5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書

1、 HYPERLINK / 5G 無線網(wǎng)絡(luò)能效評估 1.0 HYPERLINK / 白皮書 HYPERLINK / （2022 年）目錄 HYPERLINK l _bookmark0 國家雙碳戰(zhàn)略加速移動網(wǎng)絡(luò)綠色低碳發(fā)展 2 HYPERLINK l _bookmark1 國家雙碳戰(zhàn)略要求 2 HYPERLINK l _bookmark2 綠色網(wǎng)絡(luò)評估方法有待完善 3 HYPERLINK l _bookmark3 5G 無線節(jié)能技術(shù)和能效評估研究進(jìn)展 6 HYPERLINK l _bookmark4 5G 綠色節(jié)能技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新 6 HYPERLINK l _bookmark5 設(shè)備維度 6 HYP

2、ERLINK l _bookmark6 站點(diǎn)維度 8 HYPERLINK l _bookmark7 網(wǎng)絡(luò)維度 8 HYPERLINK l _bookmark8 5G 網(wǎng)絡(luò)能效評估研究進(jìn)展 9 HYPERLINK l _bookmark9 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織研究進(jìn)展 9 HYPERLINK l _bookmark10 相關(guān)行業(yè)組織研究進(jìn)展 10 HYPERLINK l _bookmark11 現(xiàn)有研究成果的局限性 11 HYPERLINK l _bookmark12 5G 多維網(wǎng)絡(luò)能效評估方法 14 HYPERLINK l _bookmark13 評估目標(biāo) 14 HYPERLINK l _bookm

3、ark14 評估方法 15 HYPERLINK l _bookmark15 宏觀層面 15 HYPERLINK l _bookmark16 微觀層面 17 HYPERLINK l _bookmark17 后續(xù)展望 18 HYPERLINK l _bookmark18 標(biāo)準(zhǔn)化 18 HYPERLINK l _bookmark19 網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐 19 HYPERLINK l _bookmark20 縮略語列表 20 HYPERLINK l _bookmark21 參考文獻(xiàn) 21國家雙碳戰(zhàn)略加速移動網(wǎng)絡(luò)綠色低碳發(fā)展2020 年 9 月 22 日，習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上承諾“中國將力爭于 2030 年前

4、達(dá)到峰值，努力爭取 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”，實(shí)現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，事關(guān)國家可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。我國將用 30 年時(shí)間走完發(fā)達(dá)國家 60 年的“達(dá)峰-中和”進(jìn)程，面臨時(shí)間短、任務(wù)重、轉(zhuǎn)型難等重重挑戰(zhàn)，倒逼中國以更快速度向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，綠色低碳成為各行各業(yè)共同的新目標(biāo)和新使命，也驅(qū)動 ICT 產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)性思考移動網(wǎng)絡(luò)綠色發(fā)展策略。國家雙碳戰(zhàn)略要求2021 年 2 月國家發(fā)布國務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見，從生產(chǎn)體系、流通體系、消費(fèi)體系、基礎(chǔ)設(shè)施綠色升級、綠色技術(shù)創(chuàng)新體系、法律法規(guī)政策體系六大方面，明確 85 項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，要求各地區(qū)抓好貫徹落實(shí)，充分認(rèn)識建立健全

5、綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的重要性和緊迫性。隨后，國家發(fā)布了2030 年前碳達(dá)峰行動方案，以及一系列能源、工業(yè)、建筑、交通等重點(diǎn)領(lǐng)域和煤炭、電力、鋼鐵、水泥等重點(diǎn)行業(yè)的實(shí)施方案，出臺了科技、碳匯、財(cái)稅、金融等保障措施，形成了碳達(dá)峰、碳中和“1+N”政策體系，并明確了相關(guān)時(shí)間表、路線圖、施工圖。2021 年底，國家發(fā)布貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求，推動數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案，提出要有序推動以數(shù)據(jù)中心、5G 為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)揮其“一業(yè)帶百業(yè)”作用，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，并且對 5G等提出具體的能效改進(jìn)要求。移動通信產(chǎn)業(yè)積極響應(yīng)政策要求，一方面

