近日，不止在我们通信圈，关于“5G基站智能休眠、5G天价用电”等问题的讨论，可以说是很热烈、广泛的。

确实，随着5G时代的到来，摆在我们通信行业面前的，除了以往的“进场难、入场贵”难题，还有一座“5G能耗/用电”大山。

来看一组数据：据工信部新闻发言人闻库表示，近期，我国每一周平均新开通的基站都超过1.5万个，截止到6月底统计，3家运营商在全国已建设开通的5G基站超过了40万个。而这么多的5G基站，背后的用电消耗和费用，到底是一个怎样的量级？

一边，是我国5G建设的加速之势，一边，是高额的基站用电。这样的背景下，如何跨越5G天价用电这座大山？确实就成了一个“压在行业身上喘不过气来”的话题。

今天，我们就从以下三个方面，来详细聊聊“5G用电”这回事儿。

01

为什么5G用电会更多？

首先，需要我们搞清楚的是，为什么5G用电会更多？这个问题，可以从三个层面来解释，第一是5G基站的功耗问题，第二是5G基站的覆盖问题，第三是5G基站的配套设施问题。

  5G基站功耗

相较于4G，5G的基站功耗有着明显的上升。据中国通信标准化协会的数据显示，目前主要运营商的5G基站主设备空载功耗约2.2-2.3kW，满载功耗约3.7-3.9kW，是4G单站的三倍左右。

据此，假如以平均1.3元/度的转供电价测算，以前一个4G基站每年的电费是20280元，而一个5G基站每年的电费将高达54600元，那么，50万（运营商2020年5G建设目标）个5G基站的年度电费将达到273亿！

详细来看，5G基站主要由基带单元(BBU)、射频单元(AAU)、馈线、散热系统等组成。BBU和AAU是5G基站的主要部分，AAU就是RRU+天线的组合。

BBU主要负责基带数字信号处理，比如FFT / IFFT，调制/解调、信道编码/解码等。

AAU主要由DAC（数模转换）、RF（射频单元）、PA（功放）和天线等部分组成，主要负责将基带数字信号转为模拟信号，再调制成高频射频信号，然后通过PA放大至足够功率后，由天线发射出去。

在整个基站系统中，负责处理信号编解码的基带单元（BBU）的功耗相对较小，而射频单元（RRU/AAU）和散热系统是功耗的主要来源。也就是说，天线、功放等射频器件都是“耗电大户”。

由于5G传输速率数10倍的提升，天线数量增多，功耗也在随之增大，耗能当然也会增多。其中，射频单元能耗高，主要原因是5G小区带宽是4G的5倍以上，且室外主要使用复杂度较高的32/64通道Massive MIMO设备。

以中国移动2.6GHz频段为例，5G基站信号带宽为160MHz，可同时提供4G和5G服务，相比4G的60MHz，带宽增加为2.67倍，发射功率变为原来的2倍，导致总的功耗增加，并且，5G massive MIMO典型的32/64TR设备通道数是4G网络8TR设备通道数的数倍，射频单元功耗增加显著，同时，通道数多也带来基带计算量的增加，功耗也会上升。

此前，网络上流传出的以上一张图片，也引发了网友的广泛传播和关注。

  5G基站覆盖

相对比于4G，由于5G采用的是更高的频率，单站覆盖的范围更小，要实现更好更全的覆盖，就需要更密更多的基站。同时，5G的带宽增长了10倍，虽然能源效率提高了，但要推动这么大的数据流量，基站耗能还是会翻倍增长。

预计到2024年，5G小基站的部数量将超过4G小基站；到2025年，得到商用部署的5G小基站将达到1310万个，占到全球所有现网小基站的三分之一以上。虽然一个小基站的能耗远低于一个传统的宏站，但是，要完成对一片区域的连续覆盖，就需要较大数量的5G小基站。

据中国产业信息网预测，5G基站数量最终将是4G基站的1~2倍，达500~600万个。据此粗略估计，届时运营商支出将在1150亿至1800亿，而2019年三大运营商利润之和仅为1384亿人民币。如果条件未曾改变，那么5G铺开之后，电费成本一项或将透支运营商所有利润。因此，对于运营商而言，5G的高能耗甚至成为了制约5G基站建设的首要原因。

截止到6月底的统计数据，我国运营商已建设开通的5G基站已超过40万个。

  5G基站机房制冷

当前，移动通信基站机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温度（基站环境标准GB50174-93规定长年基站温度18°C-28°C），主要靠空调来实现，为保障设备在恒温下运行，不因为温度过高而宕机，制冷系统就要不间断地为基站降温，也是导致运营成本居高不下的重要原因之一。

