5G技術(shù)對(duì)于全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)于全球消費(fèi)者的生活質(zhì)量提升作用之大，早已沒(méi)有異議。2021年是我們5G牌照發(fā)放的兩周年，這兩年，5G應(yīng)用場(chǎng)景多點(diǎn)開(kāi)花，賦能著千行百業(yè)。6月份的時(shí)候，工信部信息顯示，當(dāng)前我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐加快，已建成5G基站近85萬(wàn)個(gè)，形成全球最大5G獨(dú)立組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，5G行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新案例已超過(guò)1萬(wàn)個(gè)。無(wú)論從基站建設(shè)數(shù)量還是5G應(yīng)用創(chuàng)新來(lái)看，中國(guó)都正在領(lǐng)跑全球的5G建設(shè)。與此同時(shí)，自5G正式商用以來(lái)，有關(guān)“運(yùn)營(yíng)商為了省電，晚上關(guān)閉5G基站”的報(bào)道時(shí)常出現(xiàn)。面對(duì)5G超高能耗，節(jié)能減排固然重要，但也不能為了節(jié)省電費(fèi)，而粗暴的犧牲用戶體驗(yàn)。有沒(méi)有效能與節(jié)能之間取得平衡的解決方案呢？愛(ài)立信近日推出基于Ericsson Silicon的創(chuàng)新射頻單元節(jié)能方案——潮汐功放技術(shù)。在典型業(yè)務(wù)負(fù)荷時(shí)，潮汐功放技術(shù)可使射頻單元功耗降低約20%，基站整體功耗降低約15%。更為人性化的是，該技術(shù)可在”非關(guān)斷”的工作周期內(nèi)高效節(jié)電，不會(huì)影響5G用戶體驗(yàn)。那么，5G降耗究竟有多重要，這是一個(gè)值得聊聊的話題。

能耗控制是5G發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

每一代移動(dòng)通信技術(shù)，帶來(lái)技術(shù)能力提升的同時(shí)，當(dāng)業(yè)內(nèi)我們不努力突破，可能在5G時(shí)代雖然網(wǎng)絡(luò)功能和性能更強(qiáng)大了，但網(wǎng)絡(luò)整體的能耗也會(huì)比4G更高。而且，降低碳排放已成為關(guān)乎人類(lèi)社會(huì)能否可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，世界主要經(jīng)濟(jì)體已經(jīng)相繼承諾在21世紀(jì)中葉達(dá)成碳中和目標(biāo)。我國(guó)已全面確立了2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。對(duì)于ICT行業(yè)能耗大戶通信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，踐行碳中和也已勢(shì)在必行。然而，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的碳排放量，一直隨著網(wǎng)絡(luò)升級(jí)和業(yè)務(wù)演進(jìn)大幅增長(zhǎng)。

比如5G海量基站部署將增加驚人的電費(fèi)，造成OPEX大幅增加，將嚴(yán)重侵蝕運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)，進(jìn)一步增加運(yùn)營(yíng)商的負(fù)擔(dān)，同時(shí)成為運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的巨大挑戰(zhàn)。與4G用戶相比，5G用戶每周多花2小時(shí)在高清流視頻上，多花1小時(shí)在云游戲上。在中國(guó)，25%的受訪者在升級(jí)后減少了在智能手機(jī)上的Wi-Fi使用量。很明顯，我們看到在5G云游戲上多花的時(shí)間和AR/VR花的時(shí)間都有明顯的提升，這從側(cè)面證明5G技術(shù)的確非常有潛力，這些行為的變化實(shí)實(shí)在在發(fā)生了，那么它本身的能耗問(wèn)題就更應(yīng)該引起重視。實(shí)際上，5G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能不僅僅是一種能力，更是一個(gè)行業(yè)責(zé)任。因此，愛(ài)立信提出要打破能耗曲線，要打破以前這么多代移動(dòng)通信技術(shù)的能耗持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，最終使5G網(wǎng)絡(luò)整體能耗水平降低，達(dá)到4G甚至低于4G的能耗水平。目前，現(xiàn)網(wǎng)中的軟件節(jié)能方向主要是“關(guān)斷”為主，例如符號(hào)關(guān)斷、通道關(guān)斷、載波關(guān)斷、基站休眠等，這些技術(shù)也確實(shí)能帶來(lái)比較好的能耗降低，尤其是沒(méi)有業(yè)務(wù)的時(shí)間和區(qū)域，其節(jié)能效果良好。

以國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的典型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為例，無(wú)線主設(shè)備能耗（射頻單元+基帶單元）占無(wú)線網(wǎng)絡(luò)總能耗約50%，另外50%來(lái)自空調(diào)、電源等消耗;其中，射頻單元能耗占無(wú)線主設(shè)備能耗約80%，射頻模塊占射頻單元能耗約70%，其中PA占射頻模塊能耗約90%、是絕對(duì)的能耗大戶。因此，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，提升PA效率是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的關(guān)鍵一環(huán)。為此，愛(ài)立信另辟蹊徑，利用硅芯科技賦能創(chuàng)新節(jié)能方案。據(jù)愛(ài)立信介紹，基于Ericsson Silicon（即基于愛(ài)立信先進(jìn)的硅芯設(shè)計(jì)理念推出的多款全自研先進(jìn)制程芯片），愛(ài)立信推出的潮汐功放技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整PA電壓以提升PA效率—比如有業(yè)務(wù)情況下，可根據(jù)業(yè)務(wù)量高低，自動(dòng)通過(guò)硬件算法實(shí)時(shí)優(yōu)化功耗，在不影響性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)功耗的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)基站的能耗隨業(yè)務(wù)變化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果，在典型業(yè)務(wù)負(fù)荷下，潮汐功放技術(shù)可使射頻單元功耗降低約20%，基站整體功耗降低約15%。

