5G 基站晚上「被迫关机」?这是个世界性的难题

商业

09-14 10:08

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,典型的单套天线的 5G 基站平均功率为 3800W,能耗是 4G 基站的 3 倍以上。

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?

无奖问答:

你怎么看待 5G 夜间休眠?对你有影响吗?

References:

[1] 5G 休眠:应战「电老虎」还有啥办法?http://www.stdaily.com/02/henan/2020-08/10/content_982810.shtml

[2] 三大运营商宣布智能化关闭 5G 基站 联通王晓初认为「不用大惊小怪」http://www.yyscj.com.cn/show-list-52840.html

[3] 5G 基站休眠,5G 套餐就白开通了?真相是… http://www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202008/06/t20200806_35470824.shtml

[4] 5G 快速进入我们的生活 http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2020-08/15/nw.D110000renmrb_20200815_6-01.htm

[5] 截至 3 月底 全国已建成 5G 基站达 19.8 万个 https://mp.weixin.qq.com/s/ZytgdfiKMUSuIbpBBguUdQ

[6] 网络建设提速!工信部预计年底全国 5G 基站超 60 万个 https://mp.weixin.qq.com/s/aAiw3gBJPONPdpHP1JOZ2g

[7] 中国移动 2020 年中期报告 http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2020-08-31/1208356836.PDF

[8] 中国电信 2020 年中期报告 http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2020-08-31/1208354360.PDF

[9] 中国联通 2020 年中期报告 http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2020-08-13/1208158684.PDF

[10] 2020 年上半年通信业经济运行情况 http://www.miit.gov.cn/n1146312/n1146904/n1648372/c8021338/content.html

[11] Can 5G really be sustainable? https://www.raconteur.net/sustainability/sustainable-business-2020/5g-environmental-impact

[12] Advanced Sleep Modes and Their Impact on Flow-Level Performance of 5G Networks https://www.researchgate.net/publication/319059103_Advanced_Sleep_Modes_and_Their_Impact_on_Flow-Level_Performance_of_5G_Networks

[13] 5G : energy efficiency「by design」https://hellofuture.orange.com/en/5g-energy-efficiency-by-design/

[14] A technical look at 5G energy consumption and performance https://www.ericsson.com/en/blog/2019/9/energy-consumption-5g-nr

[15] 5G and Energy Efficiency https://global5g.org/sites/default/files/BookletA4_EnergyEfficiency.pdf

[16] 5G base stations use a lot more energy than 4G base stations: MTN https://www.fiercewireless.com/tech/5g-base-stations-use-a-lot-more-energy-than-4g-base-stations-says-mtn

[17] 5G 触「电」擦出智慧火花 http://www.cnii.com.cn/rmydb/202003/t20200325_163802.html

[18] 七部门关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知 http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757016/c6275210/content.html

[19] 中国铁塔 2019 环境、社会及管治报告 https://doc.irasia.com/listco/hk/chinatower/annual/2019/cesr.pdf

本文来自微信公众号「放大灯」(ID:guokr233),作者普通酱、大绵羊,编辑两个人,爱范儿经授权发布。

登录,参与讨论前请先登录

评论在审核通过后将对所有人可见

正在加载中