5G基站晚上“被迫关机”?这是个世界性的难题

放大灯 2020-09-09 17:11

编者按:本文来自微信公众号放大灯(ID: guokr233),创业邦经授权转载。

8月初,洛阳联通宣布闲时关闭部分5G基站,以降低电费成本。

消息一出,便激起了不少用户的不满。自5G商用以来,信号覆盖区域小、质量差,网速未达预期、高额套餐费等很多问题都还没解决,而今这则“关基站省电”的新闻,更让中国联通公众形象受损,不仅被认为是“取巧”,还戴上了“浪费巨资建站”和“5G发展策略失误”的帽子。[1]

“关闭基站”的争议甚至直接捅上了财报发布会。在中国联通的2020年年中财报发布会上,董事长王晓初回应称,此举“在某个时间段作出的自动调整。在使用人数低于阈值时,5G基站会关停减少能耗,有用户使用时再自动打开,对消费者没有影响。”[2]

那么,运营商在闲时关闭5G基站,合适吗?有用吗?划算吗?

基站“关闭”的真相

必须强调的是:基站关停不等于无法使用。

洛阳联通(公众号“通信菜园儿”)在后来被删除的快讯中提到,基站休眠的原理是定时开启射频单元设备(AAU)的深度休眠功能,以极低能耗运行。

中国联通网络技术研究院无线研究部副主任李福昌解释,基站在深度休眠后也会保留3G或4G网络“打底”,有5G业务需求时,AAU会在若干分钟内唤醒,并提供正常服务。[3]

经洛阳联通测试,3款不同型号的AAU在空载状态下能耗降低61%~74%不等。

根据《经济日报》的报道,这批基站的休眠时间为晚9点至次日早9点。[3]平均下来,5G基站的日功耗将降低31%~37%。

休眠救得了燃眉之急吗?

很不幸,5G基站的能源开支巨大,仅靠“闲时休眠”还远不够。根据中国铁塔的数据,5G基站的单基站满负载功率为3700W,能耗是4G基站的3~4倍。

在新基建的号召下,三大运营商不计成本地投资5G、建站运营。根据《人民日报》的数据,截至2020年6月底,我国5G基站累计超过40万个。[4]就在3个月前,我国的5G基站数量还只有19.8万个。[5]根据工信部的规划,这个数字在年底将达到60万。[6]

截至目前,5G基站尚未成为“摇钱树”,反而更像“电老虎”。

三大运营商最近也发布了2020年上半年财报,其中中国移动和中国电信上半年“能源使用费”分别为237亿元和74亿元,分别较去年增加28亿元和6亿元;[7][8]中国联通上半年的“网络运行及支撑成本”也有14亿元的增长,财报称,这主要受通信电路使用费增长影响。[9]

根据工信部的统计,截至2020年6月末,我国4G基站总数为560万个。[10]受频段所限,同规格情况下5G基站的覆盖面积小于4G基站。因此,运营商需要建设更多5G基站。

“全国要建600万个5G基站。”中国工业经济联合会会长、工信部原部长李毅中在2020中国制造论坛上表示。

这也意味着,因5G而增加的电费开支,还要增加10倍。

华西证券研究所在2020年3月发布的报告中估计,5G覆盖要达到目前4G网的效果需要660万6G基站,以每个5G基站3000W的功率计算,5G全覆盖后三大运营商的电费开支将达到1122亿元,是4G时代的3.2倍。

数据来源:华西证券 | 放大灯制图

5G费电是世界性的问题

GSM协会2019年的数据显示,目前电信行业消耗了约3%的全球能源。而5G时代的基础设施的能源消耗量要高三倍。[11]

“90%的运营商都对通信网络的能耗问题表示担忧。”来自Vertiv和技术分析公司451 Research在2019年上半年发布的一份报告称,到2030年信息通信将消耗全球五分之一的电力。[11]

省电成了全世界运营商的共同诉求。

事实上,洛阳联通采用的闲时休眠,在国际上已经得到广泛应用。

法国电信运营商France Telecom早在2017年IEEE的一次会议上便提出了一种改善5G基站在休眠模式期间性能的策略。[12]另一家法国运营商Orange也推出了“分级睡眠模式”。[13]

爱立信在2019年提出了“5G新无线电”(5G New Radio)用于节能,本质上也是5G基站的“按需休眠”,降低功耗。[14]

使用NR技术前后能耗对比

左:未开启休眠 中:部分基站休眠 右:全部基站休眠

睡眠模式是降低能耗的主要方法之一。在没有活跃用户接入时,睡眠模式有望将基站功耗减小到十分之一。”欧洲的5G合作组织“5G PPP”在一份发布于2020年的5G能效白皮书中提到,其它方式也可以有效减少5G基站的能源效率,比如多输入多输出技术(MIMO)。[15]