其实，基站自从诞生以来，基本上便一直采用传统的空调制冷方式，且占据了基站总能耗的30%~40%左右。

△基站耗能大致分布

综上来看，在5G通信中，基站可谓是能耗大户，大约80%的能耗来自于基站。相较于4G网络，5G的不仅功耗上提升了3倍以上，并且由于覆盖范围的减少，5G基站的数量需求又是成倍的增加，以及配套机房设施制冷方面的不可避免的耗能，总体上导致了5G高额耗能的一个局面。

那么重点来了，面对5G用电问题，通信行业各方都有哪些技术突破和解决案例呢？一起来看看。

02

“5G用电难”下的多方尝试方案

实际上，5G耗电如此，一直以来，整个行业产业链各个环节都在为降低电费开支做着各种努力。

比如，降低基站发热就是降低功耗的其中一个办法，目前主要的应对举措包括：采用更高工艺制程的芯片、更节能的器件材料，引进更科学的散热方法，以及通过AI技术对设备功率进行动态控制。

例如华为、中兴等设备商不断开发新的技术以及芯片，从设备层面降低能耗；从运营商层面来看，如近期引发热议的洛阳联通通过深度休眠降低5G基站能耗，以及中国铁塔协同行业积极争取各种优惠政策等，各方都在积极推进技术创新，想方设法降低电费等运营成本，助力5G低成本规模部署。

  洛阳联通：通过深度休眠降低5G基站能耗

相信大家也都关注到了，近日，洛阳联通分别对已经入网的3种不同基站射频单元设备（AAU），分不同时段定时开启空载状态下的深度休眠功能，从而实现智能化基站设备能耗管控的目的。比如，对于未进行单站验证或单站验证完毕的站点，全时段开启AAU深度休眠功能；对于正在进行单站验证的站点分时段开启AAU深度休眠功能（21:00-次日9:00）。

什么叫AAU深度休眠？AAU空载状态的深度休眠功能是指当基站业务处于长时间的闲时状态下，由于无5G用户接入，AAU设备可以关断大部分有源设备的供电，进入休眠状态，从而实现降低AAU空载功耗的目的。

值得强调的是，5G基站AAU深度休眠功能是在业务闲时时段开启，从而实现5G网络功耗智能化管理。同时，运营商会保留至少一张网络，保证用户的正常业务。如果5G业务量突然又增加了，AAU设备还可以通过网管平台进行迅速唤醒。

据悉，截至7月15日，中兴业务区已开通AAU 600个，按全时段开启AAU深度休眠功能计算，预计每天节省电费合计约3125.1元。

  福建移动联合中兴：5G基站自动开通

日前，福建移动采用中兴通讯“5G基站自动开通创新方案”，顺利完成国内首个5G基站自动开通。

“5G基站自动开通方案”，依靠中兴通讯新一代统一的无线网络智能运维系统UME提供的Open API开放接口和OMC操作维护中心，福建移动开发的网优宝APP，搭建基站自动开通系统中台，并且双方约定系统中台和UME的交互接口，打通自动开站全流程，实现基于手机终端的自动化开站。

站点自动开通，不仅避免手动操作的易错环节，返工，甚至二次上站，极大地节约了经济成本，基站开通成本下降达60%左右，同时在突发事件、自然灾害等关键时刻，亦可实现快速恢复通信、保障网络畅通。

  中国铁塔：空调制冷方案

(1)一体化机柜散热优化改造方案：户外一体化机柜使用通风热交换设备或机柜自带空调设备来降温。新增5G设备后，如存量机柜制冷设备制冷量不能满足散热需求，容易造成机柜内设备损坏、高温报警、设备退服等问题，严重影响设备使用寿命和系统稳定。根据存量一体化机柜的不同场景、不同配置，可采取以下四种方案进行优化改造：

方案一：一体化机柜内配置的通风设备或空调无法满足现有设备散热时，可拆除一体化机柜侧门的中间隔板，便于冷风对流，在原有机柜旁新增一个综合机柜用于新增空调挂机及空调室外机，改造示意图如照片所示：

△改造安装后照片①

△改造安装后照片②

方案二：一体化机柜内配置的通风设备或空调无法满足现有设备散热时，且站址无新增机柜空间位置。对于后期新增5G设备，可采用在机柜后面新增窗机空调方式来解决散热问题，机柜内部需预留相应通风空间用于气体对流。改造示意图如照片所示：

