9月9日，中國電信和中國聯通宣布將在全國范圍內合作共建一張5G接入網絡，運營商希望以較低的投入快速形成5G服務能力，增強市場競爭力，提升網絡效益和資產運營效率。

不同于行業對轟轟烈烈的5G產業應用散發出來的熱情，運營商目前還沒有探索到能夠帶來新增長點的產業應用和商業模式，初期5G仍主要聚焦ToC用戶（個人客戶）。同時，5G設備能力大幅提升，單比特的投資和維護雖然都有所降低，但由于總額的提升，規模建設除了大量的資本性支出，更意味著數倍的電費支出，高功耗已成為運營商規模建設5G的阻力之一。

5G無線網功耗現狀分析

目前5G無線網主設備普遍采用支持100MHz帶寬的64T64R設備，相比4G網絡，提供了超過60倍的小區峰值吞吐率能力，但與此同時，5G設備的整體功耗也達到4G設備的3倍左右，如圖1所示。

首先，相比4G天饋系統，5G的AAU設備具有更多的天線單元陣列，大規模天線的波束賦形功能也將增加更多的功耗；其次，64T64R設備采用是64個小功放（PA）器件，高頻段、小功率的PA器件產業成熟度相對較低，整機效率較4G使用的40W、60W等功放效率偏低；最后，4G時期使用的CPRI接口（RRU和BBU之間的傳輸接口）由于帶寬要求高無法支撐5G規模建設，因此，5G采用了eCPRI接口，基帶功能部分遷移到AAU，進一步提高AAU數字部分大帶寬多通道處理要求，功耗面臨更大挑戰。

圖1 ?5G AAU與4G RRU各項功耗占比

5G無線網設備功耗分為計算功耗、傳輸功耗和額外功耗。計算功耗是指BBU消耗的電量，包括數字處理部分、管理和控制、與核心網和其他基站間通信等相關功耗；傳輸功耗是指功率放大器和射頻（RF）部分所消耗的電量，其主要執行基帶信號與無線信號之間的信號轉換；額外功耗是指從市電引入到基站直流供電的整個轉換過程中額外損失的電量，也包括機房空調、制冷設備所消耗的電量。

根據5G外場測試，各廠家AAU的峰值功耗都在1000W以上，平均情況如表1所示。

表1 ?廠家設備功耗平均值（根據最新的外場測試結果）

注：BBU功耗與AAU連接數緊關聯，上表測試為1個BBU+3個AAU場景

在移動通信網絡中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站設備機房；在基站設備機房中，基站設備的能耗占機房設備耗電比例超過50%；在基站設備中，AAU耗電超過了基站設備耗電比例的80%，如圖2所示。5G設備的高功耗也對市電引入、機房制冷提出了更高要求。根據以上分析，能耗控制應重點關注機房整體能耗以及AAU能耗。

圖2?5G網絡功耗分布情況

根據典型電費單價估算，一個5G標準站（1個BBU+3個AAU）的電費在直供電場景下，單站年電費將達到2萬元，在轉供電場景下，單站年電費將達到3萬元，是4G同類站點的3倍左右。

同時，由于5G網絡的頻段較高（中國電信和中國聯通是3.5GHz、中國移動是2.6GHz和4.9GHz），相比原來4G頻段有較大提升，預計中遠期的5G站點規模將達到4G的1.5~3倍。因此，雖然5G設備能力相比4G有了大幅的提升，但設備功耗也有數倍級增加，對市電引入、蓄電池建設等方面提出更高的要求，將大幅增加運營商的CAPEX和OPEX。能否有效降低5G網絡的整體能耗，將影響5G規模商用和產業化進程。整體能耗的降低不僅需要主設備廠家優化產品設備和算法，也需要圍繞基礎配套建設開展優化。

