通过引入人工智能,可在保障用户体验的基础上根据业务的变化实时调整频谱、载波等网络资源分配,优化休眠机制,实现节能效果的再提高。

开辟绿色新赛道:提升能量传送效率

基站作为末梢,是移动网络能耗产生的中心。考虑到Massive MIMO已经成为5G建网的主流方案,其在节能上的一小步,反馈到绿色5G上就是一大步。

“基站本身分为两个部分,有源部分包含通道、中频、射频、功放(PA),无源部分就是天线。一直以来我们在有源部分的创新非常多,功放效率领先业界10%以上。这部分创新的方向其实是在不断地提升能量转化效率上。”甘斌分享到,“为了实现突破性创新,我们把视线放在了无源部分上,通过超大规模天线阵列来开辟一个新赛道,也就是提升能量的传送效率。”

为了方便理解,可以将天线阵列的扩大比作射电望远镜口径的扩大。贵州天眼相较排名第二的美国阿雷西博口径增大了64%,灵敏度是后者的2.5倍,综合性能则是后者的10倍,最远可以探测到137亿光年之外。而超大规模天线阵列所带来的比特能效提升亦是阶跃式的。

扩大天线阵列看似简单,实则不然。甘斌介绍说,超大规模天线阵列的诞生来自于多学科交叉融合创新,其中蕴含了算法、材料等软硬件和系统级的创新。实际上,在两三年前开发毫米波产品时华为就产生了这样的想法,但发现需要储备的技术或者技术的成熟度还不够,得益于多梯队、多波次的饱和投入,逐步攻关、做准备,才真正将想法变成了产品。

谈及之所以将这个突破性新方向公布出来,而不是作为独家的杀手锏。他表示,华为认为产业创新需要产业伙伴共同努力,基于同样的想法可能各家有各家的有解决之道。“孤举者难起,众行者易趋”,大家联合起来创新,才有可能在这条道路上走得更快更远。

三个最大化:Massive MIMO节能、性能双升级

作为全球无线领域的领跑者,华为始终致力于以创新为运营商、为社会创造价值,这一次亦不例外。基于超大规模天线阵列,Massive MIMO可实现三个“最大化”,带来节能和性能上的双升级。

第一个“最大化”是天面利用最大化。传统Massive MIMO的迎风面积只有0.3平方米,远小于0.7平方米的存量低频天面迎风面积,现网站点天面空间没有充分利用。在满足天面工程规格对迎风面积小于0.8平方米的基础上,新型绿色版Massive MIMO可以实现无障碍部署,充分利用空间,最大化天面资源利用率。

第二个“最大化”是绿色节能最大化。超大规模天线阵列实现更窄的业务信道波束,在终端接收相同功率的情况下,基站可以配置更低的发射功率,降低基站能耗。比如,新型绿色版Massive MIMO配置160W的发射功率,即可达到传统Massive MIMO 320W的覆盖范围。根据理论分析,在边缘用户覆盖体验相同的前提下,新型绿色版Massive MIMO可以降低50%以上能耗。

第三个“最大化”是体验覆盖最大化。在不增加基站发射功率的前提下,新型绿色版Massive MIMO能够提升下行覆盖3dB,与此同时,因为基站的接收性能的增强,上行覆盖也会相应增强3dB。根据仿真数据,新型绿色版Massive MIMO的边缘用户平均体验可提升30%。

在采访中,甘斌还谈到了华为无线在绿色节能方面的另一创新成果PowerStar,该方案通过人工智能等创新技术,实现多频多制式网络协同调度节能,为移动网络提供深度节能。如今,PowerStar已经发展到了2.0版本的三级节能方案,在网络层更智能、设备层更精细,藉此还荣获了GSMA全球移动大奖“最佳促进气候行动移动创新奖”。

绿色5G既攸关人类社会可持续发展,也是无线产业的重要前进方向。超大规模天线阵列这一Massive MIMO突破性创新,正是华为践行“双碳”、持续为此贡献力量的一个缩影。而随着华为以及更多产业伙伴在这条绿色新赛道上快马加鞭、大步向前,一定会撬动更多价值,为我们带来更美好的未来。

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