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5G 真的更耗电吗

2021-01-11 11:31 • 稿源:未知

2020 年,庚子年,“中国战疫”举世瞩目。这一年,5G 元年,中国通信同样表现抢眼。

5G 真的更耗电吗

根据最新的统计数据,中国完成 5G 基站建设超过 70 万座,5G 终端连接数突破 2 亿。毫无疑问,中国通信人交出了一份令人满意的答卷,国内 5G 市场正在全面爆发。

但另一方面,关于 5G 基站高耗电的议论,时有出现。人们担心,5G 的基站用电成本,会让运营商不堪重负。

今天这篇文章,笔者将详细分析 5G 的能耗,以及产品设计中的节能环节。

▉5G 其实更省电

5G 设备的耗电真的比 4G 多吗?

非常遗憾,这个答案是肯定的。5G 的耗电高,主要有两点原因:

5G 使用 Massive MIMO 技术

4G 基站 RRU 使用 8 天线,天线矩阵实现 2D MIMO,满功率输出 160W 射频信号;5G 基站 AAU 使用 64 天线,天线矩阵实现 3D MIMO,满功率输出 320W 射频信号。如果效率相同,5G AAU 的耗能是 4G RRU 的 2 倍。

实际上,得益于更高效的 PA(Power Amplifier,功率放大器)芯片和更好的 DPD(Digital Pre-Distortion,数字预失真)算法,5G 设备的效率是比 4G 高的。也就是说,AAU 的耗能不到 RRU 的 2 倍。

5G 使用了更高的频段

由于高带宽和 Massive MIMO 的要求,5G 使用较高频率频段。在 SUB-6GHz 的频谱中,中国移动使用 2.6GHz 频段(和 4G 相同);中国电信和中国联通使用 3.5GHz 频段(两家运营商 4G TDD LTE 频段是 2.6GHz 频段)。

根据无线信号自由空间传输损耗公式:

Los (dB)= 32.44 +20lg( d(km)) +20lg( f(MHz))

中国移动 5G 覆盖和 4G 相当,而中国电信和中国联通的 5G 覆盖距离大概是 4G 时的 0.75 倍,站点数理论上增加 1.8 倍。达到与 4G 相同的覆盖效果,5G 站点数理论上是 4G 的 1.2~1.4 倍。

以上两点因素叠加,5G 全网的耗能将是 4G 全网耗能的 2.4~2.8 倍。

看来 5G 的能耗确实不可小觑。那么,又是什么原因让 5G 选择 Massive MIMO 和高频段呢?

Massive MIMO 的优势显而易见:

利用垂直纬度和水平纬度的天线自由度,时频资源利用率提升;

用户间的干扰降低;

提升小区吞吐率;

提升小区边缘用户体验。

而高频段频谱助力 5G Massive MIMO 的实现。

天线的尺寸和频率有关。频率越高,射频信号波长越短,相应的天线尺寸越小。

5G 的 AAU 现在使用 64 天线阵,往后发展还会有 128 天线阵和 256 天线阵。大规模的天线阵,促使 5G 选择高频段频谱资源。

5G 确实比 4G 耗能更多,但不能片面看待这个问题。5G 这匹 “千里马”吃得虽然多,但是,它拉了辆更大的车——5G 系统容量是 4G 的 20 倍以上。

实际上,就传输单位比特信息量的功耗而言,5G 是更省电的。5G 每比特数据消耗的能量约是 4G 的 1/10。

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