李福昌 呂 婷 曹 亙 張 濤 王 偉 賀 琳

中國聯(lián)通研究院 北京 100048

引言

綠色低碳發(fā)展不僅是國際減緩氣候變化的客觀需要，更是著力解決資源環(huán)境約束突出問題、實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的必然選擇。全球主要國家都承諾最晚于本世紀中葉完成國家層面碳中和計劃。

隨著通信技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。尤其是5G，作為新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，正在融入千行百業(yè)，提高傳統(tǒng)行業(yè)的能源使用效率，支撐整個社會的低碳化。與此同時，面對業(yè)務(wù)數(shù)量和流量的數(shù)倍甚至幾十倍增長，5G網(wǎng)絡(luò)自身面臨著隨之而來的絕對能耗與碳排放的增加。

在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是最大的能源消耗者，根據(jù)GSMA在2021年對31個網(wǎng)絡(luò)的研究，如圖1所示，基站能耗占典型運營商總能耗的73%[1]。目前，5G單站耗電量是4G的2~3倍，隨著5G的快速發(fā)展，預(yù)計到2025年我國每萬人將擁有26座5G基站，5G基站總數(shù)將不少于360萬座，這將導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)能耗持續(xù)增加，給移動通信行業(yè)“雙碳”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)帶來巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 移動通信運營商能耗分布

為了促進網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化發(fā)展，助力“雙碳”戰(zhàn)略實施，有必要全面分析移動通信網(wǎng)絡(luò)綠色低碳技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)，前瞻性探討未來的發(fā)展趨勢。

1 移動通信網(wǎng)絡(luò)綠色低碳技術(shù)現(xiàn)狀

從3G/4G時代起，節(jié)能技術(shù)一直是業(yè)界研究熱點。到5G時代，隨著技術(shù)演進與設(shè)備能力提升，5G基站設(shè)備能耗相較4G大幅增加。為了滿足移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)能減碳需求，應(yīng)對5G高能耗的挑戰(zhàn)，業(yè)界先后提出了多種節(jié)能技術(shù)方案，總體上可以分為：硬件節(jié)能、軟件節(jié)能、智能化節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)共建共享節(jié)能幾個方面。

1.1 硬件節(jié)能技術(shù)

硬件節(jié)能主要通過優(yōu)化基站設(shè)備硬件設(shè)計、改進生成工藝以及設(shè)備集成度等手段達到降低設(shè)備基礎(chǔ)能耗、提高硬件能效水平的目的[2]。主要包括：提高硬件平臺集成度，采用ASIC等高集成度器件替代FPGA等高功耗器件，引入新一代半導(dǎo)體工藝、新材料、新技術(shù)，優(yōu)化功放架構(gòu)，增強數(shù)字預(yù)失真算法，提高散熱能力等。比如，工藝方面，由7nm制程演進至5nm或3nm；技術(shù)方面，推動功放模塊、數(shù)字基帶、收發(fā)機等對功耗影響較大的關(guān)鍵器件的技術(shù)升級；算法方面，通過DPD算法及架構(gòu)優(yōu)化，提升功放效率；此外，還可利用高性能導(dǎo)熱材料，提高模塊的自然散熱能力，以節(jié)省散熱模塊帶來的功耗開銷。

硬件節(jié)能技術(shù)可以從本質(zhì)上提高基站設(shè)備的能效水平。但是，硬件節(jié)能增益依賴于主設(shè)備廠商硬件平臺的迭代更新。隨著5G商用發(fā)展，設(shè)備軟硬件平臺將趨于成熟，硬件節(jié)能的收益空間將逐步縮小。此外，硬件節(jié)能主要應(yīng)用于新增設(shè)備，難以在存量網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用。

1.2 軟件節(jié)能技術(shù)

