随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，节能减排、可持续发展已经成为中国社会发展的重大课题。“十四五”规划提出坚持新发展理念、实现生产生活方式绿色转型的主要目标，以及降低能源消耗和经营成本等约束性指标。因此在多种制式的移动通信网络与其高能耗长期并存的现状下，应因地制宜，在节能减排、资源循环利用等方面制定负面清单和具体对策，网间协作节能降本，寻求最佳平衡点并稳中有降，实现移动网络高质量发展与节能降本双赢。
节能降本需求分析
移网发展与成本的矛盾
“十四五”时期，将推进新型基础设施建设，加快5G网络规模化部署，用户普及率提高到56%，推广升级千兆光纤网络。5G引领“新基建”，发展以5G为代表的“新基建”，将成为我国建设制造强国与网络强国的助推器。
共建共享为网络发展提速。2019年9月9日，中国联通与中国电信签署《5G网络共建共享框架合作协议书》。2020年5月20日，中国移动与中国广电签署5G共建共享合作框架协议。2020年5月20日，工信部、国资委联合发布《关于推进电信基础设施共建共享支撑5G网络加快建设发展的实施意见》，明确要求以深入推进5G共建共享为重点，强化统筹集约建设和存量资源共享，继续推进杆路、管道等传输资源共建共享；同时还特别强调推进跨行业共建共享，积极探索各种形式的共建共享需求。
随着“新基建”和“共建共享”按下加速键，以及5G网络建设的规模扩张和不断深入，未来5G基站数量将是4G的1.5～2倍，而5G基站的建设成本高于4G基站，再加上5G基站运行能耗高的这一现状，实在是“烧钱”没商量。不仅如此，5G的融合应用和行业应用尚在探索试点阶段，市场渗透不足。目前，对于运营商而言，同时面临5G高投资运营成本和5G低营收，发展与成本的矛盾突出，5G的高能耗甚至成为了制约5G基站建设的首要原因，移动网络亟待降本增效。
5G网络高耗能分析
相较于4G，5G基站的功耗明显上升。中国通信标准化协会的数据显示，目前主要运营商的5G基站主设备空载功耗约2.2kW～2.3kW，满载功耗约3.7kW～3.9kW，是4G单站的3倍左右。如图1所示，5G基站功耗可以分为AAU和BBU两大部分，AAU的功耗约占整机功耗的90%，是基站功耗的主要组成部分。AAU的功耗按照功能模块可分为功放、小信号、数字中频和电源功耗。功耗随着业务负载的变化而变化，各功能模块的功耗比例也随之发生变化。在满载条件下，功放的功耗占比最高，约58%；在空载条件下，数字中频部分的功耗占比最高，约46%。
图1 5G基站功耗开销比例
由于5G比4G传输速率大、天线数量多，功耗也随之增大。其中，射频单元能耗高，主要原因是5G小区带宽是4G的5倍以上，收发通道数从原来的8通道变为32通道和64通道，并从传统的2流变为16流甚至更高，发射功率也从100W以上变为200W及以上。射频单元功耗增加显著，同时通道数多也带来基带计算量的增加，功耗也会上升，导致总功耗增加。
相比于4G，由于5G采用的是更高的频率，单站覆盖的范围更小，要实现更好更全的覆盖，就需要更密更多的基站。同时，5G的带宽增长了10倍，虽然能源效率提高了，但要实现这么大的数据流量，基站耗能还是会成倍增长。虽然一个小基站的能耗远低于一个传统的宏基站，但是要完成对一片区域的连续覆盖，就需要较大数量的5G小基站。据业界预测，5G基站数量最终将是4G基站的1.5～2倍。
当前，移动通信基站的机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持
机房一定的工作环境温度主要靠空调来实现，为保障设备在恒温下运行，不因温度过高而宕机，制冷系统就要不间断地为基站降温，这也是导致运营成本居高不下的重要原因之一。基站自从诞生以来，基本上一直采用传统的空调制冷方式，且占据了基站总能耗的30%～40%。
综上所述，在5G通信系统中，基站可谓是“能耗大户”，大约80%的能耗来自于基站。相较于4G网络，5G不仅功耗提升了3倍以上，并且由于覆盖范围的减少，5G基站的数量又成倍增加，再加上配套机房设施制冷方面不可避免的耗能，总体上导致了5G高耗能的局面。
移动网络能耗分析
随着网络规模的不断扩大，各种制式的移动通信设备不断增加，为保障设备的不间断运行，电力等能源需求也日益增长。电力消耗在通信运营企业能源消耗中占很大比例。移动网络节能落到实处就是组成网络的每一个站点的节能，为进一步了解站点的能耗组成，如图2所示，根据对站点成本的综合分析，主设备、配套、电费的成本占比大，三者的降本是重点；而在电费方面，主设备和空调能耗占比高，二者的节能是关键。
图2 站点成本和电费的组成
移动通信网络节能降本方式探索
网络优化精简
根据网络分布及业务量情况，对移网设备进行合理的优化调整，精细化地精简网络和网络设备。2020年，本地2G移网全部的BSC和BTS已完成退网。在3G网络优化精简时，结合3G用户分布分析，避开3G用户常驻区，因时制宜，减设备、减频、减小区、减站、减RNC多措并举，实现全网单频，逐步退网。此举既节能降本，又降低铁塔租赁成本和运营成本，详见表1、表2。
表1 3G精简措施