简单来说,该技术增加了基站天线与手机之间的数据路径,相当于开了“多线程”,提高数据传输效率,间接实现省电。

四种不同的天线系统 | 放大灯制图

根据南非运营商MTN的说法,中国移动已经尝试使用MIMO技术。不过,这没能从根本上解决问题[16],还是“削峰填谷”的笨方法更“经济适用”。

削峰填谷,是为每个基站配备一套电池组,在用电低谷时段充电,高峰时段放电供基站使用,通过峰谷时段差价节省电费——尽管晚上基站比较闲,但电池可要忙着充电。

根据中国电信在青岛的一项测试,削峰填谷后单基站每年可节省1.38万元电费。[17]

事实上,削峰填谷并不是5G时代的发明,它早已被用于通信基站的日常运营中,今天甚至连电动汽车报废的电池都成了你的手机信号。

2018年7月,工信部等七部委联合发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案》[18],确定在17省和地区与中国铁塔展开动力电池回收梯级利用工作。根据中国铁塔公布的《2019年度环境、社会及管治报告》[19],铁塔公司已在全国30万基站使用电动汽车退役的电池组供电,约等于9万辆电动汽车的电池电量,占全国退役电动车电池的50%。

5G如何值回票价?

如上所述,5G费电并不是一件新鲜的事情,也不是一个“中国特色”。

甚至在5G方案制定时,已经预料到5G高能耗的未来。为此,5G规划了灵活的参考信号设计,以便更好地利用睡眠模式——4G LTE网络可以通过关闭功率放大器,在闲时实现20%能耗减少,如果把这看作第一级睡眠,5G网络则能够上升到第三级,更多设备进入睡眠模式,以节约50%能耗。

尽管拥有高级睡眠模式,5G能耗仍然高昂;但在更强大的网络接入能力面前,能源投资显然值回票价。根据Orange等机构估计,由于一开始就将能耗优化纳入设计,5G技术在2025年达到成熟后,每Gb数据传输的能耗有望减少到4G的1/10,到2030年,则削减到1/20。

因此,5G是科技的显著进步,是不可阻挡的历史的车轮。

人类社会的发电量是科技文明进步的表现之一。我们通常不会因为某个产业费电而彻底拒绝它——比如电解铝、数据中心等,而是会为高能耗的产业寻求某种折中的方案,去兼顾现有的能源结构、环境压力,并用市场手段寻求能耗与收益的平衡。

对于很多耗电的产业来说,答案可能是自建电厂、寻求更廉价的水电;对于数据中心,是选址、利用自然的风冷水冷;而在5G基站,则是休眠、削峰填谷与“转改直”供电。由公司经济效益驱动的降本增效,也促成了对环境的贡献。

在5G的电力问题中,一个理想的休眠方案,是可以在用户需要网络时提供无折扣的服务的。根据已有的报道,既有“多种不同休眠方案”的说法,也有民间声称晚上直接回到4G的声音。

为什么很多人根本没有意识到5G基站会休眠甚至关机?原因很简单:

  1. 现阶段的移动应用,还没到非5G不可的程度;

  2. 现阶段5G信号覆盖得不完善,消费者对5G/4G的频繁切换、找不到5G信号习以为常。

对于多数消费者而言,5G休眠时场景往往是:处于室内、人均Wi-Fi且原本就不指望有5G信号的地方。即便是夜间、户外、需要手机上网的消费者,实际上闲时的4G网络可以满足当下消费者的几乎所有移动网络需求场景。

但5G休眠引起的争议,不在于信号的有无、速度的快慢,而在于运营商对消费者的服务责任——消费者为5G套餐与设备买单,运营商在力所能及的情况下提供尽可能好的网络接入服务。5G休眠的敏感性也来源于此,这可能是一项有利于5G发展的技术,但哪个运营商把它摆上台面去说,它就要戴上“损害消费者权益”的高帽。

当然,从时间的角度看,所谓的“5G断电”只是5G建设初期的特殊情况,普通消费者其实大可不必过度反应。随着5G网络独立组网、获得低时延、物联网设备接入等全新特性后,5G网络会成为信息社会的基础设施,也会对网络的质量提出更高的要求。

因为电费太贵就拒绝5G,或者给5G建设“使脸色”是因噎废食。尽管今天的5G还没有看到明确、普及的应用场景,但未来可期。因为一个休眠策略就把5G说得如此尴尬,何必呢?

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