軟件節(jié)能技術(shù)主要利用通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的潮汐效應(yīng)，在網(wǎng)絡(luò)閑時關(guān)斷基站設(shè)備的部分硬件資源，通過對硬件資源進行合理調(diào)配，降低設(shè)備運行時的動態(tài)能耗[2]。5G基站軟件節(jié)能技術(shù)主要包括符號關(guān)斷、通道關(guān)斷、載波關(guān)斷、深度休眠等。此外，還包括5G多頻層協(xié)同節(jié)能、AAU自動啟停、AAU動態(tài)調(diào)壓、BBU休眠等增強型節(jié)能方案，可更大程度地降低基站動態(tài)功耗。

目前，5G基站軟件節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成熟，具備規(guī)?；瘧?yīng)用條件，且在現(xiàn)網(wǎng)中發(fā)揮出一定的節(jié)能效果，綜合節(jié)能比例達到10%~20%。但是，軟件節(jié)能的增益與低負荷持續(xù)時長相關(guān)，在負荷較高的場景節(jié)能效果有限。

1.3 智能化節(jié)能技術(shù)

為了進一步提升基站的資源使用效率，兼顧能效與業(yè)務(wù)性能的需求，將AI技術(shù)引入基站的能耗管理中。通過采集基站運行指標、能耗等數(shù)據(jù)，利用機器學(xué)習(xí)對歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行建模與預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果自動生成節(jié)能策略，并通過發(fā)送指令的方式控制基站、電源等設(shè)備進入節(jié)能狀態(tài)，實現(xiàn)智能化、精細化的能耗管理，提升網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果[3]。

此外，智能化節(jié)能技術(shù)還被應(yīng)用到站點配套設(shè)施的能耗管理中。通過自動感知基站的負載情況、供電質(zhì)量、電池備電時長、溫度等運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電源、空調(diào)等配套設(shè)施的遠程智能控制，降低站點能耗。

智能化節(jié)能技術(shù)目前主要用于業(yè)務(wù)潮汐效應(yīng)比較明顯的特定場景，基于業(yè)務(wù)預(yù)測分時段關(guān)斷基站硬件，不能在多樣化、復(fù)雜化的業(yè)務(wù)場景下兼顧業(yè)務(wù)性能與能效的要求，智能化算法與節(jié)能調(diào)度策略還需要持續(xù)優(yōu)化。

1.4 共建共享節(jié)能技術(shù)

為了促進5G高效、綠色發(fā)展，國內(nèi)從2019年起開始5G網(wǎng)絡(luò)共建共享[4]。截至2022年底，共享5G基站約100萬個，建成了全球首張、規(guī)模最大的5G SA共享網(wǎng)絡(luò)，每年節(jié)省OPEX超300億元，每年減少碳排放超1000萬噸。共建共享技術(shù)作為一種建網(wǎng)模式的創(chuàng)新舉措，不僅可以降低網(wǎng)絡(luò)部署成本，節(jié)約基站資源，還可避免傳統(tǒng)的運營商自建網(wǎng)絡(luò)模式帶來的能耗與碳排放翻倍問題，因此而成為運營商節(jié)能降碳的有效方式。

2 5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化發(fā)展的目標與挑戰(zhàn)

2.1 從5G到5G-A/6G的技術(shù)演進

隨著移動通信的快速發(fā)展，“4G改變生活，5G改變社會”，未來6G網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)全域融合和極致連接，為用戶提供隨愿按需定制的彈性開放服務(wù)，同時向智能原生、數(shù)字孿生、綠色共享、算網(wǎng)一體、安全可信等方向演進。為了實現(xiàn)極致的網(wǎng)絡(luò)性能，5G-A/6G將引入新的關(guān)鍵技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，IT與CT技術(shù)不斷融合，促使服務(wù)化、云原生、AI等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用于移動網(wǎng)絡(luò)。同時，采用超蜂窩、無蜂窩等新型組網(wǎng)方式，依據(jù)用戶需求靈活配置網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合分布式MIMO、智能超表面等技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能精準覆蓋。無線接入技術(shù)方面，將在5G的基礎(chǔ)上，通過多天線、調(diào)制編碼、雙工等物理層增強技術(shù)進一步提高空口能力，同時積極探索新的物理維度和傳輸載體，以實現(xiàn)信息傳輸方式的革命性突破。目前，高頻通信、空天地一體化融合網(wǎng)絡(luò)通信、智能超表面、軌道角動量等技術(shù)已成為下一代空口的使能技術(shù)，可以大幅提升通信系統(tǒng)傳輸容量和頻譜效率。

