通讯网络究竟有多拼 为了省电

通讯网络的能耗疑问，不时都是人们关注的焦点。

依据运营商财报数据，2020年，中国移动的能消耗用是376.6亿元，中国电信146.4亿元，中国联通129亿元。三大电信运营商加在一同，是652亿元。要知道，2020年三大运营商的利润，一共也就1411.48亿元。

三大电信运营商的能消耗用(单位：亿元)

近年来，随着5G和数据中心的规模树立，运营商不只投入了少量的树立资金，在能消耗用方面也是开支甚巨，构成了繁重的老本累赘。

从下图咱们也可以看出，运营商在2020年的能耗支出，相比前一年直接飙涨了60多亿元，增速惊人。

不时参与的通讯网络能耗，不只象征着巨额的电费，也象征着海量的碳排放量。

依据工信部预计，按目前的开展趋向，2035年中国5G和数据中心的碳排放总量将达2.3~3.1亿吨，约占中国碳排放总量的2~4%，相当于北京目前全市二氧化碳排放量的两倍。

妇孺皆知，咱们国度在2020年明白提出了“双碳”策略，即2030年成功“碳达峰”、2060年成功“碳中和”。通讯网络的能耗疑问，重大阻碍了“双碳”策略目的的成功。它不只仅相关到运营商的运营业绩，更影响了咱们的生态环境，以及国度社会经济的可继续开展。

那么，通讯网络的能耗疑问，究竟该如何处置呢?咱们该如何启动节能减排?5G、数据中心这些“电老虎”，真的有方法征服吗?

节能减排的思绪演化

方法当然是有的。

理想上，通讯网络的节能减排，业界曾经钻研了很多年，并且也积攒和积淀了一些阅历和方法。

随着时代的极速开展，通讯网络的规模变得越来越大，能耗也越来越大。

于是，通讯行业在传统阅历方法的基础上，提出了更微观、更迷信的通讯网络节能减排思绪，演绎为两个词，区分是：网络全生命周期、端到端。

所谓网络全生命周期节能减排，是指在设计和布局节能减排方案时，从微观上启动全体布局，笼罩通讯设备从研发、消费、树立到保养的各个环节，启动片面提效降能。

而端到端，则是站在产品和设备类型的角度，将节能减排落实到终端、接入网(基站)、承载网、外围网、数据中心等通讯网络的各个畛域。

新的节能减排思绪强调全体思想，以及多维度的协同协作，带来了节能效率的大幅优化，逐渐被越来越多的运营商和设备商接受，成为行业趋向。

节能减排的详细举措

接上去，咱们就依照网络全生命周期的角度，逐个引见通讯网络的节能举措。

先看看产品研发设计环节。

在产品研发设计阶段启动设备功耗控制和改良，相当于从源头上启动了节能减排。

这是成果最直接的形式，也是难度最大的形式，对企业的研发才干要求很高。企业须要须要投入少量的资源启动翻新和试错，这外面可以优化的空间也越来越小。

以5G基站为例。5G基站的能耗疑问，不时都是人们关注的焦点。由于引入了AAU有源天线以及MassiveMIMO技术，5G基站的能耗相比4G有显著的参与。5G单站的功耗，大约是4G的2.5~3.5倍。(当然了，咱们也须要留意到，5G的单位比特能耗是显著降低的。也就是说，5G的能效显著高于4G。)

2019年4G/5G基站功耗对比

为了压低5G基站的上班功耗，设备商可以说是不假思索。

在产品设计阶段，厂商们就须要将能耗目的摆在和性能目的等同关键的位置。

为了满足能耗要求，他们会经过驳回自研高性能芯片、更正当的产品结构设计、更先进的资料和工艺，成功产品的极致能效。

举个中兴通讯的例子。中兴通讯是世界无线系统设备的外围供货商，每年要向客户交付数十万个5G基站。所以，他们对5G基站的能耗目的十分注重。

他们经过自研高集成度、高性能基带处置、数字中频处置芯片，配合经常使用高集成度收发信机，不时优化电路设计和DPD处置，有效优化功放效率，片面降低5GAAU设备的零件能耗。

中兴通讯的基站产品

5G功放是基站外围器件，中兴通讯驳回GaN+技术配合配件算法改良，使功放效率到达55%以上。

在新工艺和新资料上，中兴通讯经过优化AAU导热散热性能，减低重量，驳回翻新的V型仿生散热齿联合新资料及超轻架构，优化了20%的散热效率。

华为去年颁布了绿色5G网络的能效评价体系——E2(EnergyEfficiency)。在接入网方面，华为以为，5G射频向超大规模天线阵列演进，使能空间波束集中，优化了能量传输效率。

