5G朝绿色低碳方向发展，需加速5G技术与双碳垂直行业的融合

来源：通信信息报社

（特约记者 吴勇毅）以“5G与世界同行”为主题的2021全球移动宽带论坛日前在迪拜举行。华为轮值董事长胡厚崑发表主题演讲表示，为了推进5G新发展，行业应该积极为XR业务、5GtoB市场以及绿色低碳发展做好准备。

据人民网报道，电力是信息通信业主要能源消耗，占行业能源消耗总量的90%以上。同时，5G基站的耗能是4G的3倍。据统计，至2026年三大运营商若全部升级5G后，电力消耗将达到全国总用电量的2.1%，这就需要更高密度、低成本和高可靠的储能技术才能保证电力系统稳定运行。

近期，全国不少地方突然出现“限电潮”，全面敲响了节能降耗的警钟。去年9月，我国在联合国大会首次提出了“30-60双碳”承诺，“双碳战略”为我国减排脱碳之路按下启动键。而作为高耗能的通信行业，依据巴黎协定，需在2020年到2030年达到减排45%的要求。任务重大迫切。

整体而言，5G走向绿色低碳，技术创新是必由之路、基本之策。一方面，数字技术可促进各个行业的低碳发展，减排降耗。根据世界经济论坛预测，到2030年，扩大使用数字技术可减少至少15%的全球碳排放，沙利文咨询研究的数据也显示，尽管ICT行业本身只占全球碳排放的2%，但以绿色5G网络为主体的ICT行业能帮助全球总排放量减少20%。另一方面，ICT产业可全面通过产品创新、站点重构及数据中心智能管理等方面，兼顾用户体验提升，可促进自身的低碳平衡发展。

5GtoB产业的终端、模组、芯片成本，均高于4G，需要创新解决；5G网络大带宽、高速率导致的能耗较高问题，需要创新解决。当前业界的办法高度一致：一方面要实现单基站功耗下降；另一方面要系统性优化网络大结构，力求做到“四新两化”的降耗工作，实现明显的节能降耗减排。

“四新”包括新架构、新功能、新材料、新能源四类。比如中国联通主导研发的5G户外一体化智能机柜，可使整机PUE（数据中心总能耗/IT设备能耗）低至1.04，能广泛应用于新建基站、传统基站机房腾退以及老旧机柜替换等场景。

“两化”则是引入人工智能技术，让网络运转更加智能化，更加匹配业务的需要，包括采用灵活的开关、模块等提高网络效能、降低功耗；第二个“化”是协同化，通过终端、基站、网络、动力环境设备协调共享起来，进一步降低能耗。比如基站共建共享能够大幅节省用电。中国电信此前宣布，截至2021年6月，中国电信与中国联通共建共享5G基站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，累计节省投资超过千亿元人民币。

另外，华为发布《绿色5G白皮书》提出绿色5G的8大技术方向，也引起业界极大的关注。其包括：射频走向多天线，提升设备比特能效和能量传输效率；设备走向超宽频，多频合一降能耗；硬件休眠机制走向精细化，持续降低中低负载能耗；站点走向极简，去机房去空调；整站走向联动，综合能源高效利用；网络走向智能，节能和网络性能双优；业务承载走向高制式，充分发挥5G高能效优势；全生命周期走向循环经济，减少自然资源依赖。这也是运营商未来节能减碳的技术创新之路。

面向未来，“碳达峰、碳中和”不仅是遏制全球继续变暖的重大战略，更是一场经济社会系统性变革。

作为全球最大的发展中国家，中国要实现“双碳战略”目标，面临碳排放体量大、任务重、时间紧的种种挑战。全国每个行业应积极行动起来，加强产业合作，加速5G技术与双碳垂直行业的融合，以数字化技术推动双碳垂直行业数字化转型，助力双碳垂直行业节能减排和低碳发展，推动双碳目标的早日实现。

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绿绿绿绿，想变“绿”的5G

我国力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”，这是以习近平同志为核心的党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。

节能是实现“碳达峰、碳中和”目标的关键支撑。5G等新一代信息技术的加速发展，为经济社会绿色发展提供了网络化、数字化、智能化的技术手段，已成为推动社会节能减排的重要引擎。

我国5G牌照发放至今3年来，5G商用发展迅猛，5G与其他ICT技术的融合对千行百业数字化转型赋能成效初显，新业态、新模式不断得到探索，助力数字经济呈现蓬勃发展势头。5G加速了各行各业的数字化进程，促进了全社会的节能减排，其自身也亟需走向绿色低碳——5G单比特能耗是4G的1/5，峰值速率却增长了20倍，5G网络整体能耗高于4G，5G基站的耗电和成本高广受关注。根据GSMA的数据，通信网络的能耗成本（电费）占运营商运营支出（OPEX）高达20%~40%。在我国“双碳”目标下，5G节能减排迫在眉睫，亟需加快研究5G网络节能技术，探索5G网络绿色发展之路。

5G并非“天生的电老虎”，其单位比特功耗比4G低80％，但随着通信运营商加大5G基站建设，5G基站数量大幅增加，数据流量爆发式增长，整体功耗是4G基站的2.5~3.5倍。 “移动运营商的主要能耗在于无线接入网，也就是无线基站。产业界的研究显示，由于基站数量巨大，无线接入网的能耗可能会达到全网能耗的70%左右。”SA无线通信领域高级分析师杨光在接受记者采访时表示。

