通信世界网消息(CWW)功耗高是移动通信系统的一个老问题,到了5G时代,老问题出现了新情况。由于带宽、通道、容量、处理能力大幅提升,5G功耗相比4G时代将翻倍增长。能耗成本,即电费,成为运营商不堪承受之重,有效降低功耗也成为了5G规模商用的必要条件。
要想降低功耗,需要追根溯源找到5G功耗大幅增长的原因,并据此提出可行性方案。就5G功耗的话题,爱立信(中国)通信有限公司无线软件产品经理刘晓梅近期接受了通信世界全媒体记者的采访。
功耗问题或将影响5G建设进度
与4G相比,5G基站单站能力有了大幅提升。根据爱立信的测试,5G单站最大承载能力约为4G的20倍,单用户速率相比4G提升10倍以上,时延约为4G的1/3。
与性能提升相伴而来的是功耗增加。对此,刘晓梅举例进行了说明:5G宏站由于引入Massive MIMO而产生更多通道数的需求,以及更大带宽所需的发射功率的增加,这导致系统整体功耗增加,数值大约是4G的3~4倍。而5G端到端的功耗包括网络侧基站、传输网、核心网以及配套设施等多个方面。
刘晓梅认为,功耗的增加也带来对配套设施需求的增加。例如,基站功耗要求高,对电力配套设施的要求也随之增高,此外建设难度增加,建设周期变长。
上述需求的增加,最终体现在了成本的增加上。刘晓梅表示,5G时代基站功耗的增加,将会给运营商带来CAPEX和OPEX的增加,因此运营商在投资规划中也会重点考虑5G功耗,而相关规划的合理性必然会影响5G的建设进度。
目前业界有观点认为,虽然5G功耗增加,但是单位bit能耗下降,总体来看,5G比4G更绿色。对此,刘晓梅进行了详细计算:5G下载速率通常可在1Gbit/s以上,是4G速度100Mbit/s的10倍左右,而5G功耗是4G功耗的约3.5倍,如果用每bit能耗作为能效标准来简单评估,那么5G能效的确是下降的。
不过,不能简单根据前述计算得到的数值断定5G比4G更绿色,因为通常情况下,基站不是在最大容量下工作的,运营商部署的基站,特别是室外型基站,绝大多数是用来满足覆盖能力而非吸收业务的,所以5G的整体能耗不容忽视,在不同应用场景选择合适的站型配置是网络规划中的重要一环。
爱立信目标:到2022年节能35%
功耗问题成为目前5G建设的“拦路虎”,包括爱立信在内的产业企业正在积极探索,寻找降低5G功耗的有效方式。
刘晓梅表示,降低5G功耗可以从硬件、软件和网络规划等多个角度入手。在硬件技术方面,可以通过更新材料、提升工艺等将器件功率损失降低5%~10%,还可以通过采用集成度更高的芯片,用高集成度数字前端ASIC取代传统FPGA,逐渐引入更低纳米技术,以及进一步提升ASIC集成度等方法来降低功耗;在软件方面,可以采用智能调度算法,根据业务容量适时关闭PA及相应器件,以及在不同场景用不同数目的天线来达到节能的效果。除了软硬件技术,运营商也需要全网考虑,优化部署方案,最终达到节能的目的。
长期耕耘移动通信的爱立信,在降低功耗领域也一直积极探索。“无论4G还是5G,爱立信一直在推动绿色通信。在硬件产品和软件功能方面,爱立信均进行了大量优化改进,以达到节能的目的。”刘晓梅表示,“爱立信的目标是争取在2022年达到节能35%。”
为达到35%的节能目标,爱立信的网络设备采用领先的全ASIC设计,比通常的FPGA方案更节电;基于4G成熟的软件节能功能,爱立信也在致力于把机器学习等先进技术引入到5G节能算法中,以达到更好的节能效果。
刘晓梅认为,5G网络节能必须推动端到端节能,因为5G网络包括基站、承载网、核心网、数据中心、电源空调等方面,各个节点需努力争取做到能耗最低,进行整体部署,比如基站的基带单元集中放置、集中数据中心、集中部署减少电源空调等,以推动整体节能。