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4G/5G 能效PK,榨干每一度电的剩余价值

2019-06-14 16:35:00

中国5G牌照发放，翘首以盼的5G时代正式到来。随之而来的4K/8K视频、AR/VR应用、自动驾驶等业务蓬勃发展，将掀起万物互联的数字洪流。

与此同时不乏有人担心，海量联接的5G，能耗如何？

移动网络的能耗直接关系到运营商的运维成本，在4G时代，网络的总体能耗（电费）已经达到运营商运维成本的16%，5G拥有更大容量、更快速度、更多联接，不免让人对它所带来的能耗感到担忧，甚至有人危言耸听：“5G将提供1000倍于当前的网络容量，也将消耗多达1000倍当前网络的电量”。

在移动通信网络中，能耗主要集中在基站、传输、电源和机房空调等部分。其中，基站是整个移动通信网络能耗的主要来源，占整个网络能耗的80%以上。在基站中，负责处理计算的基带单元（BBU）的功耗相对较小，射频单元（RRU/AAU）、散热系统等能耗较大。

随着韩国、英国、中国等越来越多的5G网络正式商用， 5G能耗的面纱已被揭开。

根据中国5G商用信息，运营商主要使用了64TRx Massive MIMO设备，该设备是5G射频单元（AAU）的“高配”版本，采用64发64收的大规模阵列天线，200W的天线发射功率，支持100MHz带宽，可以提供业界最领先的5G容量和体验。

5G的“高配”AAU的能耗是多少呢？

答案是：810W，运行一小时耗电0.8度。

对比4G时代的“高配”产品，支持4发4收、20MHz带宽、发射功率240W，典型场景的能耗是685W，运行一小时耗电0.69度。

可以发现，5G能耗并不像很多人担心的那样耸人听闻，在提供更快更多联接地同时，5G的能耗与4G相当。

再来看5G对机房电力改造的需求。根据公开信息，国内站点存在两种典型的电力空开，可以分别支持小于30KW和50KW的电力设备。考虑存量通信设备、空调照明设施，新增5G设备后的站点总能耗在14KW左右，远远小于电力空气开关的限制。

在韩国、英国、西班牙等5G先行者的网络建设中，新增5G不需要进行电力改造也已经成为经验共识。

数据表明，5G能耗的担忧实际是杞人忧天，新增5G设备对比4G，相当于你家已经有了砂锅煲（400W），又购置了一台崭新的多功能电饭煲（500W），它们功耗相当，也不需要改造家里的电力设备，只需放心大胆的插上电，煮一锅香喷喷的5G米饭了。

能效，指的是为用户提供服务与所消耗的能源之比。

能效已经普遍应用到家电设备中，比如大家熟知的空调能效（ERR），耗能最低的一级能效指的是1度电可以产生3600W的制冷量，而老式的四级能效空调，1度电仅能产生2000W的制冷量。如果你家空调的能效标级别4~5级，可以考虑今年夏天换一个新空调了。

对于移动通信来说，比特能效是全球运营商、设备商、研究组织、标准组织共同关注的热点。3GPP在面向5G的需求报告中明确指出，能效需要作为5G NR设计的一个重要指导原则。

那么5G设备的能效如何呢？

同样根据典型4G和5G设备的数据对比，如下图呈现，5G在设备能耗与4G相当的情况下，容量提升了30~40倍，这使得每比特的能耗大幅降低。

从能效来讲，5G设备1kWh能量消耗可以支持5425GB流量的传输，也就是说，5G基站每1度电可以供你下载5000多部超清电影，而在4G时代，同样的电量仅能下载200部不到。

相比空调“一晚一度电”的美好想象，5G基站设备相比4G基站设备的能效切实提升了20~30倍，可以毫不夸张的说，5G走在了节能减排的最前线。

5G基站相比4G拥有更大容量、更快速率、更多连接，为什么还能保持和4G时代相当的功耗呢？

从5G基站设备厂商的资料来看，为了实现3GPP百倍能效提升的目标，在基站最耗电的射频（RF）、功放（PA）、散热等部分均做出了大量的技术革新。

更高集成度的芯片工艺，不断提升单板集成度，降低功耗；

更先进的半导体功率材料，提升了功放效率，降低功耗；

更科学的仿生散热技术，散热效率大幅提升，降低功耗；

等等等等……

可以说，通信人为了践行节能减排的诺言，不断研究新技术提升能效，一不小心，居然就让5G设备的功耗和4G相当了。

这还没完。

在可以预见的未来，新的芯片工艺和架构、基于AI的节能调度、多制式多场景的协同节能等技术还将带来超过30倍的能效比提升。

揭开5G的“能耗真相”，我们更加有理由期待，随着5G商用深入，我们很快会看到联接着百行千业、万事万物的绿色5G，改变我们每个人的生活。