5G基站：全产业链系统“减碳”

5G基站支撑起一张速度更快、效率更高、安全性更好的公共网络，但从某种意义上而言，还是一只“电老虎”。据测算，5G单站的功耗是4G单站的3倍左右，到2025年，通信行业将消耗全球20%的电力，其中80%来自基站。

截至目前，我国已建成5G基站超过115万个，占全球70%。“十四五”时期将是5G网络的大规模建设期，5G基站作为耗电大户，通过系统性解决方案践行绿色低碳，不仅有助于信息通信基础设施节能减碳，还能够降低运营商节省投资成本，更被上升至国家战略高度，成为了5G行业发展的主旋律。

基站节能减碳迫在眉睫

根据近日工信部发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》，2025年每万人将拥有5G基站26座，2020年我国每万人拥有5G基站5座。按照我国14亿人口测算，2025年将建成5G基站不少于360万座。

5G不光是一张面向公众的消费级网络，更是能深入行业细分领域的、具有确定性的、灵活可定制化的网络，但其耗电量也非常可观。尽管5G基站的系统容量和发射功率远超过4G基站，每比特的功耗显著好于4G，但绝对能耗仍然让电信运营商们“吃不消”。

“中国联通一年耗电不到200亿度，大致分布在三个方面：无线网络、基础网络、数据中心，目前这三者之间的耗电比例是7∶2∶1。”中国联通研究院副院长魏进武说，“目前5G单基站的功耗是4G基站的3～4倍，这是因为5G采用了中高频段，基站的密度比4G大。”

“目前5G基站的功耗比较高，相当于4G基站的3倍左右，但是从每比特耗能这个指标看，5G比4G其实已经下降了很多。”中国移动研究院副院长黄宇红说，“ 2019年5G商用之前，5G基站的功耗是4G现网的4～5倍，通过新的基站设计、高集成度的基站、新材料的应用、新器件和新功能的改进，已经使5G基站功耗降低了1/4，现在5G是4G功耗的3倍左右，后续还会积极采用各种新的技术。”

未来5年是5G网络建设和发展的主周期，实现5G基站等信息通信基础设施的节能减碳，不仅能够帮助运营商节省投资成本，更是信息通信行业产品绿色升级的重要驱动力。

三大运营商发力“减碳”

目前，国内三大运营商均发布了各自“双碳”目标和行动计划。

中国电信计划在“十四五”期间实现单位电信业务总量综合能耗/碳排放下降23%以上；4G/5G共建共享节电量超450亿度，新建5G基站节电比例不低于20%；大型、超大型绿色数据中心占比超过80%。

中国移动提出，2025年在电信业务总量增加1.6倍的情况下，碳排放总量控制在5600万吨以内的目标，到2025年，单位电信业务总量综合能耗/碳排放较2020年降幅均超过20%，5年企业自身节电量超400亿度，同时助力社会减排量超过16亿吨。

目前，中国移动已经与一些高能耗行业紧密结合起来，致力于更好地推动这些行业向低碳化发展。例如中国移动与能源行业和电力行业正在做的一些工作，在输电、发电和用电方面，推动电、网结合，确保发电的生产安全和个人用电的便利性。

中国联通表示力争到2023年能源消费总量增幅达到峰值，到2028年碳排放总量提前达峰。截至2021年6月，中国联通与中国电信共建共享5G基站已经达到46万站、累计共享4G基站46万站，每年可节约用电117亿度以上，为双方累计节省投资超过千亿元。在中国电信和中国联通共建共享过程中，涌现出大量的创新性解决方案。

中讯邮电咨询设计院电源与节能研究部主任朱清峰指出，因为5G基站能耗高，蓄电池的放电保障的时长变短，但5G网络整体的可靠性，特别是在供电可靠性方面，目前还没有达到4G的水平。“通信局站供电系统的设计规范现为国家标准，目前的基站建设供电按照现有标准进行，一旦广泛地与行业应用结合起来，对5G基站可靠性要求就高了，标准还应对应做出动态性变化。”他说。

系统性减碳已取得显著成效

由于基站内涉及集成射频模块、基带模块、天线模块等复杂的软硬件设施，因此5G基站的节能减碳需要运营商、设备商、芯片厂商等全产业链的共同努力。

“5G基站节能三大着力点指向设备级、站点级和网络级节能。”中信科移动运营商网络产品线总裁邓鸿威对记者说。

具体来说，首先通过优化设备硬件设计、改进生成工艺、设备集成度等手段，达到降低基站设备基础能耗、不断提高基站设备能源利用率的目的。

中信科移动采用高功效GaN材料+优化DPD算法与多重手段优化AAU散热和高集成高工艺提升整机功耗，实现5G产品的整体功耗的下降。并在设备级节能的基础上，推出了多频多制式合一产品，实现高集成、大容量的极简站点，可以简化天面，降低部署和维护的成本。中兴自研的7nm芯片使其基站设备缩小到18升，重量也减少了近一半，只有20公斤重，功耗也随着体积同步降低。

其次，对于所有站点来讲，需要根据实际情况调整运营状态，从亚帧、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能方案研究，由此达到节能目标。

洛阳联通根据当地目前的5G用户分布和终端使用状况，对已经入网的3种不同基站射频单元设备（AAU），分不同时段定时开启空载状态下的深度休眠功能，从而实现智能化基站设备能耗管控的目的；爱立信研发了潮汐功放技术能动态调整PA电压，根据业务量的高低，自动通过硬件算法实时优化功耗，根据实验结果，在典型业务负荷时，该技术可以让基站射频单元整机功耗降低20％，基站整体功耗降低约15％。

此外，从多网协作角度，AI、大数据等新一代信息技术将辅助开展智能节能方案研究，让基站节能更上一个台阶。

华为在新机柜里配置了全链路智能，给所有设备都连上了智能开关，当没有业务跑的时候，设备可以休眠，而且智能开关代替了传统人力运维，降低了约75%的运维成本；中兴通讯开发了PowerPliot AI节能平台，通过大数据和AI对各种节能措施和节能策略进行应用预测和优化，较大限度降低无线网络功耗。

通过开展“AI无线基站节能系统”等重大项目攻关，目前江西移动已建立5G机房能耗精细化智能管理体系，运用AI和大数据技术自动制定最优机房供电策略，结合远程智能控制技术，全网4G、5G基站全年累计节电约1.04亿度，节电效率提升10%。