相比5G網(wǎng)絡(luò)，5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)將具備更大容量、更高傳輸速率、更低傳輸時延、更大設(shè)備連接數(shù)、更高頻譜效率，支持全新的應(yīng)用場景，實現(xiàn)由萬物互聯(lián)到萬物智聯(lián)的躍遷。網(wǎng)絡(luò)能力與業(yè)務(wù)場景的演變將對5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化發(fā)展提出新的需求與挑戰(zhàn)。

2.2 5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降碳目標

為了緩解氣候變化，促進經(jīng)濟社會綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，國內(nèi)外紛紛提出了移動通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降碳愿景與目標。

根據(jù)ITU發(fā)布的1470號建議書《ICT行業(yè)根據(jù)聯(lián)合國氣候變化框架公約<巴黎協(xié)定>采用的溫室氣體排放軌跡》，提議移動運營商在2020年至2030年間降低45%的碳排放。根據(jù)GSMA研究報告，全球近50%的移動運營商希望在未來兩年，網(wǎng)絡(luò)降耗比例可達10%~25%。

2020年9月，習(xí)近平主席提出，我國的二氧化碳排放量將在2030年前實現(xiàn)碳達峰，在2060年前實現(xiàn)碳中和。工信部等七部門印發(fā)《信息通信行業(yè)綠色低碳發(fā)展行動計劃(2022-2025年)》明確提出，到2025年，單位信息流量綜合能耗比“十三五”期末下降20%，單位電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗比“十三五”期末下降15%。

推動通信行業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展、賦能全社會節(jié)能減排，已經(jīng)成為業(yè)界共識，也為5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)的綠色低碳化發(fā)展指明了方向與目標。

2.3 5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)節(jié)能面臨的挑戰(zhàn)

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)向5G-A/6G演進，網(wǎng)絡(luò)覆蓋更加廣泛、流量與連接密度大幅提升、業(yè)務(wù)應(yīng)用更加復(fù)雜多樣，這將進一步促使網(wǎng)絡(luò)能耗呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，網(wǎng)絡(luò)面臨嚴重的能耗挑戰(zhàn)。

2.3.1 業(yè)務(wù)場景多樣化

隨著標準化工作推進，5G系統(tǒng)也在不斷更新迭代。2019年，第一個5G NR標準版本(Release-15)發(fā)布，5G基站開始商用部署，5G終端也開始全面普及。2021年4月，3GPP正式確定了5G演進版本的名稱為5G-A，在5G支持的增強型移動帶寬(eMBB)、大規(guī)模機器類通信(mMTC)與超高可靠低時延通信(uRLLC)的基礎(chǔ)上，新增了上行超帶寬(UCBC)、寬帶實時交互(RTBC)與通信感知融合(HCS)等業(yè)務(wù)場景?？梢灶A(yù)見的是，未來的6G網(wǎng)絡(luò)將在5G-A的基礎(chǔ)上進一步演進，擴展?jié)撛诘臉I(yè)務(wù)場景，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的沉浸化、智慧化、全域化演變。多樣化、差異化的業(yè)務(wù)場景，對網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化技術(shù)提出了新的要求。

現(xiàn)有的關(guān)斷或休眠等節(jié)能技術(shù)在降低網(wǎng)絡(luò)能耗的同時，也會對時延、覆蓋等網(wǎng)絡(luò)性能造成一定損失。比如，節(jié)能增益較大的深度休眠技術(shù)可以將基站閑時功耗大幅降低80%以上，但相應(yīng)地，處于休眠狀態(tài)的基站的喚醒時延可達到分鐘級，這對于時延敏感型業(yè)務(wù)是不可容忍的。因此，現(xiàn)有的軟件關(guān)斷類節(jié)能技術(shù)難以保障uRLLC等對網(wǎng)絡(luò)性能要求較高的業(yè)務(wù)的性能需求，面向未來更加多樣化、差異化的業(yè)務(wù)場景，需要進一步研究更加智能化、精細化的資源調(diào)度與節(jié)能技術(shù)。