節(jié)能不能影響效率

工作和節(jié)能兩不誤，讓終端客戶在無(wú)感的情況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能，要做到這一點(diǎn)，實(shí)際上要克服的困難非常多，特別是如何不影響用戶體驗(yàn)，如何正確預(yù)測(cè)理解話務(wù)量的變化。同時(shí)，還是強(qiáng)調(diào)非關(guān)斷的模式下，這對(duì)人工智能模型的準(zhǔn)確度要求非常高，其中需要非常復(fù)雜的算法和非常強(qiáng)的算力才能實(shí)現(xiàn)。

硅芯科技的強(qiáng)大運(yùn)算能力和人工智能的相關(guān)算法，是愛(ài)立信潮汐功放技術(shù)的兩大核心。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)負(fù)荷進(jìn)行跟蹤和預(yù)測(cè)，在不同的業(yè)務(wù)量下，愛(ài)立信數(shù)字中頻芯片里集成的算法可自動(dòng)調(diào)整PA的電壓，讓PA時(shí)刻工作在效率的最優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到整機(jī)效率最大化，將強(qiáng)大的硅芯算力轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力。這次愛(ài)立信的潮汐功放技術(shù)，可以理解為軟件節(jié)能方面的新突破，顯著提升無(wú)線射頻單元的功放效率，工作時(shí)亦能節(jié)電。與此同時(shí)，吳日平表示：這個(gè)技術(shù)雖然是軟件節(jié)能，但也需要軟硬件及算法的結(jié)合，因?yàn)榇蚱颇芎那€是完整的端到端的多個(gè)技術(shù)的完整體系。

具體來(lái)說(shuō)，在當(dāng)前技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供了更靈活的節(jié)電方式，在無(wú)須“關(guān)斷”的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)不影響終端用戶感受。前面我們也提到，其工作原理是通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整PA電壓以提升PA的效率，在有業(yè)務(wù)的情況下，可根據(jù)業(yè)務(wù)量的高低，自動(dòng)通過(guò)硬件算法實(shí)時(shí)優(yōu)化功耗，在不影響性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)功耗的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。其具體原理是：現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)隨時(shí)間分布不均衡，如部署在寫(xiě)字樓附近的基站，白天很忙，晚上很閑。業(yè)務(wù)量高時(shí)，PA需要輸出較高的功率，也就是需要給PA提供較高的電壓。目前業(yè)內(nèi)基站采用分級(jí)可變電壓（即不同的功率等級(jí)）來(lái)對(duì)應(yīng)不同的業(yè)務(wù)負(fù)荷，很難精細(xì)地實(shí)時(shí)調(diào)整，不僅在一定程度上造成浪費(fèi)也會(huì)因?yàn)橐欢ǖ恼{(diào)整偏差帶來(lái)小區(qū)間干擾。愛(ài)立信的潮汐功放技術(shù)可實(shí)現(xiàn)基站的能耗隨業(yè)務(wù)變化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

據(jù)了解，在愛(ài)立信為全球運(yùn)營(yíng)商提供的端到端產(chǎn)品，如無(wú)線產(chǎn)品、傳輸產(chǎn)品和RAN計(jì)算產(chǎn)品中，使用Ericsson Silicon的產(chǎn)品都擁有先進(jìn)的算法和強(qiáng)大的處理能力。潮汐功放技術(shù)是基于Ericsson Silicon提供的最佳節(jié)能方案之一，從無(wú)線設(shè)備級(jí)到愛(ài)立信端到端全產(chǎn)品系列再到網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)能均可持續(xù)改善Gb/W的能效，該方案可軟件升級(jí)。

后記

當(dāng)前，我國(guó)正在全球的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中扮演著愈發(fā)重要的角色，并發(fā)布了力爭(zhēng)二氧化碳排放在2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)。據(jù)加拿大麥克馬斯特大學(xué)的研究預(yù)測(cè)，2040年，信息通信產(chǎn)業(yè)（ICT）的碳排放占全球碳排放比例將從2007年的1.6%上升至14%。2020年，通信網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備碳排放比例分別達(dá)到24%和31%。在此背景下，移動(dòng)通信行業(yè)正在積極通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)“綠色革命“。所以，隨著5G網(wǎng)絡(luò)不斷向綠色低碳方向演進(jìn)，潮汐功放技術(shù)將與現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)相輔相成，在提升網(wǎng)絡(luò)商業(yè)價(jià)值的同時(shí)，進(jìn)一步踐行可持續(xù)發(fā)展的理念。我們看到，國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成了全球最大規(guī)模的5G網(wǎng)絡(luò)，國(guó)內(nèi)對(duì)可持續(xù)發(fā)展也非常重視、對(duì)打破能耗曲線的需求非常高。所以，對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)本身的射頻節(jié)能技術(shù)的確有利于我們中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和5G技術(shù)創(chuàng)新。