此外，华为还提出，射频有源局部驳回多通道技术优化设备容量，也可以大幅优化设备的比特能效。此外，经过高效超宽带功放及通道技术的经常使用，将多个单频设备融分解一个超宽频设备，也能够大幅缩小设备部署数量和老本，降低设备能耗。

接上去，是产品消费制作环节。

如何降低工业制作环节中的能耗，不只是通讯行业的疑问，更是整个工业界的特性疑问。

以往的节能形式，关键集中在设备的工艺更新和动力的变革交流上。

如今，这种形式的节能空间越来越小。于是，引入5G、工业互联网、MEC、AI等多种数字默认技术，启动默认制作，成为工业界的新选用。

默认制作车间

默认制作成功了高度数字化、默认化、无人化，大幅优化了消费效率，缩小了消费环节中的碳排放。

再接上去，咱们重点说说通讯网络树立和运维环节。这两个环节如今是整个行业关注的节能减排重点，开展后劲很大。

咱们还是先看看基站侧。

关于运营商来说，5G能耗的70%，来自于RAN(接入网)。因此，站点侧的节能降耗，是他们的首要义务。

基站站点的动力模型(来自：GSMA，翻译：鲜枣课堂)

基站的节能，通常包含以下几种形式：站点组网方案的改良，清洁动力的经常使用，AI技术的引入，等等。

站点的集中化、绿色化、小型化，是这些年的干流趋向。尤其是C-RAN被提出之后，随着技术的更新，基站的组网部署形式开局出现显著变动。

包含中兴、华为在内的干流设备商，都提出了极简站点的方案。

方案中，基站的树立形式从散布式向集中式转变，从几何叠加向逻辑集成转变。例如，设备小型化、集成化，将机房变机柜、机柜变杆站，尽量缩小设备空间占用，缩小机房数量，从而缩小机房租赁老本以及空调费用。

在动力方面，基站关键的节能举措就是：驳回少量的清洁动力，市电变绿电，降低电费支出，缩小碳排放。

详细的做法包含：

一、尽量驳回太阳能光伏电源，成功太阳能、交流电源、蓄电池等多路供电保证。

白昼高峰用电时段，由光伏与储能电池设备供电，储能电池应用夜间的低谷用电时段启动储能，到达“削峰填谷”的目的。

安徽六安移动的5G绿色基站

二、驳回锂电池替代铅酸电池。

传统的铅酸电池面临很多疑问，如体积大、重量重、 循环寿命短，且对环境要求严苛，温度太高会缩减寿命、 太低则影响经常使用性能。

相比之下，锂电不只体积小、重量轻，而且更环保。锂电的能量体积密度和能量重量密度是铅酸电池的4-5倍，循环寿命更是有10-20倍的优化。

以往锂电关键用于备电。如今，围绕锂电有了很多默认储能系统方案。

这类系统驳回更精准的电化学模型，引入数字化默认化技术，优化储能治理精度，可以成功和电网更好的协同。它还可以针对阶梯电价，启动错峰用电治理，成功错峰运营效率最大化。

除了网络架构和动力变革之外，对通讯网络启动节能减排的最有效手腕，就是“默认化运维”。

也就是说，部署默认化的动力治理工具，经过多层级能效优化、预防性保养、多维度运营治理等性能，优化网络运维效率，降低有效上站老本和站点宕站危险，缩小网络保养费用。

说到默认化，当然离不开AI。

AI技术这几年开展十分迅速，而通讯技术对AI的引入，重点就在于运维阶段。

基于AI和大数据技术，经过默认算法对通讯业务启动预测、调度与调配，可以在保证用户体验的前提下，能够成功每比特的能耗最优。

基站节能最有效的手腕就是关断。

前几年，盛行过这么一个说法，说运营商在网络低峰期，会封锁5G基站，浪费电费。这个说法过后惹起了社会的一片哗然。

其实，频繁开关基站电源，对设备寿命的影响很大。如今运营商启动设备关断，并不是便捷地关掉整个设备的电源，而是基于对业务负荷的精准剖析和预测，启动多维度多粒度的节能关断。