2.3.2 建網(wǎng)模式集約化

為了降低網(wǎng)絡(luò)部署成本、促進通信行業(yè)節(jié)能減排，共建共享技術(shù)已經(jīng)在5G網(wǎng)絡(luò)中得以規(guī)?；瘧?yīng)用。隨著ICDT融合技術(shù)的發(fā)展，未來5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將逐步向算網(wǎng)一體化方向轉(zhuǎn)變[5]。網(wǎng)絡(luò)共建共享將不再局限于站址、設(shè)備和頻率資源的共享，還會涉及算力等更多資源維度，以最大化的資源共享換取最小化的能耗與碳排放。如何構(gòu)建更多維度、更深層次的資源共享架構(gòu)，將成為未來網(wǎng)絡(luò)節(jié)能面臨的挑戰(zhàn)。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜化

為了實現(xiàn)從城市到鄉(xiāng)村的全面覆蓋，滿足不同場景差異化的覆蓋需求，5G網(wǎng)絡(luò)采用多頻層、多制式、宏微協(xié)同的組網(wǎng)模式，呈現(xiàn)多網(wǎng)并存、頻譜碎片化、設(shè)備多樣化的格局，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜化、能耗大。此外，移動通信網(wǎng)絡(luò)還存在2G/3G/4G/5G多系統(tǒng)并存的情況，高耗能的老舊設(shè)備仍然在網(wǎng)工作，嚴重影響了網(wǎng)絡(luò)的能效水平，增加了碳排放。如何優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使全網(wǎng)的能耗與網(wǎng)絡(luò)性能達到最優(yōu)，是移動通信網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化發(fā)展面臨的另一項重要挑戰(zhàn)。

3 5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)綠色低碳技術(shù)發(fā)展趨勢

為了應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進及業(yè)務(wù)發(fā)展帶來的新挑戰(zhàn)，推進移動通信網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化進程，從智能節(jié)能調(diào)度、高效共建共享、極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、綠色器件幾個方面，構(gòu)建了5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)綠色低碳技術(shù)體系，如圖2所示。

圖2 5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)綠色低碳技術(shù)體系

3.1 智能節(jié)能調(diào)度

下一代無線網(wǎng)絡(luò)需要賦能千行百業(yè)，支持多樣化終端接入，滿足差異化的業(yè)務(wù)要求，對數(shù)據(jù)傳輸速率、連接密度、時延等網(wǎng)絡(luò)性能指標提出了更高的要求。如何在滿足業(yè)務(wù)性能要求的前提下通過智能節(jié)能調(diào)度提高網(wǎng)絡(luò)資源與能源利用率，是提升網(wǎng)絡(luò)能效的重要途徑。

現(xiàn)有的智能化節(jié)能技術(shù)主要基于負荷預(yù)測，識別節(jié)能時段，控制基站進入關(guān)斷狀態(tài)以達到節(jié)能的目的[6]。面向未來更加多樣化、復(fù)雜化的業(yè)務(wù)場景，基于負荷單一維度的節(jié)能策略或無法滿足差異化的業(yè)務(wù)需求，或無法達到預(yù)期的節(jié)能效果，難以兼顧業(yè)務(wù)與能效雙重需求。為了應(yīng)對業(yè)務(wù)場景復(fù)雜化的挑戰(zhàn)，智能節(jié)能技術(shù)將向著更加精細化、協(xié)同化的方向發(fā)展。

通過構(gòu)建全網(wǎng)綜合感知能力，實現(xiàn)對全部網(wǎng)元的業(yè)務(wù)、資源、能耗等多維指標精準化感知。在此基礎(chǔ)上，基于內(nèi)生智能，通過分布式學(xué)習(xí)、群智式協(xié)同，實現(xiàn)端到端智能編排調(diào)度、跨域智能管控以及“端、網(wǎng)、業(yè)”協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度。此為，基于AI及大數(shù)據(jù)技術(shù)，還可實現(xiàn)業(yè)務(wù)智能識別以及以用戶為中心的資源分配，對網(wǎng)絡(luò)的時間、頻率、空間、算力、存儲等核心資源進行協(xié)同調(diào)度，保障用戶為中心的業(yè)務(wù)感知和最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)能效。