而在中国社科院数量经济与技术经济研究所能源教研室主任刘强看来，5G目前处于规模建设期，5G网络不仅是人与人的连接，更是延展至人与物、物与物的连接，如此一来5G的能耗增加自然非常显著。刘强表示：“除了无线网、核心网、传输网、数据中心及其他管理运营方面的能耗，基础设施建设本身也有间接的能耗，比如钢铁、水泥等，基站、机房等基础设施的搭建也会产生间接的能耗。此外还要应对6G、马斯克提出的‘星链计划’等或与5G形成竞争局面，也可能带来能耗的剧增。”

随着移动通信技术的不断进步，多频多制式网络将长期共存。那么如何帮助运营商在满足性能的基础上降低网络能耗？相关专家指出，首先，需要把多频技术引入无线网络。一个设备支持多个频段，并实现频段间动态功率共享，可大大提升能效。 其次，需要引入多天线技术。通过多天线技术，可大幅提升基站覆盖能力，减少基站数量，实现无缝全面覆盖。通过这些方式，运营商网络能耗得以降低。

针对5G网络能耗大的问题，需要业界加强节能技术的研究以不断降低设备及网络的能耗。对此，信通院专家指出，目前根据产业界的共识，业内普遍采用设备级、站点级和网络级三级架构开展节能关键技术及相关评价体系研究。

设备级节能关键技术包括硬件节能和软件节能两部分。如中国电信在5G硬件上，引导产业链采用新材料、新架构和提高集成度等方法，进一步降低基站基础功耗；在5G软件功能上，采用符号关断、载波关断、通道关断以及深度休眠等方法，不断提升软件节能的精细化、智能化水平，持续降低基站运行功耗。

站点级节能关键技术主要针对与主设备一起构成站点的空调、电源等配套设施的节能。目前主要通过探索新型无线接入网网络架构，实现配套设施能耗的降低。例如，中国移动通过联合产业界合作伙伴研发基站高能效材料、新器件、新结构，实现5G单站功耗相比商用初期下降约35%，接近4G的2.5倍；开展节能动态调压、BBU休眠和池化的探索与验证，实现亚帧静默、通道静默、浅层休眠、深度休眠等节能功能的规模部署和性能优化，基于业务负荷进行5G基站器件休眠，实现低负荷场景节电10%~30%，极低负荷场景节电超过50%。

“基站的配套设备，比如空调，也往往是能耗大户，通过采用新的系统设计、新的散热设计等，也可以降低基站运行对环境温度的要求，从而降低空调能耗。”杨光表示。

网络级节能关键技术则是通过结合人工智能算法开展多网协作。网络级节能技术与网络运营紧密相关，通过在网管端进行数据采集和大数据处理，自动识别多频多模网络状态下覆盖小区及容量小区，进行适时小区静默和唤醒，可以有效达到节能的效果。

“需要从网络角度考虑整体的网络能耗，比如可以利用网络业务流量的波动性，在业务低谷时期，在保证网络覆盖的前提下，适当关断一部分载波甚至关断一部分基站，可以显著降低网络能耗。另外，尽早实现新旧设备的更新换代，也有利于提升网络能效。新型4G、5G基站的能效远高于老旧的2G、3G基站，尽快实现2G、3G的退网也有助于提升全网的能效。 ”杨光谈道。比如为了降低5G基站能耗，实现大规模商用，中国联通提出了“深度休眠”节能算法和系统级智能化节能技术。经过3年的努力，与5G建设初期相比，中国联通实现了5G闲时能耗降低60%、综合能耗降低30%，使得5G基站初步具备大规模商用能力。

GSMA近日发布的《2022年移动净零排放报告》显示，去年移动网络数据流量虽然增加了31%，但是相关的碳排放量仅增加了2%。这意味着行业在移动通信网络绿色低碳方面已取得阶段性成果。

节能减排是一项系统性工程，涉及方方面面的举措，有赖于整个行业乃至全社会的共同努力。包括华为、中兴、中信科移动、爱立信、诺基亚等在内的众多企业，在组件级、设备级、网络级等多个层面全方位助力运营商网络节能降耗，不断取得新的进展。

“降低能耗是一个全产业链的问题，需要运营商、系统设备厂商、元器件厂商，乃至电源、空调等配套厂商的共同努力。在降低能耗的同时，还可以扩大新能源的应用范围，更多地采用太阳能、风能等可再生能源为网络设备供电，也有助于实现降低碳排放的目标。”杨光建议。

目前“碳达峰、碳中和”已成全社会的共识，提升网络能效、降低碳排放是电信运营商必须承担的社会责任。另一方面，能耗成本也是网络运营成本的重要组成部分，在网络承载的数据流量持续增长的情况下，提升能效将有利于运营商控制成本，提升盈利能力。因此，无论是从商业经营还是社会责任的角度，节能降耗都对运营商的可持续发展具有重要意义。

作者：孟月

责编/版式：沈新竹

审核：申晴

监制：刘启诚

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