6、充分發(fā)揮信息技術(shù)在助力全社會綠色低碳中的杠桿作用，加速行業(yè)數(shù)字化和低碳化發(fā)展，另一方面加速引入綠色低碳技術(shù)，完善評估機(jī)制，建立能效、性能雙優(yōu)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。圖 1.1 數(shù)字化以 10 倍杠桿效應(yīng)使能低碳化圖 1.2 移動網(wǎng)絡(luò)向性能和能效雙優(yōu)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展綠色網(wǎng)絡(luò)評估方法有待完善過去兩年多，突如其來的疫情加速了數(shù)字化的進(jìn)程，遠(yuǎn)程辦公、線上教育等被廣泛接受。為了滿足大眾隨時(shí)隨地體驗(yàn)良好網(wǎng)絡(luò)性能的訴求，為了萬物互聯(lián)和支撐社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，移動網(wǎng)絡(luò)將持續(xù)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)流量將持續(xù)提升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2030 年，網(wǎng)絡(luò)流量仍有百倍的增長需求3，多頻多制式網(wǎng)絡(luò)將長期存在。為了避免移動網(wǎng)絡(luò)的功耗隨著流量線性增長，需要持續(xù)發(fā)

7、展節(jié)能降耗技術(shù)。圖 1.3 到 2030 年，網(wǎng)絡(luò)流量百倍提升移動通信技術(shù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展導(dǎo)向，多以提升性能作為主要目標(biāo)。評價(jià)和衡量網(wǎng)絡(luò)，也多以性能相關(guān)指標(biāo)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，例如千兆網(wǎng)絡(luò)建 設(shè)、隨時(shí)隨地 100Mbps 等，綠色相關(guān)的評估指標(biāo)體系有待完善。5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)向性能、節(jié)能雙優(yōu)發(fā)展，需引入綠色相關(guān)評估、評價(jià)機(jī)制，建立雙優(yōu)目標(biāo)網(wǎng)。然而，以何種指標(biāo)評估和衡量綠色 5G無線網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界當(dāng)前并沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?！澳芎摹焙汀澳苄А笔悄壳巴ㄓ玫膬煞N評估方法。5G 單站能耗相較 4G 雖高，但傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量更強(qiáng)，僅用“能耗”進(jìn)行評估不夠客觀。“能效”相對來說更加科學(xué)，在業(yè)界也形成了基本共識。目前“能

8、效”的常見定義為流量和能耗的比值（bit/J），比較適用于衡量單基站的能力。但對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商而言，需要更加完善的網(wǎng)絡(luò)能效評估方法，一方面可以用來衡量使用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)后帶來的能效提升，另一方面，需要衡量不同區(qū)域、場景下的網(wǎng)絡(luò)能效，從而給出相關(guān)提升建議。針對第一個(gè)目標(biāo)，由于網(wǎng)絡(luò)流量在自然增長，5G 引入的大規(guī)模天線中的多用戶 MU- MIMO 等技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)能耗的增長幅度低于流量的增長幅度，當(dāng)然也是 5G 的系統(tǒng)優(yōu)勢，但會造成 bit/J 的自然增長；針對第二個(gè)目標(biāo)，不同區(qū)域、場景下，采用不同的站型和網(wǎng)絡(luò)頻譜資源，因此，還需網(wǎng)絡(luò)性能等指標(biāo)影響，給出網(wǎng)絡(luò)能效的方法論和定義。當(dāng)前，國家和通信行業(yè)高

9、度重視 5G 能效的提升。國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合等四部委聯(lián)合印發(fā)貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求，推動數(shù)據(jù)中心和 5G 等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案，明確提出要加快節(jié)能 5G 基站推廣應(yīng)用，采用新工藝、新材料、新方案、新設(shè)計(jì)，降低基站設(shè)備能耗，提出到 2025 年，5G 基站能效要提升 20%。中國三大電信運(yùn)營商紛紛啟動了“雙碳”行動計(jì)劃：以中國移動為例，2021 年發(fā)布的C三能中國移動碳達(dá)峰碳中和行動計(jì)劃白皮書，明確提出要持續(xù)開展亞幀靜默、通道靜默、淺層休眠、深度休眠、多層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同節(jié)能無線網(wǎng)節(jié)能技術(shù)研究，明確適用場景，部署無線網(wǎng)節(jié)能技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)能效評