設備優化策略

設備優化主要有硬件優化和算法優化兩類。

在硬件優化方面，根據上面的分析，設備層面重點優化AAU功耗，關注專用基帶芯片開發及高集成度TRX（收發信機）研發與應用，如圖3所示。

圖3 ??目前商用AAU的功耗組成

總體優化方向重點分為幾個方面。首先，采用GaN（氮化鎵）功放，GaN是近年較受關注的新型半導體材料，相比傳統的半導體，用GaN材料制作的晶體管在輸出功率效率、耐壓耐溫等方面都具有傳統半導體材料無可比擬的特性，利用GaN功放可實現更大帶寬、更高放大器增益和更高能效。

表2???節能算法分析

基礎配套設施優化策略

除了設備層面的優化之外，開展以下幾種新型基礎配套設施的建設，也可進一步降低因高能耗產生的額外投資及運維成本。

一是外市電引入，采用削峰填谷技術和宏站集中供電方式，可降低整體外市電改造費用。

二是削峰填谷技術，根據5G設備功耗隨話務量波動的特性，通過在用電高峰期蓄電池對市電進行補償供電，在用電低谷期對蓄電池充電的方式，市電整體容量可提升15%~30%，在保障供電的前提下減少對存量站的市電改造投資。

三是宏站集中供電方式，集中供電方案是選取區域內市電容量充裕的基站作為中心基站，利用光電復合纜為周邊基站提供電力服務，這樣既能降低周邊基站市電和蓄電池擴容改造成本，又能縮短建設周期，提高供電可靠性。此類建設方式適用于產業園/工業園、大學城等站點密集區域，如圖4所示。

圖4??宏站集中遠供電示意圖

新型BBU機架的應用

在BBU集中機房內，各廠家設備混合部署，BBU設備尺寸、氣流組織不統一，局部過熱加重機房熱島效應。5G BBU功耗約為4G的2~3倍，在不采取散熱措施的情況下，5G BBU集中機房的使用效率僅為4G的60%左右。同時，由于設備功耗提升導致的制冷條件不足，需對空調進行擴容，進一步增加電源系統的容量和用電需求。根據以上情況，可根據不同應用場景，采用新型的BBU機架，從而提高散熱效果，提高機房利用率，降低對機房整體制冷的需求，如表3所示。

對于大集中機房而言，機房內整體制冷效果好，5G BBU集中放置會導致局部熱量集中，相鄰機架間有可能出現風道串聯，BBU一側溫度過高。可采用豎插型BBU機架，利用BBU自身風扇將熱風向上吹，相鄰設備間配有專門的風道，將冷熱風隔離，BBU出風口的高溫氣體能通過風道及時排出機架外。通過試點測試分析，可看到新型豎裝BBU機架可大幅降低周邊溫度，提高整體機架的利用效率。

表3 ?新型豎裝BBU機架溫度測試對比

在小集中機房內，機房制冷效果一般，BBU集中放置造成的熱量過高不僅會影響機柜內設備正常運行，還會使整個機房的溫度升高，影響其他設備工作。新型一體化BBU集中機柜，采用機架式精密空調制冷，并一鍵式配備應急系統、配電單元與GPS共享設備，克服機房制冷效果不佳對BBU散熱帶來的影響。這一方式可降低機房PUE值，從而降低30%~40%的機房整體電費支出，如表4、表5所示。

表4??新型一體化BBU集中機柜溫度對比

表5 ??新型一體化BBU集中機柜年耗電量及成本計算對比

5G無線網的高功耗已經成為5G規模商用和產業成熟的阻力之一， 5G的超高性能將給人們的生活與生產帶來革新，但也需要綠色5G來推動規模建設進程，這并不是單一方面的優化可以實現，而是需要產業鏈各環節的共同努力。進一步降低5G無線網功耗，需要重點關注主設備和配套設計方案，圍繞新型材料/元器件的研發、算法優化、新型配套設施研發等多個環節開展研究及產業推進。
來源；通信世界