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绿色5G,点亮绿色低碳未来

随着全球环境问题的日益严峻,各行各业正在加速向深度脱碳迈进。基于此,华为积极助力电信运营商,一方面持续降低自身网络的碳排放;另一方面通过ICT技术助力各行业的节能减排,以最终推动整个社会的绿色发展。

文/华为SRAN产品线总裁 姜旭冬
《营赢》第40期
姜旭冬

当前,“绿色”已成为全球运营商核心战略。GSMA数据显示,移动通信行业的碳排放量仅占全球碳排放量的0.4%,是相对清洁、环保的高科技行业。但运营商绿色战略的目标不仅是自身降碳“节能”,更希望助力千行百业提效降耗,实现“赋能”。为此,运营商要在满足社会日益发展的网络需求的基础上,通过持续创新,建设绿色5G网络,助力碳中和目标达成。

1.5℃ & 1:10

气候变化及其对生态系统的影响是全世界面临的头号危机。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《2021年气候变化:自然科学基础》报告显示,曾被认为是罕见或前所未有的极端天气,现在正变得越来越普遍,过去每50年才发生一次的严重热浪,现在大约每10年就发生一次。基于此,联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯呼吁:“我们唯有加紧努力,走上一条最雄心勃勃的道路,才能避免越过1.5℃这个门槛。”

GSMA的《The Enablement Effect》报告指出,在欧洲和北美范围内,2015年,移动通信技术对社会节能减排的贡献达到1:5,这意味着移动通信每消耗1度电,就将降低5度的社会用电。GSMA认为,2025年这一数字将达到1:10。

作为运营商可靠的合作伙伴,华为将持续助力运营商打造高效、绿色的5G网络,助力运营商节能减排,构建绿色社会。

厚积薄发,不断提升网络能效

回顾华为无线20多年的发展历程,我们始终坚持技术创新,通过“绿色”科技,不断提升网络能效。华为走的路是绿色发展之路。

从客户中来,到客户中去

技术创新需要突破点,而找到突破点的重要方式就是“从客户中来”,深刻理解客户需求,瞄准客户痛点,创新研发;提供满足客户要求的产品解决方案,解决客户问题,“到客户中去”。

分布式基站

2005年,华为在业界首创分布式基站,其通过将射频模块从室内机房拉远到天线远端,不仅改善了信号质量,降低了机房空调费用,同时也降低了线缆损耗。在其诞生之初,就解决了运营商室内站点机房空间不足、机房空调制冷能力达到上限的困境,降低了机房空调的使用成本。

SingleRAN解决方案

2007年,华为发布的SingleRAN解决方案,深刻改变了站点形态和部署要求。其将射频从单频单制式发展为多频多制式,不仅可帮助运营商轻松应对多制式、多网络的融合部署,实现平滑演进与高效运营,同时,与传统方案相比,SingleRAN解决方案可降低基站50%的功耗。SingleRAN从欧洲开花,在全球绽放,现在已成为全球运营商建站的主流模式,为运营商节省了大量的能耗及电费。

PowerStar,让节能软件从“不敢用”到“好用”

一直以来,运营商希望部署节能软件以降低网络能耗,同时也担心其会影响用户体验和网络性能。为此,华为在2018年率先推出了智能的节能方案——PowerStar,实现了节能与网络性能的双优。截至目前,PowerStar已在全球70多家运营商网络中实现规模商用。以中国区为例,PowerStar在现网已实现80万站点的部署,每年可节省4亿度电。

5G,低碳

共建绿色5G目标网,共赢绿色低碳未来

回顾过去是为了更好地走向未来。现在,全球对碳中和的要求提到了一个新的高度。为了更好地支撑运营商实现节能减排,华为提出了“绿色站点-绿色网络-绿色运营”系统性解决方案。针对5G目标网,华为无线则进一步强调通过能效来评估网络绿色水平,通过八大技术方向持续创新,支撑网络绿色发展,助力运营商碳中和战略目标达成。

绿色5G网,“能效”来参考

什么样的网络是绿色的呢?

由于每个网络的发展阶段不同,我们不能简单地通过绝对能耗来评估网络的绿色程度,在NCI(Network Carbon Intensity)碳排放强度指标的基础上,华为无线进一步提出了能效的概念,其从需求-能耗角度,表征了网络发展与网络能耗之间的关系。对于运营商来说,能效的价值在于引入了一种相对公平、客观的评估体系,牵引行业在业务流量增长与碳减排之间协调发展,牵引绿色5G目标网向性能和节能“双优”演进。

八大技术创新方向,共建绿色5G网络

有了科学的能效评估标准定义网络特征,还要找到正确的技术方向,这样才能建设一张绿色的5G网络。

方向一:射频走向多天线,大幅提升设备比特能效及能量传输效率。

5G的AAU基于多天线、多通道设计,不仅可通过空间复用大幅提升系统的容量,还可通过调整多天线的幅度和相位,使无线信号的能量集中于更窄的波束上,并精准指向用户的位置,从而提升能量的传输效率,大幅提升比特能效。测试结果表明,5G 64T64R AAU的比特能效比4G 4T4R RRU提升了20倍。未来,随着个人用户及行业需求的不断提升,网络流量将持续增长,AAU将是运营商承载不断增长的网络流量的不二选择。