换句话说，就是更痴呆地关断——不关基站，可以关载波、关天线通道，甚至关子帧、关符号。

亚帧关断

通道关断

载波关断

4G/5G共模基站协作关断

以中兴的PowerPilot默认节电方案为例。它可以成功符号级、通道级和载波级关断，针对差异化笼罩场景、时段和基站负荷，成功站点级多档次的节电。

它还能够经过网络话务、性能消息剖析，被动识别节能场景，婚配不同维度的节能性能，成功节能“一站一策”，准确预测网络话务负荷趋向，进一步开掘网络级的节能效率。

华为的PowerStar2.0处置方案，也是一种基于业务变动，实时调整频谱、载波等网络资源调配的默认节电方案。

它在关断资源类型、关断时长和运维效率上，对节能手腕启动全方位优化，多维协同成功节能和网络性能双优。

数据中心的节能减排

除了基站之外，数据中心的节能减排，我也便捷和大家聊一聊。

随着国度“东数西算”策略的推出，数据中心成为了整个社会的关注重点。作为算力的关键载体，它雷同面对严格的能耗疑问。依据数据显示，2020年，全国数据中心共耗电2045亿千瓦时，占全社会用电量的2.7%，十分惊人。

数据中心的节能减排方案，和基站有很多共通之处，例如新动力的引入，AI运维的驳回。但是，由于数据中心自身的大体量、大规模特点，它的节能方案又有很多不凡的中央。

之前我引见“东数西算”的时刻说过，数据中心专门有一个目的叫做PUE(Power UsageEffectiveness，电能经常使用效率)。PUE=数据中心总能耗/IT设备能耗，这个值越凑近1，则标明该数据中心的非IT设备耗能越少，即能效水平越高。

除了IT业务设备之外，数据中心最大的能耗开支，集中在散热制冷上。

所以，数据中心的节能思绪集中在两个方面：一、经常使用更清洁的电能，提高可再活泼力比例;二、驳回新的制冷技术和方法，提高制冷效率。

可再活泼力比例，这个就不用多说了。国度政策正在疏导数据中心树立往风电、水电、太阳能更充沛的地域开展，就是为了更好地利用新动力，降低对化石动力的依赖。

除了外部动力之外，数据中心也致力启动外部储能系统的变革，驳回“HVDC+市电”的方案，替代传统的“UPS+市电”方案。

HVDC是High Voltage DirectCurrent，低压直流输电。“HVDC+市电”的牢靠性和安保性更高，供电效率强于“UPS+市电”，是不连续电源的干流开展趋向。

如今很少数据中心服务商，重点打造柔性用能电力模块，把用电、备电、储能启动场景的设备整合和默认调动，构成数据中心动力网的本地路由器。说白了，就是从繁多市电变为多能互补，什么电都能用，灵敏适配。

值得一提的是，直流如今正成为更少数据中心的选用。由于直流的损耗更小，对电能的应用率更高，合乎如今数据中心高算力下的高能耗需求。

咱们重点看一下散热制冷。

数据中心传统的散热形式是风冷。由机房空调(CRAC)或机房空气处置单元(CRAH)发生的冷空气，经过送风通道，保送至设备所在位置，启动冷却。

以前的风冷，都是房间级，也就是对整个机房启动吹风制冷。这种形式制冷门路太长，效率太低。

如今盛行的是池级、排级和机柜级风冷，也就是说，以一个机柜池、一排机柜或许单个机柜为中心，启动散热设计。

机柜排级散热，以一排机柜为对象，启动风道设计。

很显然，气流门路越短，散热效率越高。

除了风冷之外，如今逐渐开局盛行水冷、液冷。

液体的导热才干是空气的25倍，相反体积下，液体带走的热量是空气的近3000倍。从噪音角度来看，等同散热水平下，液冷的噪音比风冷降低20-35分贝。从能耗的角度来看，液冷比风冷浪费电量30%-50%。

液冷分为两种。一种是液体没有与散热器件启动直接接触的(只是介入热交流)，还有一种是液体制冷剂直接与散热器件启动接触的(甚至是浸泡在制冷液中)。后者的制冷效率最高，简直可以做到PUE为1.04(极限凑近于1)，但是老本和技术难度也最高。

数据中心还有几种制冷技术越来越火，例如背板空和谐直接蒸发冷却等。

直接蒸发冷却空调

除了可再活泼力和制冷技术翻新之外，数据中心还驳回了很多其它的节能减排手腕。例如，大规模驳回预制模块化数据中心，缩短树立工期，简化树立流程。

预制模块化数据中心

再例如，和基站一样，引入AI技术，对数据中心的动力治理和运维系统启动默认化更新，启动节能和肥壮度的建模，应用AI算法启动数据训练，最后构成最佳参数寻优。

结语

面向未来，咱们国度正处于数字经济减速启动的关键阶段。各行各业的数字化转型逐渐铺开，对ICT数字基础设备有剧烈的需求。

如何在确保“双碳”目的的前提下，成功对这些需求的撑持，是摆在整个行业背地的难题。

宿愿行业企业能够继续加小节能畛域的研发投入，探求出更多的节能技术翻新，走出一条独具特征的“绿色通讯”开展之路。