方案三：一体化机柜内配置的空调满足现有设备散热量时，对于后期新增5G设备可采用新增模块化温控机柜的方式来解决散热问题，模块化温控机柜制冷量为3000（W），可满足5G设备的散热需求。如原有一体化基站站址空间不足，无法新增模块化温控机柜，可采用替换原有机柜方式来解决散热问题，改造示意图如照片所示：

方案四：一体化机柜站址无法新增机柜安装位置，新增5G设备可采用底部自带空调的机柜替换原有机柜的方式来解决散热问题。底部自带空调的机柜制冷量最大可达8000（W），可满足5G设备的散热需求。改造示意图如照片所示：

(2)机房设备散热制冷优化方案：根据机房散热量计算原则，计算得出现有基站机房的散热量。如新增5G设备后，原有空调无法满足设备散热时，在不同场景、不同配置情况下，可采取以下三种方案进行优化改造：

1)机房空间充足：

①　建议新增空调，原空调做备份使用；

②　可采用新增底部自带空调的机柜，将BBU集中安装在此机柜中；

③　空调满足机房总散热量，局部散热效果较差，可采取在机房增加一台大功率风扇，实现对机房空间更好的冷对流。

2)机房空间不足：

①　替换原空调；

②　可采用底部自带空调的机柜替换原有设备机柜；

3)如新增5G设备后，原有空调无法满足设备散热时，可采用精确送风系统对机房空调传统的送风方式进行优化，将冷热气流完全隔离，实现精确送风，符合“先冷设备、后冷环境”的原则，可解决局部过热，将冷风直接送至机柜内部降温，提高空调制冷效率，降低能耗。

①机架上送风方式，改造示意图如图所示

②机架下送风方式，改造示意图如图所示

(3)节能减排方案

1)机房（柜）设备制冷联动安装方式：根据机房散热量计算原则，计算得出现有基站机房的散热量，对于适合安装智能通风设备与空调联动的机房站址，各地市根据常年平均气温实际情况，建议采用空调与智能通风设备联动工作。连接示意图如下：

在室内新增一台智能通风设备、一个室内温度传感器，一个室外温度传感器。根据2个温度传感器来采集室内外的温度，智能通风设备对室内外的温差进行判别。

2)空调与智能通风设备联动控制方式

①手动方式：网管中心通过FSU系统对空调控制器或智能通风设备进行人工手动控制，实现对空调或智能通风设备的开启或关闭。

②自动方式：网管中心根据FSU连接智能通风设备的温度传感器，对机房室内外温度进行实时采集，同时也对室内外温差进行判别上报网管中心。

A.室内温度高于28C°以上，网管中心下发指令给FSU实现空调控制器自动开启空调、关闭智能通风设备；

B.室内温度低于28C°、高于25C°，且室内温度大于室外温度（当室内外温差大于5C°），网管中心下发指令给FSU实现智能通风设备自动开启、关闭空调；（通过对空调和智能通风设备能效比进行比较分析，当室内外温差大于5C°时，智能通风设备功效比高于空调）。

C.当时室内外温度低于25C°，同时关闭空调、智能通风设备；当室外温度大于室内温度时，智能通风设备不工作。

D.当室内温度上升至32C°时，默认空调故障。

2基站专用空调

（1）技术背景：5G建设可能导致部分存量机房空调制冷量不足，新增基站专用空调，既能降低机房环境温度、减少局部热点的同时，还能大幅降低空调能耗。

（2）技术特点：通信技术研究院研发并推动上线的基站专用空调，具有大风量、高能效、通信协议统一、节能效益显著等优点。新型基站专用空调节能效果明显，全国16个试点站空调平均节能率41%，整站节能率7%～8%；南方地区由于全年空调使用周期较长，节能效果更好。目前商合平台专用空调价格比传统舒适空调单价贵10%～15%，按试点站节能效果测算，增加成本的投资回收期1～2年。

（3）适用场景：新型基站专用空调适用于5G新址新建站以及原有空调冷量不足、空调损坏的存量站等场景。由于基站专用空调采用压缩机内置方案，改善了压缩机的工作环境，提升了压缩机的工作性能和使用寿命，提高了防盗性能。但室内噪声也有一定提高，因此在噪声相对敏感的住宅小区等场景应谨慎使用。

  诺基亚：部署全球首个液冷5G基站，将省电30%

此前（2020年6月），芬兰运营商Elisa宣布已部署全球首个液冷5G基站。该液冷5G基站，由诺基亚Oulu工厂设计和生产。站点能耗可降低30%，二氧化碳排放量可降低80％，同时，基站排放的废热还可回收用于物业业主生活热水供应。

