洛陽聯(lián)通在其微信公眾號上發(fā)布消息稱，近期通過對AAU（有源天線處理單元）定時深度休眠，以降低5G基站能耗。消息一出，人們對于如此大費周章地建設5G產(chǎn)生了不少質(zhì)疑。有人認為這是不成熟技術(shù)急于上馬的原因；有人懷疑運營商投巨資推動5G卻變成雞肋，背后是否有隱情；也有人擔心以后再也不能通宵打游戲了。那么到底我們的5G基站問題出在哪？
基站功耗問題嚴峻，
矛盾源于供需不平衡
據(jù)工信部消息，截至7月底，我國累計5G終端連接數(shù)在6月底6600萬的基礎上迅速增長到了7月底的8800萬，與此同時，5G終端的加速普及也在推動5G用戶數(shù)迅速增長。
在三大運營商的半年業(yè)績中，除中國聯(lián)通未有公布5G用戶數(shù)量外，中國電信以及中國移動的數(shù)據(jù)顯示，目前中國5G用戶數(shù)量已超過1億戶。當然這中間存在著很多正在使用5G套餐，但仍未更換5G設備的用戶（比如編者就是其中之一），但從超過8000萬的5G終端連接數(shù)上我們也能看出，國內(nèi)5G普及進程正在不斷加速。
5G發(fā)展，基站先行。基站密度是5G信號覆蓋的基礎，背靠國家政策，運營商在去年以來便在5G基站建設上不斷加大投入。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2019年底，我國共建成5G基站超過13萬個；到了2020年2月底，全國已開通5G基站則達到了16.4萬個。
在2020年6月6日，工信部新聞宣傳中心舉行的“5G發(fā)牌一周年”線上峰會上，工業(yè)和信息化部信息通信管理局副局長魯春叢表示，在網(wǎng)絡建設方面，基礎電信企業(yè)建成5G基站超過25萬個；中國工程院院士鄔賀銓預計，到2020年年底，我國5G基站數(shù)可能達到65萬個，5G套餐用戶可能達到2個億，實現(xiàn)全國所有地級市室外的5G連續(xù)覆蓋、縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點覆蓋、重點場景室內(nèi)覆蓋。
中國移動通信研究院無線與終端技術(shù)研究所副所長李男也向《華強電子》記者透露：”在產(chǎn)業(yè)界共同的努力下，中國移動全年的5G基站建設目標預計有望在8月底完成。目前我們已經(jīng)建設完成了30萬個5G基站，部署了5G的城市超過300個，這個也是全球排名第一的，顯示了我們中國移動在5G發(fā)展中的決心和信心。”
無線與終端技術(shù)研究所副所長李男
中國移動通信研究院
“功耗是目前5G基站最大的難題，也是三大運營商身上最重的一個負擔。除了5G的CAPEX（5G網(wǎng)絡建設投資）基礎以外，以能耗為主的OPEX（網(wǎng)絡維護成本）其實是決定5G能否順利發(fā)展的重中之重。在2017-2020年期間，在業(yè)界的共同攻堅之下，基站功耗已經(jīng)大幅下降，但即便如此，它的功耗還是4G基站的3倍左右。”
然而就在5G基站建設正在如火如荼進行中時，中國聯(lián)通洛陽分公司在其微信公眾號發(fā)布消息稱，洛陽聯(lián)通分別對已經(jīng)入網(wǎng)的3種不同基站射頻單元設備(AAU)，分不同時段定時開啟空載狀態(tài)下的深度休眠功能，從而實現(xiàn)智能化基站設備能耗管控的目的。
在個別媒體渲染之下，恐慌的氣氛開始在網(wǎng)絡上蔓延，各種負面說法蜂擁而至，很多人擔心基站休眠后將會無法使用網(wǎng)絡，或是認為5G已經(jīng)“名存實亡”。要破解這些謠言，就要首先了解基站的“休眠”到底是什么意思。
據(jù)中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術(shù)研究院無線研究部副主任李福昌介紹，基站AAU設備空載狀態(tài)的深度休眠功能，是指在基站長時間處于閑時狀態(tài)時，因為沒有5G用戶接入，可以允許基站AAU設備關(guān)斷大部分有源設備的供電，從而實現(xiàn)節(jié)省射頻單元設備空載功耗的目的。由于5G基站AAU設備支持64通道或32通道，5G基站AAU比傳統(tǒng)4G設備增加大量的有源器件、基帶處理單元等器件，從而大幅提高該類型設備的空載功耗。
無線研究部副主任李福昌中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術(shù)研究院
