周慕涵

摘要：近些年來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，5G技術(shù)將會(huì)在未來(lái)逐漸走進(jìn)我們的生活中。5G是全球高新技術(shù)發(fā)展的典型代表，同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也是我國(guó)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要組成部分。根據(jù)最近召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議精神，我國(guó)正處于5G發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，國(guó)家將出臺(tái)一系列的戰(zhàn)略來(lái)引導(dǎo)5G技術(shù)的發(fā)展，由此看來(lái)，5G技術(shù)的研究和發(fā)展是十分有意義的。本文主要通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，來(lái)探索電信企業(yè)和電力企業(yè)合作解決5G電費(fèi)問(wèn)題的一種新模式。

關(guān)鍵詞：5G;耗電問(wèn)題;合作;研究

現(xiàn)如今，大部分人都已經(jīng)對(duì)第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）有了初步的了解，根據(jù)專家的預(yù)測(cè)，最早在今年第三季度就會(huì)實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)的試商用，而明年則會(huì)全面進(jìn)入到5G正式商用的時(shí)代。5G技術(shù)的發(fā)展會(huì)在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)乃俣?，提高?guó)家信息化水平，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，但是同時(shí)也存在著一些問(wèn)題，很多專家認(rèn)為5G技術(shù)在很多方面存在著一定的局限性，例如：5G網(wǎng)絡(luò)的成本相對(duì)較高，尤其是體現(xiàn)在基站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)方面。據(jù)華為公司預(yù)測(cè)，5G基站的功耗將是4G基站的3倍左右，這會(huì)在很大程度上影響5G技術(shù)的應(yīng)用成本。除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)頻率更高，單站覆蓋面積就會(huì)相對(duì)縮小，這就意味著需要建設(shè)更多的基站才能實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋目標(biāo)。5G網(wǎng)絡(luò)基站耗電問(wèn)題對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)具有重大影響，如何在保證通信質(zhì)量的前提下妥善處理耗電成本問(wèn)題，逐漸成為人們關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

一、5G基站耗電情況分析

根據(jù)電信行業(yè)的專家預(yù)測(cè)，進(jìn)入5G時(shí)代后，基站與通信終端間的傳輸速率將是4G的10倍，達(dá)到1Gbps。此外，為滿足物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等萬(wàn)物互聯(lián)需要，5G網(wǎng)絡(luò)需要支持每平方公里100萬(wàn)個(gè)連接的接入能力，同時(shí)還要具備低時(shí)延和高可靠性的質(zhì)量保障能力。為滿足高速接入、海量連接以及高質(zhì)量保障等要求，5G網(wǎng)絡(luò)將采用大規(guī)模多輸入多輸出（Masssive?MIMO）天線等技術(shù)，這將導(dǎo)致5G基站的用電功耗大大增加。初步估算，每個(gè)5G基站的耗電約是4G基站的3倍，達(dá)到3000W左右。加之高頻段建網(wǎng)基站密度增加，相同覆蓋情況下，5G網(wǎng)絡(luò)總耗電是4G網(wǎng)絡(luò)的3～5倍左右。2018年6月22日，中國(guó)聯(lián)通運(yùn)維部總經(jīng)理馬紅兵在《加速5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，構(gòu)建共贏產(chǎn)業(yè)生態(tài)》主題演講中就表示，5G設(shè)備的耗電量將有3～5倍的提升。

那么，5G基站耗電將是4G的3～5倍對(duì)運(yùn)營(yíng)商意味著什么？據(jù)了解，對(duì)于一家提供綜合業(yè)務(wù)服務(wù)的電信運(yùn)營(yíng)商，其總耗電量的40%來(lái)自移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，而在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的耗電中，基站耗電又占到80%。也就是說(shuō)，基站耗電占運(yùn)營(yíng)商總耗電量的32%左右。假設(shè)運(yùn)營(yíng)商的其他耗電維持不變，在5G基站耗電量是4G的4倍時(shí)，運(yùn)營(yíng)商的總耗電量將是原來(lái)的1.96倍左右（4×32%+（1-32%））=1.96）。

目前，運(yùn)營(yíng)商的電費(fèi)支出約占其經(jīng)營(yíng)收入的4%，而運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)率一般在5～6%之間，也就是說(shuō)，如果不能較好地控制電費(fèi)成本增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商進(jìn)入5G時(shí)代后很容易陷入虧損。