Elisa官网没有公开该液冷基站图片，有可能是诺基亚曾展示过的以下设备：

5G AAU分别配置了冷水管（入）和热水管（出），通过液冷自循环降温，让冷液直接流经设备，更加靠近热源实现精准制冷，可进一步提升冷却效率，最后达到降低设备能耗的效果。

  华为：刀片式基站；AI节能

华为刀片式基站解决方案：采用统一的模块化设计，实现基站主要元素如射频、基带、电源、电池、微波、传输的刀片化，不同模块间的任意快速拼装组合无缝拼装，能灵活安装在抱杆，贴塔，墙面或者屋顶，“0”站址无需机房机柜，使基站的安装像拼装乐高积木一样简单便捷。

△新一代刀片式基站

同时刀片式基站采用自然散热，满足室外55℃高温环境，IP65防护等级，无需机房机柜和空调，降低了运营成本。

此外，值得一提的是，华为无线节能解决方案PowerStar，通过AI技术，已经实现了2G、3G、4G多频网络协同调度节能，从而节约10%~15%的电能。

首先，PowerStar根据不同的网络配置和话务，定制基站间、频段间和制式间的协同节能调度策略。实现在低话务情况下，尽量迁移用户到低频，关闭高频做深度节能。

其次，PowerStar利用AI技术学习历史话务和KPI，构建节能和性能的关联模型。依据模型，AI会动态调整节能参数。同时，PowerStar提供节能可视化，运营商可以看到基站能耗、网络能效和节能增益的动态信息，从而进行更精细化的网络能耗管理。

  爱立信：智能分析节能

爱立信也是在中低频、高频产品侧引入机器智能分析节能软件，利用实时小区业务量预测，判断是否触发节能转化，从而实现节能。“5G系统太复杂了，爱立信秉承的极简设计就是可以将不用的资源、信令进行灵活调度，不用时关掉，等到需要时再开启，让运营商5G网络化繁为简。”

此外，爱立信与IBM等公司合作发布硅基毫米波相控阵列集成电路，能够最大程度集成电路，降低5G毫米波站点功耗，同时爱立信5G点系统，可以在达到同样容量情况下，功耗降低为业界水平的50%。

  基站智能锂电错峰，节省用电支出

我国多数省份具有谷峰电价，如广东省峰、平、谷电价时段分别为6、10、8小时，电价比例为1.65:1:0.5，其中高峰时段电价是低谷时段的三倍以上。如果是直供电站点，便可以采用智能电源，让站点错峰运行。

由于锂电池成本的下降，5G时代站点可能将普遍使用锂电池，而直供电已经是站点供电主流，将来站点剩余空间将由锂电池填充，不但电费降了下来，而且因为超长的备电时长，可使当前高昂的应急发电成本大幅下降。

03

5G电费新政策

前文看来，毋庸置疑，高能耗的同时也带来对电力系统的全新考验，因此，各级政府也纷纷出台了相关政策来降低5G用电成本。

（点击可查看大图）

总的来看，目前，“转供电改直供电”是降低用电成本的关键环节，在没有补贴的情况下，直供电价比转供电大约低20%左右。举例来看：

• 贵州印发的《降低我省5G基站用电成本政策措施》：以降低5G基站用电成本，确保5G基站2020至2022年运行电价降至每千瓦时0.35元。贵州省对5G基站试行峰谷分时段电价政策，按对应电压等级目录电价及上、下浮动40%确定。

• 山东省近期专门研究制定了针对5G基站的低谷储能电价政策。具体是，对安装储能设备的5G基站，其低谷电价在现行每千瓦时0.32元标准基础上，降低3分钱，至0.29元，降幅达到9%左右，预计年减轻电费负担2400万元左右。

• 辽宁省发改委、工信厅等部门联合发布《关于降低5G基站用电成本有关事项的通知》表示，辽宁省5G基站电价降至0.4元/千瓦时以下。预计在未来三年，这将为三大电信运营商减少用电成本2亿元以上。

可以看出，除直接改供电方式降低建网运维成本外，在政策层面，不少地方政府在5G战略规划中提出了调降电费等定向支持，各地出台政策开放各类市政公共资源加快5G网络建设，对5G的高投入，资金支持也成为地方政策支撑的重点。

此外，政府还在基站电费优惠、税收减免及数据中心的用地用水用电保障、建设审批、能耗指标要求等方面，加大政策支持力度。

当然，除了政府出台的5G电费政策支持，未来，5G的用电/耗能问题还将长期存在，仍还需要包括运营商、铁塔公司、设备商、供应商在内的产业链各方，通过不断的技术创新和综合节能方案应用，来一起走出“5G能耗”的出路！

来源 | U学在线

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