“基站AAU設備空載狀態(tài)的深度休眠功能，是指在基站長時間處于閑時狀態(tài)時，因為沒有5G用戶接入，可以允許基站AAU設備關(guān)斷大部分有源設備的供電，從而實現(xiàn)節(jié)省射頻單元設備空載功耗的目的。由于5G基站AAU設備支持64通道或32通道，5G基站AAU比傳統(tǒng)4G設備增加大量的有源器件、基帶處理單元等器件，從而大幅提高該類型設備的空載功耗。”
除此之外，記者還了解到，基站AAU休眠的機制其實是很靈活的。比如，深夜5G網(wǎng)絡業(yè)務量驟減時，運營商可以根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來判斷業(yè)務閑時的時間段，開啟休眠模式。在休眠功能開啟的同時，運營商還會保留4G網(wǎng)絡在線，以承載用戶正常使用需求。
在休眠開啟時，當有特殊情況發(fā)生，5G接入用戶突然增加，運營商也能在數(shù)分鐘以內(nèi)適時喚醒基站AAU設備，重新提供5G服務。這對于用戶的影響相對較小。
不過，需要承認的事實是，5G基站的功耗確實是當前一個嚴峻的問題。為了驗證5G基站功耗具體大小，運營商曾對中興以及華為的5G基站進行了功耗測試，結(jié)果顯示，BBU方面功耗與所插板件有關(guān)，受業(yè)務負載的影響不大，整體功耗也在293-330W的水平。而AAU功耗與業(yè)務負荷則關(guān)系較大,在100%負載下,AAU功耗可以達到1127-1175W；在50%負荷下，AAU的平均功耗在892-956W。
“功耗是目前5G基站最大的難題，也是三大運營商身上最重的一個負擔。”李男坦言：“除了5G的CAPEX（5G網(wǎng)絡建設投資）基礎以外，以能耗為主的OPEX（網(wǎng)絡維護成本）其實是決定5G能否順利發(fā)展的重中之重。在2017-2020年期間，在業(yè)界的共同攻堅之下，基站功耗已經(jīng)大幅下降，但即便如此，它的功耗還是4G基站的3倍左右。
”目前單個5G基站而言，其滿載功率甚至達到了將近3800W，4G基站普遍功率則為1000W左右。李男表示，在正常負載的情況下，射頻占據(jù)了5G基站中的絕大部分功耗。另一部分則是用于基站處理方面，因為在帶寬增大、速率提高后，對基站處理能力要求需要更高。
不過，從能效比的角度上看，雖然5G基站的功耗數(shù)值增加不少，但功耗相同的情況下，5G的網(wǎng)絡容量是4G的幾十倍。客觀來說，功耗相比4G大是非常正常的。然而當下5G尚未實現(xiàn)全民普及，5G普及的前提則需要基站密度覆蓋達到一定水平，而目前處于4G過渡到5G的時期，因此現(xiàn)時利用率不高的5G基站所要消耗的高額運營成本，讓各大運營商寢食難安。
某運營商工作人員曾向記者透露：“5G基站的數(shù)量是4G的三倍；單個5G基站的耗電量是4G的三倍；單個5G基站的價格也是4G的三倍。”除此之外，更有一些地區(qū)由于用戶數(shù)量少，甚至基站建成了遲遲未通電的情況也并不少見。基站休眠甚至不通電，并不是一個秘密，而指數(shù)級的成本增加，也是運營商迫不得已的選擇。因此，無論是從運營上以及技術(shù)上，運營商們還需要尋找更多的方法解決“耗電焦慮”的問題。
基站節(jié)能解決方案多樣，
但挑戰(zhàn)遠不止于此
相比與以往的3G/4G，近年5G上馬確實顯得較為倉促。從標準凍結(jié)到完成商用部署僅僅用了1年時間，相關(guān)技術(shù)仍具有很大的提升空間。針對當前的技術(shù)條件，與目前運營商采用的定時休眠類似，利用AI技術(shù)對5G基站進行動態(tài)功耗控制，就被各大廠商視為降低能耗的重要突破點，短期內(nèi)可以獲得顯著效果。
據(jù)中國聯(lián)通通信工程專業(yè)工程師李軍鋒介紹：“目前主要是根據(jù)基站設備類型、覆蓋場景、節(jié)能目標以及關(guān)斷時長等因素，通過AI算法自動生成節(jié)能策略，包括小區(qū)關(guān)斷、載波關(guān)斷、射頻通道關(guān)閉、符號關(guān)斷等策略。每種策略對應不同的節(jié)能效果，并有其特定適配的場景，而且對網(wǎng)絡質(zhì)量造成的影響程度不同。因此，當前的研究內(nèi)容是如何將自動生成的節(jié)能策略與實際場景相適配，這需要與設備廠商進行合作開發(fā)，并根據(jù)實際情況進行調(diào)優(yōu)和訓練。”