10、估方法的研究，將助力于推動網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，牽引無線網(wǎng)絡(luò)綠色發(fā)展。本白皮書將在隨后的章節(jié)就中國移動和華為等近期研究的能效評估方法進(jìn)行詳細(xì)描述，希望為產(chǎn)業(yè)做出相關(guān)的探索和啟示。5G 無線節(jié)能技術(shù)和能效評估研究進(jìn)展5G 綠色節(jié)能技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新為了持續(xù)提升 5G 無線網(wǎng)絡(luò)的能效，實(shí)現(xiàn)比特增長瓦特不增，需要在設(shè)備、站點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)等維度進(jìn)行創(chuàng)新。在設(shè)備維度，需要通過物理學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等多學(xué)科的創(chuàng)新，持續(xù)提升設(shè)備能效。在站點(diǎn)維度，通過整站視角的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，從提升各節(jié)點(diǎn)的電源轉(zhuǎn)換效率、降低供電鏈路的線路損耗以及空調(diào)等配套設(shè)備的功耗等方面提升站點(diǎn)全鏈路能效。在網(wǎng)絡(luò)維度，引入自動化和智能化，最大化

11、利用資源關(guān)斷的價(jià)值。設(shè)備維度無線站點(diǎn)的能耗主要由兩部分組成，一部分為站點(diǎn)配套系統(tǒng)，如機(jī)房空調(diào)、電源、傳輸?shù)饶芎模徊糠譃橹髟O(shè)備本身的能耗，如射頻單元、基帶單元等。典型的 D-RAN 站點(diǎn)，主設(shè)備能耗占比約為 60%，配套占比約為 40%。配套設(shè)備的節(jié)能，主要是圍繞應(yīng)用先進(jìn)的電源、空調(diào)節(jié)能技術(shù)等，從而最大限度的提升站點(diǎn)能效，降低 PUE 值。基站主設(shè)備功耗中，射頻模塊功耗約占 90%，是基站功耗的主要組成部分，設(shè)備節(jié)能應(yīng)主要考慮降低射頻模塊的功耗。圖 2.1 站點(diǎn)功耗組成隨著硬件工藝、材料的持續(xù)演進(jìn)，結(jié)合新技術(shù)的應(yīng)用，每兩到三 年硬件設(shè)備就會有跨越式發(fā)展，相同規(guī)格條件下硬件功耗將顯著下降。相比

12、RRU，AAU 更加復(fù)雜，由更多零部件構(gòu)成，涉及材料學(xué)、熱力 學(xué)、數(shù)學(xué)、電磁學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等多個(gè)學(xué)科。AAU 通過多學(xué)科融合和系統(tǒng) 性設(shè)計(jì)，持續(xù)降低硬件功耗。高效功放：作為射頻模塊功耗占比最高的器件，是降低能耗時(shí)要考慮的重中之重；結(jié)合 GaN 材料持續(xù)演進(jìn)、功放架構(gòu)持續(xù)創(chuàng)新，更先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) DPD 預(yù)失真算法等，持續(xù)提升功放效率。 創(chuàng)新材料：引入高性能介質(zhì)濾波器、創(chuàng)新材料和創(chuàng)新工藝一體成型、有源無源聯(lián)合設(shè)計(jì)，持續(xù)提升射頻模塊性能和降低射頻模塊損耗。相比傳統(tǒng)金屬腔濾波器，新型介質(zhì)濾波器運(yùn)用新型拓?fù)浼軜?gòu)和新型介質(zhì)材料，實(shí)現(xiàn)體積、重量和插損大幅降低，支撐 5G 設(shè)備向更輕、更高效發(fā)展。天線材料持續(xù)發(fā)展

13、，高性能樹脂新材料助力一體成型天線，支持天線輕量化和高性能。通過有源和無源聯(lián)合設(shè)計(jì)演進(jìn)，引入新型低插損介質(zhì)材料降低介質(zhì)損耗；引入新型復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)信號傳輸在高導(dǎo)電率傳輸層上，電導(dǎo)率高，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體低損耗。高效散熱：射頻模塊正常工作時(shí)，模塊功耗受到溫度影響，溫度越高，模塊功耗也越高；通過 RBC、仿生齒等高效散熱技術(shù)使模塊工作在溫度相對較低的狀態(tài)以降低功耗。高集成度芯片：芯片工藝和算法持續(xù)演進(jìn)，降低單芯片功耗；芯片內(nèi)資源的調(diào)度方式逐漸優(yōu)化，通過芯片內(nèi)資源核的獨(dú)立下電控制和頻率控制，實(shí)現(xiàn)資源核的調(diào)度和業(yè)務(wù)量相關(guān)。設(shè)備除硬件效率持續(xù)提升外，還需軟件技術(shù)持續(xù)演進(jìn)降低模塊在運(yùn)行態(tài)的功耗。在 5G 網(wǎng)絡(luò)部署初