再?gòu)氖杖朐鲩L(zhǎng)前景看，近年來(lái)由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且國(guó)家要求運(yùn)營(yíng)商不斷降低資費(fèi)水平，盡管全行業(yè)不斷投資進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級(jí)和新技術(shù)引入，但電信業(yè)務(wù)收入規(guī)模變化不大，收入增長(zhǎng)率一直處于3～5%左右，長(zhǎng)期低于GDP增幅。我國(guó)2009年開始發(fā)展3G，2014年開始發(fā)展4G，根據(jù)工信部公布的歷年通信業(yè)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)，這兩次移動(dòng)通信新技術(shù)的引入，并未明顯改變電信業(yè)務(wù)收入的緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。但是，由于網(wǎng)絡(luò)速率不斷增加，智能終端快速普及，社交軟件、電子購(gòu)物、視頻共享等各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層出不窮、不斷繁榮，電信網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)量連年大幅增長(zhǎng)，整個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)出明顯的增量不增收的特點(diǎn)。預(yù)計(jì)進(jìn)入5G時(shí)代后，這種量收增幅不匹配的狀況將進(jìn)一步延續(xù)。因此，電信從業(yè)人員感嘆，5G很美好，但包括電費(fèi)在內(nèi)的巨額投入換不來(lái)電信企業(yè)的收入增長(zhǎng)，行業(yè)前景不容樂(lè)觀。

二、通過(guò)合作模式處理耗電成本問(wèn)題的思路

從上面的分析中可以看到，因?yàn)?G耗電量顯著增加，電信運(yùn)營(yíng)商的成本壓力不堪重負(fù)，需要電力企業(yè)給予一定幅度的電費(fèi)優(yōu)惠。但是，電力企業(yè)少收的電費(fèi)也需要得到一定的補(bǔ)償，一個(gè)辦法就是從電信運(yùn)營(yíng)商那里獲得收入分成。對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，采取收入置換成本的方式是一種務(wù)實(shí)的選擇，也符合國(guó)家的政策規(guī)定，有利于降低運(yùn)營(yíng)成本，還能與電力企業(yè)形成良性循環(huán)的戰(zhàn)略合作關(guān)系。對(duì)于電力企業(yè)而言，其提供的電力服務(wù)可從兩個(gè)方面取得回報(bào)，一是直接收取優(yōu)惠后的電費(fèi)，二是通過(guò)收入分成得到相應(yīng)的收益，二者之和等于應(yīng)收取的全額電費(fèi)就可接受。為了實(shí)現(xiàn)合作共贏，可以根據(jù)可公開獲得和預(yù)測(cè)的幾個(gè)參數(shù)，如電信運(yùn)營(yíng)商目前電費(fèi)與收入的比例，5G耗電增長(zhǎng)和收入自然增長(zhǎng)下的電費(fèi)收入比例變化，推算出相關(guān)的收入分成比例與電費(fèi)優(yōu)惠幅度之間的關(guān)系，形成數(shù)學(xué)模型，找出雙方合作中的利益平衡點(diǎn)。找到基準(zhǔn)分成比例后，可以通過(guò)政策設(shè)計(jì)降低實(shí)際分成比例以扶持電信企業(yè)（當(dāng)然，必要時(shí)，也可加大分成比例對(duì)電力企業(yè)進(jìn)行扶持），從而使政策調(diào)控更有據(jù)可循。

三、基于合作共贏模式建立的數(shù)學(xué)模型

為探索合作模式，建立數(shù)學(xué)模型找到電費(fèi)優(yōu)惠幅度和收入分成比例之間的關(guān)系，需要設(shè)定幾個(gè)參數(shù)。

以a代表目前運(yùn)營(yíng)商4G網(wǎng)絡(luò)的電費(fèi)支出（以P?表示）占其收入（以R?表示）的比例，即a= P?/R?。

以N代表5G網(wǎng)絡(luò)總耗電較4G網(wǎng)絡(luò)的倍數(shù)， 以r代表運(yùn)營(yíng)商未來(lái)業(yè)務(wù)收入的自然增長(zhǎng)率，則5G網(wǎng)絡(luò)的電費(fèi)支出（以P表示）為P=N×P?，業(yè)務(wù)收入（以R表示）為R=（1+r）R?。因此，5G時(shí)代電費(fèi)支出占收比為，P/R=（N×P?）/（1+r）R?=[N /（1+r）]×P?/?R?=[N /（1+r）]×a，由此可得：