李男則認為，還可以從基站本身的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部元件來改善功耗問題。他表示：“如何進一步提高我們PA的效率，降低我們數(shù)字芯片的能耗，其實是我們基站降低功耗的關(guān)鍵，也是希望產(chǎn)業(yè)界在這里面投入精力，能夠協(xié)助我們運營商一起去解決這個問題。我相信只有這個問題解決了，運營商才能放手去部署更多的基站，去開放更多的5G基站。”
同時，提高散熱效率也能夠?qū)崿F(xiàn)降低功耗的效果。5G基站AAU由于引入了大規(guī)模天線技術(shù)，將有源天線部分集成到AAU機箱中，因此其體積是4G的4倍，重量是4G的2倍，這為5G基站天面的部署帶來了巨大挑戰(zhàn)。
部署的挑戰(zhàn)則來源于天線抱桿的空間問題，在AAU本身的發(fā)熱量巨大的情況下，密集的設備會導致難以處理散熱。目前5G基站供應商為解決散熱問題也有不少新的解決方案，比如液冷、新的散熱結(jié)構(gòu)和新材料等等。李男表示：“通過我們前期的分析，接近20%現(xiàn)有的天面是無法部署和建設5G天面資源的，這個給我們下一階段5G部署帶來非常大的挑戰(zhàn)。希望我們產(chǎn)業(yè)界能夠針對5G設備的輕量化、小型化集體攻堅，早日讓我們的天面尺寸和重要降下來，散熱效率提升上去。”
不過，也有廠商另辟蹊徑，利用高速率點對點無線傳輸技術(shù)為5G提供靈活組網(wǎng)的可能，并幫助運營商減輕運營成本。簡單來說，就是傳統(tǒng)的微波傳輸系統(tǒng)超高的升級版本，在過去2G、3G、4G時代，無線傳輸采用的微波技術(shù)只能支持1Gbps，甚至在多端口的時候可以支持到2Gbps、3Gbps，但是單端口的支持速率最多只能到1Gbps。
盛緯倫通信技術(shù)有限公司銷售副總經(jīng)理姚魁表示：“在當前的5G時代和未來的6G時代，回傳的速率越來越高，帶寬要求越來越大。在國內(nèi)有些地方可以實現(xiàn)光纖傳輸解決有線傳輸問題，但是隨著5G、6G密集組網(wǎng)，僅僅有線傳輸并不能解決組網(wǎng)靈活性的問題，所以無線的高寬帶的傳輸要求隨之而至。
但過去的單端口速率最多只能支持到1Gbps，難以滿足5G需求。因此，盛緯倫在業(yè)內(nèi)率先推出了10Gbps點對點高速無線傳輸系統(tǒng)，[敏感詞]支持單端口12G的傳輸速率，可以滿足200米至1英里的傳輸需求，而功耗則僅為30W不到。
“本身5G用的是高頻，信號空間損耗比較大，5G的覆蓋范圍大概就是300米，所以5G的兩個基站之間的距離也就是五六百米。我們傳輸距離可以達到1英里，即1.7公里，所以在5G這個數(shù)據(jù)回傳方面已經(jīng)足夠使用了。”
而談到基站功耗時，姚魁表示：“雖然當前5G通信基站雖然建設如火如荼，但運營商每年的電費量是很大的，運營成本負擔非常重。因此我們現(xiàn)在在滿足傳輸距離的前提下，盡量把功率做小，功率做小意味著功耗小，能夠降低運營商的運營成本。同時將來也不排除像高鐵，或者是[敏感詞]，從這個山頭到另外一個山頭之間實時數(shù)據(jù)的臨時搭建，需要這樣一個點對點的傳輸，進行靈活布建網(wǎng)絡。”
盡管目前解決基站功耗問題的方法多樣，但總體而言，5G基站的功耗仍是各大運營商在近幾年內(nèi)的最大挑戰(zhàn)。如果無法徹底解決功耗所帶來的成本問題，將在很大程度上影響到5G的推進落地。
因此，運營商也在尋求管理手段去降低電費。比如中國鐵塔山西公司與政府和三大運營商協(xié)商制定“一站一策”改造方案，2020年計劃累計完成轉(zhuǎn)改直站址4273個。同時，積極參與電力市場化交易，直供電電費單價平均下降9.5%，節(jié)約成本全額讓利。預計2020年為三家運營商節(jié)省電費近1.4億元。
不過編者認為，在推動5G建設的同時，運營商著手解決基站功耗問題之外，還需要開拓更多的5G應用場景，如何打造5G應用生態(tài)，吸引用戶加入，破解“5G無用論”，也是運營商應該去思考的。否則，擺在運營商前的只會是“空有基站無數(shù)，偏恨用戶難求”的尷尬局面。
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