14、期，由于業(yè)務(wù)負(fù)荷、用戶規(guī)模尚處于發(fā)展中，可以在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的情況下，對 5G 基站設(shè)備的有源器件進(jìn)行選擇性的靜默，從而實(shí)現(xiàn)基站節(jié)能。中國移動已聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界研發(fā)時(shí)域、頻域、空域、功率域等多維度的無線網(wǎng)節(jié)能技術(shù)，包括亞幀靜默、通道靜默、淺層休眠、深度休眠、下行動態(tài)功率控制和宏微協(xié)同休眠等節(jié)能技術(shù)，并已推動現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模落地應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷場景基站節(jié)電 15%35%，極低負(fù)荷場景基站節(jié)電 50%以上。站點(diǎn)維度通過站點(diǎn)架構(gòu)創(chuàng)新，如 BBU 集中化、全室外免空調(diào)站點(diǎn)等，減少空調(diào)等非功能性設(shè)備的使用。通過重構(gòu)站點(diǎn)形態(tài)，站點(diǎn)從機(jī)房變機(jī)柜，機(jī)柜變掛桿，免土建機(jī)房。目前 5G 建設(shè)，多采用 C-RAN 極簡站點(diǎn)方式

15、提升站點(diǎn)能效。C-RAN 架構(gòu)下基帶單元集中部署，可簡化遠(yuǎn)端站點(diǎn)，節(jié)省大量的機(jī)房、空調(diào)，從而大幅降低能耗。網(wǎng)絡(luò)維度無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，可分為功能化、自動化和智能化三個(gè)階段。功能化階段，在 2G/3G 時(shí)代，通常是通過關(guān)斷各種網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，例如關(guān)斷時(shí)隙、通道、載波、小區(qū)等網(wǎng)絡(luò)資源，達(dá)到節(jié)能的目的。這種方式存在節(jié)能方案開通效率低下、網(wǎng)絡(luò)性能難以保證等問題。自動化階段，隨著技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)逐漸進(jìn)入節(jié)能自動化階段，實(shí)現(xiàn)節(jié)能特性的自開通、部分節(jié)能參數(shù)基于策略的自優(yōu)化，一定程度上解決節(jié)能特性開通的難題。智能化階段，無線節(jié)能技術(shù)持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界開始引入智能引擎，節(jié)能向全面智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益最

16、大化，同時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)性能。中國移動自主開發(fā)了智能節(jié)電平臺，支持以AI 智能預(yù)測技術(shù)為核心的 5G 全場景動態(tài)節(jié)能策略，實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能靈活最佳調(diào)配，可在已有的節(jié)能功能基礎(chǔ)上，額外節(jié)省 5%以上網(wǎng)絡(luò)能耗，產(chǎn)品入選發(fā)改委國家通信業(yè)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品推薦目錄（2021）。5G 網(wǎng)絡(luò)能效評估研究進(jìn)展由于現(xiàn)有的能效評估方法比較適用于衡量單基站，對于整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)不夠客觀，目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織、產(chǎn)業(yè)組織等，紛紛開展了綠色網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究，并嘗試定義網(wǎng)絡(luò)綠色 KPI 指標(biāo)體系。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織研究進(jìn)展ETSI、ITU、3GPP 等國際標(biāo)準(zhǔn)組織開展的無線網(wǎng)絡(luò)能效研究聚焦于不同場景、不同業(yè)務(wù)類型，提出相應(yīng)的能效指標(biāo)定義（能效指標(biāo)=