3.2 高效共建共享

隨著ICDT融合技術(shù)發(fā)展，5G-A/6G網(wǎng)絡(luò)將逐步形成以數(shù)據(jù)中心為核心的扁平化、云網(wǎng)融合、云邊端協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和算力設(shè)施體系。為了促進信息基礎(chǔ)設(shè)施集約部署、提高資源利用效率，有必要引入更加高效的共建共享技術(shù)，促進算網(wǎng)一體化綠色發(fā)展。

如圖3所示，在算網(wǎng)協(xié)同共享架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)共建共享將不再局限于共享站址、接入設(shè)備和頻率資源，還會涉及算力等更多資源的共享。同時，基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、人工智能等新技術(shù)，可提高網(wǎng)絡(luò)和算力資源協(xié)同調(diào)度能力，實現(xiàn)異構(gòu)云集中管理和協(xié)同共享[7]。通過面向服務(wù)的意圖感知、算力資源感知、網(wǎng)絡(luò)資源感知及跨域智能調(diào)度技術(shù)，可實現(xiàn)算力和網(wǎng)絡(luò)資源的高效協(xié)同共享。

圖3 算網(wǎng)協(xié)同共享架構(gòu)

3.3 極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)網(wǎng)呈現(xiàn)3G/4G/5G等多制式網(wǎng)絡(luò)并存的格局，同一覆蓋區(qū)域一般存在多套系統(tǒng)設(shè)備，導(dǎo)致功耗大、運維復(fù)雜。未來，6G網(wǎng)絡(luò)將進一步實現(xiàn)萬物智聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍將由地面覆蓋擴展到太空、空中、陸地、海洋等更多自然空間，實現(xiàn)全球全域的“泛在連接”。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴大，綠色節(jié)能將成為下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的內(nèi)生需求。

極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是解決這一難題的有效手段[8]，主要通過構(gòu)建泛在、彈性、綠色的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)層面避免多系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)導(dǎo)致的能耗和規(guī)模冗余，節(jié)省成本、降低網(wǎng)絡(luò)總能耗。

構(gòu)建泛在的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持統(tǒng)一的無線資源管理與頻譜共享、業(yè)務(wù)策略控制和QoS保障體系，支持在統(tǒng)一架構(gòu)下的多種空口技術(shù)融合，實現(xiàn)終端無感知、極簡的泛在接入，滿足差異化的業(yè)務(wù)性能要求。通過簡化接口、控制流程和數(shù)據(jù)交互流程，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸與可靠的信令控制。采用面向服務(wù)化的極簡彈性組網(wǎng)模式，將網(wǎng)元、網(wǎng)絡(luò)功能、資源進行深度解耦，通過分布式、去中心化、自治化的網(wǎng)絡(luò)機制，實現(xiàn)彈性、通用化、定制化的組網(wǎng)能力，實現(xiàn)按照業(yè)務(wù)需求部署網(wǎng)絡(luò)功能，有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗和規(guī)模冗余，同時減少信息傳遞路徑，讓服務(wù)直達用戶，提升用戶服務(wù)體驗。

在此基礎(chǔ)上，還可融合超蜂窩理念進一步構(gòu)建綠色網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[9]，如圖4所示。通過控制面與用戶面解耦，控制基站用于提供用戶接入以及控制信號的傳遞，可采用大區(qū)覆蓋模式；業(yè)務(wù)基站用于為用戶提供高速數(shù)據(jù)傳輸，可按需靈活部署，支持適時進入節(jié)能狀態(tài)?；诳刂苹九c業(yè)務(wù)基站協(xié)同的分層融合組網(wǎng)，可降低能耗，同時保障網(wǎng)絡(luò)性能。

