5G基站耗电量分析150721.pdf

人不知而不愠，不亦君子乎？论语良辰美景奈何天，便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷，似水流年。汤显祖5G 通讯基站耗电量分析 到 2025年，通信行业将消耗全球 20%的电力。随着 4K/8K、VR/AR、自动驾驶、机器人、视频监控等应用蓬勃生长，一场伴随着 5G万物智联而来的数据海啸正滚滚袭来，而海量数据引发的电力消耗也必将成倍增长。这种情况令人担忧！全球多家领先运营商已公开表态：要以最低的成本建设最好的 5G网络。可电费已被一些运营商确定为最高的 OPEX 支出，至少占运营商总运营成本的 15%，可如何降低电费开支以减少 OPEX支出？有统计指出，每 GB流量约消耗 2千瓦时的电量，也就是说下载一部 1GB的电影相当于你家里的 2000 瓦吹风机连续工作 1小时。若按每度电 1元计算，你下载一部 1GB的电影，运营商需支付 2元电费，如今无限流量套餐流量上限动辄 40GB，而可预见的5G资费只会降不会升，可想而知，随着 5G流量需求暴增，运营商的电费成本压力越来越大。而在移动通信网络中，基站是耗电大户，大约 80%的能耗来自广泛分布的基站。越加密集的基站意味着更高的能耗，这是 5G网络面临的一大成本挑战。可是，5G基站是省油的灯吗？相对于 2G3G4G，5G基站会更耗电吗？答案是 yes，至少现阶段的情况如此。我尽一杯，与君发三愿：一愿世清平，二愿身强健，三愿临老头，数与君相见。白居易人不知而不愠，不亦君子乎？论语 我们从基站原理说起。通常，基站的供电系统由市电引入，通过交流配电箱、开关电源转换为-48V 直流后连接到基站设备，基站设备再通过馈线/光纤连接到铁塔上的天线。基站设备的内部结构主要包含：BBU、射频（RF）单元、功率放大器（PA）、主电源、天线接口、扇热系统等，其中 BBU包含控制单元、传输单元和基带处理单元等，主要负责信号滤波、OFDM、调制解调、频域处理（符号映射/解映射和 MIMO均衡等）、良辰美景奈何天，便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷，似水流年。汤显祖志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟CPRI、DPD（数字预失真处理）等功能。根据以上结构，我们将基站功耗分为三大类型：传输功耗、计算功耗和额外功耗。传输功耗：指功率放大器（PA）和射频（RF）部分所消耗的电量，其主要执行基带信号与无线信号之间的信号转换，馈电线的功耗包括在传输功耗之内。计算功耗：指 BBU消耗的电量，包括数字部分处理、管理和控制、与核心网和其他基站间通信等相关功耗。额外功耗：指从市电引入到基站直流供电的整个转换过程中的额外损失的电量，也包括机房空调、制冷设备所消耗的电量。对于传统 2G3G4G基站，由于基站的计算能力较小，通常传输功耗大于计算功耗，也就是说 BBU功耗小于 PA和 RF部分功耗，因此传统基站提升能效的办法主要集中在减少传输功耗，比如我们在闲时关闭部分载频和射频部分来实现节能减排。但 5G时代情况不一样了。人不知而不愠，不亦君子乎？论语海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。林则徐 密集分布的小/微基站和 Massive MIMO天线，是 5G基站的两大主要特征。一方面，Massive MIMO本身是以更高的计算成本为代价降低传输功耗；而小基站覆盖范围小，PA更低，也意味着传输功耗更低。另一方面，由于 5G传输速率将成倍提升，5G基站将处理海量数据，且随着 5G业务的不断发展，5G BBU的计算功耗将逐渐上升。因此，在 5G时代，基站的计算功耗将大幅提升超过传输功耗。可以预计，5G基站的计算功耗将随着带宽（或者说传输速率）的增加而不断上升，还将随着 Massive MIMO天线数量增加而不断上升。5G基站计算功耗上升，带来的不仅是耗电问题，还有扇热问题；同时，随着 5G边缘计算和高速本地缓存的发展，未来那些挂在城市灯杆上的小基站将执行越来越多的数据存储和计算，这为 5G部署提出了新的挑战。据预计，即使是在 5G部署早期，并不考虑毫米波频段，采用小于 6GHz频段与 234G基站共站部署，5G单站功耗也将倍增，全年电费将增长 2倍。前几天，IEEE Spectrum发表了一篇名为The 5G Dilemma:More Base Stations,More AntennasLess Energy?的文章，引起了业界广泛讨论。文中指出，5G的潜在威胁是：提供高达 1000 倍于现网的数据，也意味着高达 1000 倍的能耗。Massive MIMO将增加 5G基站总能耗，尽管 5G小/微基站的能耗远低于传统宏站，但分布更加密集，会导致网络的总能耗上升。不过，该文认为，尽管 5G能耗面临挑战，但对未来依然保持乐观，随着 5G基站硬件的不断改进，以及通过软件化和智能优化，随着时间推移，5G能效将逐渐提升。面向未来，相信一些新的节能技术将广泛应用于 5G基站，比如数据中心式的散热/冷却技术引入基站，智能化能耗调节，动态休眠、载频/时隙关断技术等。5G已在路上，5G基站耗电问题应及早重视，这需包括设备商、运营商和铁塔公司等在内的全行业共同探索推进创新。