17、 網(wǎng)絡(luò)有效輸出/網(wǎng)絡(luò)能耗，有效輸出包含流量，覆蓋面積，時(shí)延，連接數(shù)等）：從業(yè)務(wù)類型看，以 5G 為例，涵蓋了 eMBB，URLLC，mMTC三大場景4；從部署場景看，考慮 5G 一些新場景，如切片、VNF、RAN- sharing 等5。CCSA 等國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織近期也啟動了相關(guān)工作，其中 TC5 WG9工作組今年啟動了影響 5G 無線網(wǎng)絡(luò)能效的參數(shù)及測試方法研究研究報(bào)告立項(xiàng)，旨在研究分析影響網(wǎng)絡(luò)能效的主要參數(shù)，并明確參數(shù)的定義、類別及方法，以客觀了解網(wǎng)絡(luò)總體的節(jié)能效果，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)的推進(jìn)、節(jié)能降耗產(chǎn)品的落地應(yīng)用等。相關(guān)行業(yè)組織研究進(jìn)展GSMAGSMA（Global System for Mo

18、bile Communications assembly，全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會）在持續(xù)研究評估無線網(wǎng)絡(luò)能效的指標(biāo)體系，并嘗試從多個(gè)維度對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行描述 6。energy per unit of traffic (kWh / GB)energy per connection (kWh / connection)energy per cell site (MWh / cell site)energy per revenue (MWh / million)另外，GSMA 在進(jìn)行跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)對比分析時(shí)，為了剔除人口密度等外界因素的影響，還對數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理，以凸顯網(wǎng)絡(luò)相關(guān)因素對于網(wǎng)絡(luò)能效帶來的影

19、響。NGMN為了更好地支持 5G 全面部署和充分發(fā)揮 5G 的作用，自 2021 年以來，以運(yùn)營商為主的產(chǎn)業(yè)組織平臺 NGMN（Next Generation Mobile Networks，下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)）也在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)能效相關(guān)研究。NGMN成立三項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目，其中一項(xiàng)即為綠色節(jié)能，其圍繞網(wǎng)絡(luò)能效和綠色 KPI 指標(biāo)展開研究7。2022 年旨在：建立具備全球運(yùn)營商普適性的 KPI 和方法論定義能效評估方法論定義能效評估方法論所需的數(shù)據(jù)源及獲取方式NGMN 能效和綠色 KPI 項(xiàng)目組認(rèn)為需要引入網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量因子，全面評估綠色網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有研究成果的局限性現(xiàn)有能效評估方法，初步考慮了業(yè)務(wù)場景對能效的影響

20、。以 ETSI ES 203 228 為例，針對 eMBB 場景、覆蓋場景、時(shí)延場景，定義的能效指標(biāo)如下：eMBB 場景：EE =traffic Energy Consumption廣覆蓋場景：EE =coverage areaEnergy Consumption低時(shí)延場景：EE =user plane latencyEnergy Consumption以 eMBB 場景為例，上述定義的能效評估方法是將傳統(tǒng)單站能效評估方法直接擴(kuò)展為網(wǎng)絡(luò)能效評估，即網(wǎng)絡(luò)能效等于網(wǎng)絡(luò)總流量除以網(wǎng)絡(luò)總能耗。這種方法看似簡單直接，然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，將面臨以下三方面的挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn) 1：5G 基站密度的增加在提升網(wǎng)絡(luò)覆

21、蓋率的同時(shí)，也會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)總能耗的增長，評估網(wǎng)絡(luò)能效時(shí)如何考慮？當(dāng)前，5G 網(wǎng)絡(luò)仍處于大規(guī)模建設(shè)階段，各運(yùn)營商都在加快 5G 建設(shè)步伐，打造 5G 精品網(wǎng)絡(luò)。人均 5G 基站數(shù)、單位面積 5G 基站數(shù)成為衡量 5G 商用建設(shè)是否領(lǐng)先的明星指標(biāo)，不斷增加的 5G 基站建設(shè)密度，在提升絡(luò)覆蓋率提升的同時(shí)，也會造成網(wǎng)絡(luò)能耗的增加。在當(dāng)前 5G 流量尚未充分發(fā)展的情況下，反而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能效有所下降，在評估網(wǎng)絡(luò)能效時(shí)需要綜合考慮。表 2-1 部分城市 5G 基站數(shù)和基站密度（截止 2021 年底）城市5G 基站數(shù)（萬）基站密度（個(gè)/平方公里）深圳524.7上海4.87.6北京5.53.4挑戰(zhàn) 2：能效隨著流