除了持续通过多学科融合及创新降低AAU功耗之外,今年,华为创新性地提出了降低AAU功耗的新方向——超大规模天线阵列。其通过对基带算法、天线等软硬件的创新,实现了超大规模天线阵列,在最大化天面利用的基础上,实现了绿色节能和体验覆盖。根据理论分析,在边缘用户体验覆盖相同的前提下,新型绿色版MetaAAU可降低能耗30%以上。

方向二:设备走向超宽频,多频合一降能耗。

随着集成度的持续提升,设备开始从单模块支持单频段发展到支持多频段、超宽频段,可以将部署方式从原来的一个频段对应一个RRU或AAU设备,转变为多频合一、多模块合一,从而大幅降低了设备的部署数量、成本及设备能耗。

荷兰应用华为宽频RRU后的数据结果显示,运营商从原来的800MHz和900MHz频段采用2个射频模块建网,到现在700MHz、800MHz和900MHz采用1个超宽频射频模块建网,能耗基本相当,实现了加频不加功耗。

方向三:硬件功耗随负载变化逐渐逼近线性变化,持续降低中低负载能耗。

目前,业界的射频硬件效率随话务负载的变化而变化,即负载高时效率高,负载低时效率低。未来,当硬件休眠机制逐渐走向精细化、颗粒化后,在低话务负载时,可通过关闭更多器件,使之处于休眠状态,以减少无效功耗,提升硬件在话务低负载场景的效率;同时,在休眠期间,保证器件的可靠性。

中国区的实践证明,在低负载场景中应用精细化硬件休眠后,可将能耗降低60%以上。

方向四:站点走向极简,去机房、去空调。

相关统计数据显示,站点机房空调的能耗约占站点总能耗的30%~40%左右。

通过BBU集中化,可将部署方式由原来的“一站一空调”改进为“多站一空调”,未来甚至可将BBU集中机房的制冷方式由空调转变为液冷等自然冷却,从而大幅降低空调的能耗。在中国,通过BBU集中化的方式,单站点每年可节电约1.7万度。

另外还可通过“站点室外化”,以“一站一柜”、“一站一刀”替代“一站一空调”的部署方式。“一站一柜”可让冷媒更贴近热源(设备),通过更加精准化、定量化的制冷,大幅降低制冷的能耗。而“一站一刀”则是将设备直接挂杆,省去了机柜,通过自然散热的方式来降低站点的能耗。采用这种方式后,站点的效率可从原来的60%最高提升至97%。

方向五:整站走向联动,综合能源高效利用。

一直以来,供电及用电系统的很多设备都是“哑设备”,无法相互感知、彼此协同,也无法实时检测业务负荷及运行状态。这不仅使供电和用电效率低下,也造成了大量的能源浪费。

基于此,实现业务与整站的供能-储能-用能等部件的高效联动,就成为未来建设高效、绿色站点重要的发展方向。例如,如果实现了太阳能、电源、电池、电网与业务负载之间的高效协同,实现了可根据业务负载实时调节温控,真正做到电随业动、能随业动、温随业动,就可以高效利用能源,达成整站节能的目标。

在希腊,通过站点与绿色供电系统——光伏板的联动,实现了站点光能发电占整个站点的50%以上,大幅降低了站点的碳排放。

方向六:网络走向智能,节能与网络性能双优。

在保障用户体验的基础上,借助智能网络,根据不同的场景和业务变化,精准、实时地调整频谱、载波等网络资源的分配已成为业界的共识。

华为在2018年率先发布PowerStar智能节能方案的基础上,今年又发布了PowerStar2.0,其将节能时长从原来的闲时扩展到全天,将节能维度从原来的三维扩展到四维,将KPI保障从原来的天级寻优缩短到秒级寻优,在实现网络节能效果翻番的同时,可保持网络的性能不变。

在四川的商用结果显示,PowerStar2.0可将无线网络的整体能耗降低25%以上。

方向七:业务承载走向高制式,充分发挥5G的高能效优势。

相关数据显示,4G网络的能效是3G的7~10倍,5G网络是4G的20倍,未来,随着新技术的不断演进,5G的能效还会进一步成倍提升。基于网络流量不断增长的趋势,需要牵引业务向高制式发展,如果能充分利用5G的高能效优势,就可降低网络的能源消耗。

杭州的数据显示,2019~2021年,5G话务的分流比达20%左右,网络能效提升了3.5倍。

方向八:全生命周期走向循环经济,减少对自然资源的依赖。

ICT产业要实现绿色减排,除了需大幅降低网络能耗之外,还需在生产、制造、运输等非网络运行态环节走向循环经济,以进一步减少碳排放。在这方面,华为一直遵循循环经济的理念,通过将“大绿色”融入产品的生命周期管理,进而减少对自然资源的依赖,实现了全生命周期的低碳目标。

以运输包装举例,华为创新性地提出了双密度EPP工艺,即在同一个模具中同时注入两种不同密度的材料,不仅加强了缓冲性,材料环保可回收,并且体积更小,减少了包材用量,降低了能耗,实现了环境友好。

未来,华为将与运营商客户、产业伙伴一起,通过持续技术创新,助力运营商建设5G绿色目标网,助力社会千行百业实现节能减排。