R=P（1+r）/（N×a）

為滿足5G發(fā)展需要，電信企業(yè)可以推動(dòng)國(guó)家出臺(tái)電費(fèi)優(yōu)惠政策，這也符合國(guó)家減稅降費(fèi)的政策導(dǎo)向。假設(shè)電力企業(yè)同意5G時(shí)代運(yùn)營(yíng)商的電費(fèi)總額可享受標(biāo)準(zhǔn)為b的優(yōu)惠幅度，則電信企業(yè)需要直接支付的電費(fèi)變?yōu)椋?-b）P。

為了補(bǔ)償電力企業(yè)為5G發(fā)展做出的貢獻(xiàn)，國(guó)家可以同時(shí)要求電信企業(yè)從其業(yè)務(wù)收入中拿出一定比例與電力企業(yè)進(jìn)行分成。以s代表收入分成比例，則電力企業(yè)能夠從收入分成中得到的補(bǔ)償額為s×R= s× P×（1+r）/（N×a）。

當(dāng)P=（1-b）P + s× P×（1+r）/（N×a）時(shí)，電力企業(yè)可取得足額回報(bào)，并與電信企業(yè)實(shí)現(xiàn)合作共贏。對(duì)該式進(jìn)行整理，可得：

s=N×a×b/（1+r）

該式作為一種數(shù)學(xué)模型，可以為電信企業(yè)與電力企業(yè)通過(guò)電費(fèi)優(yōu)惠、收入分成的方式，合作解決5G電費(fèi)問(wèn)題提供參考依據(jù)。

四、模擬測(cè)算結(jié)果

根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，我們可以進(jìn)行一定的預(yù)測(cè)。不妨假設(shè)運(yùn)營(yíng)商5G收入的增長(zhǎng)率與GDP增長(zhǎng)率保持一致，即r=6%。根據(jù)上文分析，可向上取值N=2，a=4%。按照電力價(jià)格管理政策，對(duì)于用電大戶，電力企業(yè)可以按照大工業(yè)用電價(jià)格給予優(yōu)惠，優(yōu)惠幅度約為20%。因此，我們這里暫取b=20%。將上述數(shù)據(jù)代入數(shù)學(xué)模型，可得：

s=N×a×b/（1+r）= 2×4%×20%/（1+6%）=1.5%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們可以認(rèn)為，如果電力企業(yè)根據(jù)國(guó)家相關(guān)要求在電費(fèi)收取方面給予電信企業(yè)20%的優(yōu)惠，那么電信公司應(yīng)該通過(guò)合作經(jīng)營(yíng)等模式，把業(yè)務(wù)收入的1.5%分成給電力公司。通過(guò)這種模式，電信企業(yè)以讓渡部分業(yè)務(wù)收入為代價(jià)，降低了直接支付的電費(fèi)成本，這對(duì)控制成本規(guī)模是有意義的?？傊?，采用這種合作模式可以使雙方的利益最大化，既能減輕電信企業(yè)運(yùn)營(yíng)5G網(wǎng)絡(luò)的電費(fèi)負(fù)擔(dān)，又有助于電力企業(yè)改善收入結(jié)構(gòu)，在一定程度上妥善解決了5G用電成本的處理問(wèn)題。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)走進(jìn)我們的日常生活之中。通過(guò)數(shù)學(xué)模型的定量計(jì)算分析，電力企業(yè)可對(duì)運(yùn)營(yíng)5G網(wǎng)絡(luò)的電信企業(yè)給予一定比例的電費(fèi)優(yōu)惠，同時(shí)電信企業(yè)應(yīng)根據(jù)通信業(yè)務(wù)收入來(lái)進(jìn)行回報(bào)，這樣才能在降低電費(fèi)水平的同時(shí)平衡企業(yè)之間的利益，為我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)如今，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為了互聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展的潮流和趨勢(shì)，5G網(wǎng)絡(luò)耗電問(wèn)題更應(yīng)該得到重視，希望5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)涉及到的相關(guān)方面共同進(jìn)行改革創(chuàng)新，攜手為5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]2018年IMT-2020（5G）峰會(huì)中國(guó)聯(lián)通運(yùn)維部總經(jīng)理馬紅兵《加速5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，構(gòu)建共贏產(chǎn)業(yè)生態(tài)》主題演講

[2]百度文庫(kù)：必須重視5G基站耗電問(wèn)題2019

[3]工業(yè)和信息化部2018年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)

（作者單位：北京市第十三中學(xué)）