22、量的增長而增長，且能效與流量的關(guān)系是非線性的，如何實(shí)現(xiàn)能效的橫向?qū)Ρ?？為簡化分析，首先，從單基站來看，即使沒有業(yè)務(wù)時(shí)，基站也存在較大的靜態(tài)功耗，也就是能效公式中，分母是截距不為 0 的表達(dá)式，能效與流量的關(guān)系將不再是線性的，流量與能效的關(guān)系建模如圖 2.3所述；其次，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)流量與能效的關(guān)系還會受到用戶業(yè)務(wù)特征、信道分布等因素影響，流量與能效的關(guān)系將變的更為復(fù)雜，流量與能效呈現(xiàn)出類對數(shù)曲線模型，如圖 2.4 所示。因此，如何實(shí)現(xiàn)不同城市、區(qū)域的能效對比，還需要更深入的研究?；竟呐c負(fù)荷關(guān)系基站功耗（w）收發(fā)信機(jī)數(shù)字中頻基帶上移電源功放100%70%50%30%0%業(yè)務(wù)負(fù)荷（無線資源

23、利用率）圖 2.2 基站能耗與負(fù)荷的關(guān)系圖（某型號 5G 基站）能效（GB/kWh）單站流量與單站能效的關(guān)系圖（GB/kWh）020406080100流量網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)系0.002.004.006.00網(wǎng)絡(luò)流量（TB）8.0010.0012.00網(wǎng)絡(luò)能效（GB/Kwh）圖 2.3 單站流量與單站能效的關(guān)系圖（某型號 5G 基站）y= -0.0007x3- 0.0294x2+ 2.6757x +0.0395R = 0.9991圖 2.4 網(wǎng)絡(luò)流量與網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)系圖（某 5G 現(xiàn)網(wǎng)區(qū)域）挑戰(zhàn) 3：不同環(huán)境因素下，相同流量的網(wǎng)絡(luò)能耗代價(jià)不同，評估網(wǎng)絡(luò)能效時(shí)如何考慮？不同環(huán)境因素下相同流量消耗

24、的網(wǎng)絡(luò)資源不同，需要的網(wǎng)絡(luò)能效也不同。白皮書重點(diǎn)考慮室內(nèi)外環(huán)境因素的影響。以 D 頻段 2.6GHz為例，采用室外覆蓋室內(nèi)建網(wǎng)時(shí)，建筑物的綜合穿透損耗約 20dB，前期測試結(jié)果顯示，室內(nèi)用戶平均速率約是室外平均速率的 1/41/3，也就是說相同的流量下，室內(nèi)用戶需要耗費(fèi)相當(dāng)于室外用戶 34 倍的網(wǎng)絡(luò)資源，此時(shí)基站的能耗約是服務(wù)室外用戶時(shí)的 1.21.6 倍左右。因此，在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)能效時(shí)，需要考慮這個(gè)客觀因素的影響。表 2-2 室內(nèi)外邊緣用戶速率測試情況指標(biāo)要求室外道路遍歷測試淺層覆蓋站間距（m）用戶平均速率（Mbps）用戶邊緣速率（Mbps）用戶速率（Mbps）下行上行下行上行下行上行密集城區(qū)4

25、0050090125203131422330一般城區(qū)35045080100203912314505G 多維網(wǎng)絡(luò)能效評估方法 評估目標(biāo)傳統(tǒng)的覆蓋率、接通率等 KPI 指標(biāo)，主要用來衡量用戶、業(yè)務(wù)體驗(yàn)，并從體驗(yàn)的角度間接對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)提出要求；而無線網(wǎng)絡(luò)能效評估的目標(biāo)是成為直接衡量網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)指標(biāo)，從能效的角度評估網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)是否合理。因此，兩者之間需要有機(jī)結(jié)合，無線網(wǎng)絡(luò)能效評估方法需要在保證網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上，促進(jìn) 5G 網(wǎng)絡(luò)向高能效網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，提升 5G 網(wǎng)絡(luò)流量、降低 5G 網(wǎng)絡(luò)能耗，為 5G 網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展指明方向。評估方法單位網(wǎng)絡(luò)能耗可貢獻(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)流量表達(dá)式如下：= 但考慮到網(wǎng)絡(luò)流量以及網(wǎng)絡(luò)

