5G基站功耗棘手问题，三级节能技术能否拯救？

近年来，全球运营商营收整体不断下滑，OPEX支出却不断增加，其中基站电费在网络运营支出中占比超 30%。5G 基站由于更大的带宽、更多的通道数、器件集成度低等因素影响，功耗相当于 4G 基站的 3-4 倍。截止 9 月 5 日，全国已建成 5G 基站超 48 万个，预计年底将突破 60 万站，估算一年的电费将超 300 亿。5G 基站节能已成为 5G 商用中不得不考虑的一个棘手问题。

目前主流节电技术的思路是从基站射频入手，在兼顾体验的同时，构建设备、站点和网络三级技术方案体系，结合AI等技术多管齐下，从试点来看效果显著。同时，错峰用电及地方用电优惠也使得 5G 耗电得到一定程度缓解。

01、为什么关注 5G 耗电？

运营商投资面临挑战，耗电在OPEX中占比较高

据 GSMA 统计，自 2012 年起，全球运营商收入年均复合增长率开始逐年降低，而OPEX年均复合增长率逐年增加，两者差距不断增大，使得运营商营收压力与日俱增。在运营商的 OPEX 中，基站电费支出占网络运营部分的 30%以上，占整个 OPEX 支出的 10%左右。数据显示 2018 年中国移动电费支出约 220 亿元。

5G 相比 4G 功耗更大

当前中国 5G 建设不断加速，截止 9 月 5 日，全国已建成5G 基站超过 48 万个，预计年底将突破 60 万站。相比 4G 而言，5G 功耗有了进一步增加，原因包括：

1）大带宽。5G NR 带宽从原来的 4G 的几十兆变为 160/200 兆；

2）通道数增多。收发通道数从原来的 8 通道变为 64/32 通道；

3）数字中频器件、芯片等集成度不足，导致功耗增加；

4）流量从传统的 2 流变为 16 流；

5）发射功率从 100 多瓦变为 240/320 瓦。

可见，5G 基站相比 4G 的功耗有了显著增加。数据显示，目前运营商的 5G 基站主设备空载功耗约 2.2-2.3kW，满载功耗约 3.7-3.9kW，这相当于 4G 基站的 3-4 倍左右。以 1.3 元 / 度电价测算，一个 4G 基站每年的电费是 20280 元，而 5G 基站每年的电费将高达 54600 元，按照今年年底国内 60 万 5G 基站计算，一年的电费就将高达 327 亿。5G 节能已成为 5G 商用中不得不考虑的一个棘手问题，会对运营商的 5G 运营商成本带来极大影响。因此，运营商在 5G 招标中均将节能作为基站基本功能，占据较大比重。

02、三级5G 节能技术方案体系

基站能耗关键在射频

根据蜂窝网的架构分析，整个网络中基站设备机房是整网的主要耗电部分，占整网耗能 60%以上，其中基站设备耗电占据 50%左右。而射频设备能耗又占据整个基站能耗的 90%以上。因此节能方案将重点围绕基站设备，尤其是射频设备展开。

统筹体验和耗能，构建三级节能体系

在制定节能方案和策略的同时，需要时刻把握节能和网络体验的平衡，将话务、体验和能耗统筹考虑，快速精准识别不同场景，并针对性的采用不同的节能策略。

根据《5G 基站节能技术白皮书（2020）》，目前5G 节能技术方案包括设备级、站点级和网络级节能。其中，设备级方案重点从器件、硬件设计方面入手；站点级方案主要从帧、通道关断及深度休眠等方面开展软件节能；网络级节能方案重点从多网协调角度达到节能的效果。

2.1 设备级

基站可分为 AAU 和 BBU 两大部分，其中 AAU 的功耗约占整机功耗的 90%，是基站功耗的主要组成部分。AAU 功耗按照功能模块可分为功放、小信号、数字中频和电源功耗。功耗随着业务负载的变化而变化，各功能模块的功耗比例也随之发生变化。

功放

在满载条件下，功放的功耗占比最高，平均约 58%，是耗能的重要部分。因此，需进一步提升功放在整机中的工作效率，以及在低负载下保持较高效率的能力，增强 DPD 算法的鲁棒性，支持功放配置状态实时调整状态下线性工作。业界已有厂家采用第二代半导体材料实现降低功耗的效果，同时利用新型的结构设计，改进散热性能，提升散热效率，进而达到降低功耗的目的。

数字中频

在空载条件下，数字中频部分的功耗占比最高，平均约 46%，因此需要想办法降低数字中频模块的基础功耗。目前主要的方法是通过提高数字器件的集成度（比如数字中频支持 32 通道）、优化数字中频处理算法，降低运算复杂度的方式来解决。

芯片

芯片性能对设备的功耗也非常重要，基带处理芯片需单颗支持 2 载波 NR@64 通道，同时进一步通过采取更先进的工艺来提高基带、中频芯片的处理能力，并降低芯片功耗。据了解，数字中频和基带处理部分可进一步优化算法，通过降低算法的运算复杂度来进一步达到降低功耗效果。

2.2 站点级

站点级节能方案的思路是通过对网络目前状态的识别，在保证网络质量和用户体验的前提下，通过适时关闭部分设备、小区、通道或功放等手段，或者提高冷却效率等方式，实现精细化的节能。

深度休眠

当 5G 网络中没有 5G 用户时，可关闭 AAU 中所有的可关闭的器件，包括数字中频、功放等，只保留用于唤醒的的最基本的数字电路接口，使得 AAU 进入深度休眠状态，以实现最大程度降低功耗的效果。

深度休眠的方案适用于 5G 符合较低的场景或者时间段，比如一些偏远地区或者深夜时段。向深度休眠基本不影响用户体验，启动深度休眠一般为秒级，恢复唤醒约 5-10 分钟。

此外，还可根据业务量情况，对一些忙时需要宏站和微站分担容量的区域，在闲时将微站进行深度休眠，只由宏站承担业务，实现节能降耗。

小区关断

对于同制式下多频网络或者 4G/5G 共模基站覆盖情况下，当小区内负荷较低时，可考虑关闭其中部分小区，保证当前话务需求，当符合升高时再自动开启高容量小区以快速满足话务需求，实现节能效果。

通道关断

当小区负荷较低时，可以按照不同的级别关闭 AAU 的通道，实现节能的效果。比如由 64 通道降到 48 通道，甚至 16 通道。关断或开启的时间颗粒度为秒级。通道关断功能主要用于已部署了 64 通道、32 通道宏基站的区域，据了解，目前实验室测试可节省约 15%的能耗。

符号关断

（编辑：应用网_阳江站长网）

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