到2025年，通信行業(yè)將消耗全球20%的電力。

隨著4K/8K、VR/AR、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、視頻監(jiān)控等應(yīng)用蓬勃生長，一場伴隨著5G萬物智聯(lián)而來的數(shù)據(jù)海嘯正滾滾襲來，而海量數(shù)據(jù)引發(fā)的電力消耗也必將成倍增長。

這種情況令人擔(dān)憂!

全球多家領(lǐng)先運(yùn)營商已公開表態(tài)：要以最低的成本建設(shè)最好的5G網(wǎng)絡(luò)?？呻娰M(fèi)已被一些運(yùn)營商確定為最高的OPEX支出，至少占運(yùn)營商總運(yùn)營成本的15%，可如何降低電費(fèi)開支以減少OPEX支出?

有統(tǒng)計(jì)指出，每GB流量約消耗2千瓦時(shí)的電量，也就是說下載一部1GB的電影相當(dāng)于你家里的2000瓦吹風(fēng)機(jī)連續(xù)工作1小時(shí)。若按每度電1元計(jì)算，你下載一部1GB的電影，運(yùn)營商需支付2元電費(fèi)，如今無限流量套餐流量上限動(dòng)輒40GB，而可預(yù)見的5G資費(fèi)只會(huì)降不會(huì)升，可想而知，隨著5G流量需求暴增，運(yùn)營商的電費(fèi)成本壓力越來越大。

而在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。越加密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網(wǎng)絡(luò)面臨的一大成本挑戰(zhàn)。

可是，5G基站是省油的燈嗎?相對于2G3G4G，5G基站會(huì)更耗電嗎?

答案是yes，至少現(xiàn)階段的情況如此。

我們從基站原理說起。通常，基站的供電系統(tǒng)由市電引入，通過交流配電箱、開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為-48V直流后連接到基站設(shè)備，基站設(shè)備再通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。

基站設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含：BBU、射頻(RF)單元、功率放大器(PA)、主電源、天線接口、扇熱系統(tǒng)等，其中BBU包含控制單元、傳輸單元和基帶處理單元等，主要負(fù)責(zé)信號濾波、OFDM、調(diào)制解調(diào)、頻域處理(符號映射/解映射和MIMO均衡等)、CPRI、DPD(數(shù)字預(yù)失真處理)等功能。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，我們將基站功耗分為三大類型：傳輸功耗、計(jì)算功耗和額外功耗。

傳輸功耗：指功率放大器(PA)和射頻(RF)部分所消耗的電量，其主要執(zhí)行基帶信號與無線信號之間的信號轉(zhuǎn)換，饋電線的功耗包括在傳輸功耗之內(nèi)。

計(jì)算功耗：指BBU消耗的電量，包括數(shù)字部分處理、管理和控制、與核心網(wǎng)和其他基站間通信等相關(guān)功耗。

額外功耗：指從市電引入到基站直流供電的整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中的額外損失的電量，也包括機(jī)房空調(diào)、制冷設(shè)備所消耗的電量。

對于傳統(tǒng)2G3G4G基站，由于基站的計(jì)算能力較小，通常傳輸功耗大于計(jì)算功耗，也就是說BBU功耗小于PA和RF部分功耗，因此傳統(tǒng)基站提升能效的辦法主要集中在減少傳輸功耗，比如我們在閑時(shí)關(guān)閉部分載頻和射頻部分來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

但5G時(shí)代情況不一樣了。

密集分布的小/微基站和Massive MIMO天線，是5G基站的兩大主要特征。

一方面，Massive MIMO本身是以更高的計(jì)算成本為代價(jià)降低傳輸功耗;而小基站覆蓋范圍小，PA更低，也意味著傳輸功耗更低。

另一方面，由于5G傳輸速率將成倍提升，5G基站將處理海量數(shù)據(jù)，且隨著5G業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，5G BBU的計(jì)算功耗將逐漸上升。

因此，在5G時(shí)代，基站的計(jì)算功耗將大幅提升超過傳輸功耗。

可以預(yù)計(jì)，5G基站的計(jì)算功耗將隨著帶寬(或者說傳輸速率)的增加而不斷上升，還將隨著Massive MIMO天線數(shù)量增加而不斷上升。

5G基站計(jì)算功耗上升，帶來的不僅是耗電問題，還有扇熱問題;同時(shí)，隨著5G邊緣計(jì)算和高速本地緩存的發(fā)展，未來那些掛在城市燈桿上的小基站將執(zhí)行越來越多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算，這為5G部署提出了新的挑戰(zhàn)。

據(jù)預(yù)計(jì)，即使是在5G部署早期，并不考慮毫米波頻段，采用小于6GHz頻段與234G基站共站部署，5G單站功耗也將倍增，全年電費(fèi)將增長2倍。

前幾天，IEEE Spectrum發(fā)表了一篇名為《The 5G Dilemma: More Base Stations, More Antennas—Less Energy?》的文章，引起了業(yè)界廣泛討論。

文中指出，5G的潛在威脅是：提供高達(dá)1000倍于現(xiàn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，也意味著高達(dá)1000倍的能耗。Massive MIMO將增加5G基站總能耗，盡管5G小/微基站的能耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)宏站，但分布更加密集，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的總能耗上升。

不過，該文認(rèn)為，盡管5G能耗面臨挑戰(zhàn)，但對未來依然保持樂觀，隨著5G基站硬件的不斷改進(jìn)，以及通過軟件化和智能優(yōu)化，隨著時(shí)間推移，5G能效將逐漸提升。

面向未來，相信一些新的節(jié)能技術(shù)將廣泛應(yīng)用于5G基站，比如數(shù)據(jù)中心式的散熱/冷卻技術(shù)引入基站，智能化能耗調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)休眠、載頻/時(shí)隙關(guān)斷技術(shù)等。

5G已在路上，5G基站耗電問題應(yīng)及早重視，這需包括設(shè)備商、運(yùn)營商和鐵塔公司等在內(nèi)的全行業(yè)共同探索推進(jìn)創(chuàng)新。