26、性能都是網(wǎng)絡(luò)的有效輸出，需從多維度對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行綜合考量，網(wǎng)絡(luò)能效可用如下公式表達(dá)：Service（流量，性能）能效 =能耗此外，5G 網(wǎng)絡(luò)能效評估的對象是無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，無線網(wǎng)絡(luò)能效評估可劃分成宏觀和微觀兩個(gè)層面，其中，宏觀層面指評估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為城市級或以上，微觀層面指評估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為片區(qū)級。下面，將就宏觀層面和微觀層面分別進(jìn)行闡述。宏觀層面考慮不同城市類型存在差異（人口規(guī)模等），為了提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，通常不同城市的單位面積基站數(shù)量存在差異，在網(wǎng)絡(luò)能效評估時(shí)需要考慮；此外，需要給出一定網(wǎng)絡(luò)流量下的能效取值基準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)不同城市的可比性。具體來說，評估步驟如下：首先，基于基站密度對

27、網(wǎng)絡(luò)總能耗進(jìn)行等效處理。本白皮書給出一種等效網(wǎng)絡(luò)能耗處理方法，用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)能耗除以單位面積基站數(shù)量的函數(shù)，即：其中，= = /()通過()函數(shù)的設(shè)計(jì)，一方面，對整體能效進(jìn)行補(bǔ)償，可一定程度緩解網(wǎng)絡(luò)初期，高基站密度帶來的能耗評估負(fù)擔(dān)；另一方面，通過靈活控制補(bǔ)償?shù)拇笮。粫苯酉呋久芏葞淼哪芎?，避免初期為了提升覆蓋率而盲目建站，并驅(qū)動 5G 基站建設(shè)密度較高的城市，進(jìn)一步提升 5G 業(yè)務(wù)流量，充分發(fā)揮 5G 基站的高能效優(yōu)勢。其次，基于分段評估實(shí)現(xiàn)不同城市的能效對比。具體來說，根據(jù)各城市的網(wǎng)絡(luò)流量繪制CDF 分布圖，分別定位出 CDF 10%、30%、50%、 100%對應(yīng)的城市流量，形成四

28、個(gè)流量區(qū)間，再根據(jù)流量對應(yīng)的等效網(wǎng)絡(luò)能耗值（多個(gè)樣本點(diǎn)可取平均值），計(jì)算出流量對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能效，不同對比區(qū)間可繪制多個(gè)折線圖作為網(wǎng)絡(luò)能效基準(zhǔn)，如圖 3.1 所述。各城市可根據(jù) 5G 網(wǎng)絡(luò)流量大小，映射到對應(yīng)的區(qū)間進(jìn)行能效對比，如果對應(yīng)的 5G 能效低于基準(zhǔn)值，可考慮分類型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化：對于流量 CDF 10%對應(yīng)流量的城市：5G 業(yè)務(wù)量極低，考慮大部分 5G 基站為覆蓋站，應(yīng)積極采取覆蓋能力強(qiáng)的基站，或者部署通道數(shù)更低、低頻段 5G 站型；對于流量處于 CDF 10% CDF 30%對應(yīng)流量的城市：有較少的 5G 業(yè)務(wù)量，可積極部署節(jié)能技術(shù)，并加快發(fā)展 5G 業(yè)務(wù)；對于流量處于 CDF 30

29、% CDF50%對應(yīng)流量的城市：有一定的 5G 業(yè)務(wù)量，在積極發(fā)展 5G 業(yè)務(wù)的同時(shí)，優(yōu)化節(jié)能策略、基站功率配置等；對于流量處于 CDF 50% CDF100%對應(yīng)流量的城市：5G 業(yè)務(wù)發(fā)展較好，可優(yōu)先引入能力更強(qiáng)的 5G 基站；如果室內(nèi)業(yè)務(wù)量網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)系.10%0.002.004.006.00網(wǎng)絡(luò)流量（TB）8.0010.0012.0030%50%100%R = 0.9991.0395.6757x + 00294x2 + 20007x3 - 0.y = -0網(wǎng)絡(luò)能效（GB/Kwh）較多，建議大力推動室內(nèi)站型的部署，提升 5G 網(wǎng)絡(luò)整體能效。圖 3.1 分段評估示意圖微觀層面微觀層