圖4 綠色組網(wǎng)架構(gòu)

此外，除了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的極簡化，還可通過設(shè)備的極簡化，精簡設(shè)備數(shù)量，減少對機房、電源、空調(diào)等配套設(shè)施的需求，從而降低站點總能耗。一方面，推動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備代際更替，淘汰高能耗的老舊設(shè)備，重耕頻譜資源，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將業(yè)務(wù)遷移至更高能效的5G設(shè)備，構(gòu)建簡潔、高效、綠色的站點基礎(chǔ)設(shè)施。另一方面，提高設(shè)備集成度，引入多模多頻、大帶寬高功率網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，收編多套單頻單制式設(shè)備，減少在網(wǎng)設(shè)備數(shù)量，提高設(shè)備運維效率。

3.4 綠色器件

器件性能是決定基站設(shè)備基礎(chǔ)能耗水平的內(nèi)在要素，為了從根本上降低基站能耗，需要持續(xù)開展高能效綠色器件研發(fā)。

5G基站設(shè)備由基帶單元(BBU)與射頻單元(AAU/RRU)構(gòu)成，二者的能耗占比分別為10%、90%。其中，射頻單元的能耗主要來自功率放大器、小信號、數(shù)字中頻以及電源等模塊[10]。射頻單元各模塊的功耗與負荷相關(guān)，滿載條件下，功率放大器的功耗占比最高，達到60%；空載條件下，功率放大器的功耗占比下降至30%，與數(shù)字中頻共同構(gòu)成射頻單元功耗的主要來源。功率放大器、數(shù)字中頻、數(shù)字基帶芯片是影響基站能耗的核心器件，未來可通過采用新技術(shù)、新材料、新工藝，不斷提升核心器件的能效，打造新一代綠色器件。

在功率放大器方面，功放效率是衡量其能效水平的重要指標。2G時代，功放效率一般在20%以下。隨著器件結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進和氮化鎵材料的引入，5G基站的功放效率最高達到50%以上。未來，可通過智能化DPD算法、包絡(luò)跟蹤技術(shù)、Doherty功放與異相發(fā)射機技術(shù)進一步提升功放效率。

在數(shù)字基帶方面，隨著5G射頻收發(fā)通道數(shù)增加至64T64R，對基帶處理、峰值因子消減(CFR)等算法處理的要求提高，數(shù)字基帶芯片的功耗隨之增加。后續(xù)可基于專用標準產(chǎn)品(ASSPs)或基于精簡指令集的開源指令集架構(gòu)(RISC-V)等更加高效的芯片設(shè)計，降低設(shè)備基礎(chǔ)功耗。同時，引入更加實時的動態(tài)關(guān)斷技術(shù)，通過毫秒甚至微秒級的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，最大化節(jié)能效果。

此外，在新材料方面，除了采用氮化鎵，還將考慮碳化硅、氧化鎵等第四代半導(dǎo)體材料，利用超寬禁帶、高導(dǎo)通等特性制造更小尺寸、更高功率密度、更小功耗的器件。

4 結(jié)束語

5G作為重要的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，在未來十年仍將處于規(guī)模建設(shè)及高速發(fā)展期，能耗與碳排放將持續(xù)快速增長。2021年，5G網(wǎng)絡(luò)整體能耗約250億度，碳排放超過1500萬噸，占全社會電力相關(guān)間接排放的0.3%。預(yù)計2020~2030年，5G基站數(shù)量將增長9倍，能耗與碳排放增長4倍左右。移動通信行業(yè)的綠色低碳化進程將成為影響國家實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略落實的關(guān)鍵變量之一。

現(xiàn)有的綠色低碳技術(shù)主要面向5G發(fā)展初期階段，還不足以應(yīng)對5G-A甚至6G時代復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)場景以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演變所帶來的新挑戰(zhàn)。未來，還需要在智能節(jié)能調(diào)度、高效共建共享、極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、綠色器件等方面深入研究，促進移動通信網(wǎng)絡(luò)綠色低碳化發(fā)展。