30、面評估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為片區(qū)級，需要在宏觀層面的基礎(chǔ)上，給出不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)能效基準(zhǔn)。不同片區(qū)除了單位面積基站數(shù)量存在差異外，基站的覆蓋類型、室內(nèi)外用戶分布等環(huán)境因素也存在較大的差異，在評估網(wǎng)絡(luò)能效時(shí)，需要充分考慮上述差異，因此，首先需要解決在給定的網(wǎng)絡(luò)流量下，具體網(wǎng)絡(luò)能效是多少才是合理的問題；具體來說，評估步驟如下：首先，基于區(qū)域的基站密度對網(wǎng)絡(luò)總能耗進(jìn)行等效處理，用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)能耗除以單位面積基站數(shù)量的函數(shù)，即： = 其中， = /()其次，基于室內(nèi)外用戶的流量對網(wǎng)絡(luò)總流量進(jìn)行等效處理。結(jié)合上一章節(jié)的分析，室內(nèi)用戶獲取相同的流量需要更多的資源，因此，建議區(qū)分統(tǒng)計(jì)室內(nèi)外用戶的流量，不再簡單得將兩部分相加

31、，而是將室內(nèi)外用戶流量分別進(jìn)行等效處理，如分配權(quán)重。公式簡要表示如下： = (, ,)最后，采用分段評估，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的能效對比。具體可參考3.2.1章節(jié)進(jìn)行處理，其中，流量和能耗均為等效值。后續(xù)展望5G 無線網(wǎng)絡(luò)能效評估方法的研究推進(jìn)將對整個(gè)行業(yè)的綠色發(fā)展帶來巨大的積極助推作用，后續(xù)工作主要圍繞以下兩個(gè)方面：標(biāo)準(zhǔn)化工作。以標(biāo)準(zhǔn)化為導(dǎo)向的研究分析，對能效評估方法進(jìn)行持續(xù)完善，并使得能效評估方法的價(jià)值從某個(gè)組織受益擴(kuò)大為整個(gè)行業(yè)受益。網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐。定義網(wǎng)絡(luò)能效評估方法的根本目標(biāo)是為了評估網(wǎng)絡(luò)能效，以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)綠色發(fā)展。我們需在網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐中，逐步完善這套評估方法，并對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行評估，并匹配以合適的節(jié)能技

32、術(shù)，最終達(dá)成助力 5G 網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展的目的。標(biāo)準(zhǔn)化后續(xù)，將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界在ETSI、CCSA 等標(biāo)準(zhǔn)化組織，以及NGMN，GSMA 等行業(yè)組織推動如下維度的研究分析，持續(xù)完善能效評估方法。評估場景的擴(kuò)展考慮更多場景的能效定義，例如 uRLLC、mMTC 以及 5G-演進(jìn)場景等。影響能效的關(guān)鍵影響因素分析影響 5G 網(wǎng)絡(luò)能效的因素眾多，復(fù)雜交錯(cuò)，分析并理解不同因素對網(wǎng)絡(luò)能效的影響幅度，作用原理，可有效指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)能效改進(jìn)，以及支撐節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。場景化能效基線定義針對不同場景，基于大量的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以及理論經(jīng)驗(yàn)，定義相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能效基線，指導(dǎo)綠色網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐在 5G 商用建設(shè)運(yùn)營階段，采用上述網(wǎng)絡(luò)能效評估，可以建設(shè)綠色網(wǎng)絡(luò)標(biāo)桿、促進(jìn)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用，助力 5G 網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展。建立綠色網(wǎng)絡(luò)標(biāo)桿：通過逐步完善這套評估方法，并對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行評估，有助于建立能效基線，形成綠色網(wǎng)絡(luò)標(biāo)桿區(qū)域，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展。促進(jìn)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用：對于能效較低的站點(diǎn)或區(qū)域，可針對性地匹配節(jié)能技術(shù)、產(chǎn)品，并預(yù)估節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后的網(wǎng)絡(luò)能效提升情況，提升網(wǎng)絡(luò)能效水平?？s略語列表縮略語英文全名中