3G网络方面，2021年一季度评估可以节能的数量：东莞联通可下电807块TX板、1615块Rax板、52个放大器、151个DU。与4G同站址且VoLTE话务占比超过95%的3G站可退网94站，周边130米内存在4G宏站的单3G低业务站可退网17站，同站址的低配置3G逻辑站可退网6站。根据设备功耗，仅完成一季度评估可以节能的数量，即可带来可观的节能效应。
4G网络方面，根据对现网历史数据的分析，参照4G初期终端普及率的趋势预测5G终端普及率趋势，以业务模型驱动的业务量上升值与5G分流4G的业务量增量相比较，预测在2021年8月出现4G流量拐点，到时可以着手探索4G网络的优化精简。
5G网络方面，中国电信与中国联通已在全国范围开展5G共建共享一年多，有的地市作为共享方在共建共享合作之前就已经自建了小部分5G站点，其中存在与承建方已建站点同址或近址的情况，双方联合评审可以考虑将各自5G同址或近址的站点进行撤并，保留一方的站点，另一方的站点进行下电和拆站、拆旧设备资源再利用。
共建共享
频谱共享是缓解未来频谱供需矛盾的重要措施，是提高频谱利用率、避免资源浪费的有效途径，是符合未来频谱管理创新和频谱资源精细化管理的趋势。中国电信和中国联通在1.8GHz、2.1GHz、3.5GHz三个频段的频率资源比邻，双方积极参与频谱共享，加大统筹规划和技术交流，全面评估共享效果并制定合理共享方案，积极推行频谱共享研究与应用，提升频谱资源利用率，可最大化满足快速增长的用频需求。
2020年中国联通与中国电信在全国范围开展了5G共建共享和低业务区4G共建共享，提升了网络能力和网络效能。2021年双方进一步加强深度共建共享，继续采用MOCN方式，围绕降本增效，提升覆盖和感知，加大共享和并网力度。4G和5G协同，加强2.1GHz重耕区域的站址合并，通过1.8GHz的4G共享和5G的分流，卸载2.1GHz负荷，在保障4G感知前提下，2.1GHz应能清尽清，优先清退40MHz，其次清退20 MHz，腾退2.1GHz频率，为重耕5G奠定基础。4G共享以共享载波为主，严禁新购独立载波，如确实需要2.1GHz独立载波，由集团进行全国统筹调配。现阶段开展3.5GHz、2.1GHz、1.8GHz的共享，后续双方协商开展800MHz和900MHz的4G共享试点，为低业务区全面关停1.8GHz奠定基础。4G共建共享方案、应用场景、实施要求见表3。
表3 4G共建共享方案、应用场景、实施要求
双方统一频率规划，加强站址重构，退掉次优站址，同时整合天面，腾退次优天面。采用共享建设方式，可减少主设备及空调电源等配套设施投资，降低主设备和配套的能耗，采用铁塔公司统一建设、运营商共享的方式，运营商之间开展机房配套资源、天面资源、传输资源、管道及纤芯资源、基站主设备资源、频谱资源的共建共享，联动全面资源共享和复用，节省建设投资、减少资源浪费，实现节能降本。
极简站点
通过增补少量BBU框、UPEU电源板、DCDU,采购一站式室外刀片电源（8kW-12kW）、ODF、SDH、OTN 等室外设备和双模License包, 实现BBU共框和RRU共模，实现“铁塔+无机房”的极简站点。
极简站点可节省机房和铁塔的经营性租赁费，节省主设备和空调的能耗，节省设备维护和协同优化的运行维护费，并可降低旧设备故障率、提升可靠性，在能耗、租赁、运维等方面多维度节省运营成本。极简站点改造如图3所示。
图3 极简站点改造
5G移频MIMO室分系统
数字化室分系统端到端有源、后期电费高，与传统室分相比，数字化室分系统的工程投资高、能耗比高。推广应用5G移频MIMO室分系统可以直接利旧大量的存量室分资源，可以有效地推进室内环境的5G网络建设进度、节省5G建设投资和运营电费支出，实现节能降本。
5G移频MIMO室分系统开通后，楼层遍历5G现场测试，平均RSRP为-75.09dBm，平均SINR为-25.7dB，无线覆盖率为100%，上传PDCP层平均速率为98.54Mbps，下载PDCP层平均速率为510.96Mbit/s，5G的覆盖、质量、速率均能有效满足用户的业务体验需求和感知要求。
5G移频MIMO室分系统是在原室分系统基础上进行改造，通过移频管理单元（FSMU）将5G信号变频为800MHz～2700MHz频段信号，然后与2G/3G/4G射频信号进行合路，输出至无源室内分布系统；移频覆盖单元（FSRU）接收无源室分系统内变频信号，经过滤波、放大、变频后恢复至5G信号，5G信号与2G/3G/4G信号同时输出，达到利旧原有室分天馈系统，在单根馈线上实现5G信号2×2MIMO覆盖的目的，如图4所示。
图4 5G移频MIMO室分系统
5G智能节能
单小区操作的符号关断、射频通道关断、深度休眠，不会影响5G用户的正常通信体验，5G用户权益不会因此受到侵害。5G基站射频单元设备深度休眠功能是在业务闲时时段开启，即在深夜凌晨开启，实现5G网络功耗智能化管理。在5G基站射频单元设备深度休眠功能开启后，运营商会保留至少一张打底网，当有用户业务发生时，打底网承载用户正常业务。更重要的是，5G基站射频单元设备进入深度休眠状态后，当5G业务量增加时，AAU设备可以通过网管平台进行唤醒，只需5～10分钟即可提供5G服务。
针对多小区操作的载波关断、人工智能节能技术，在提高节能效率的同时可满足一定的网络性能，实现节能与网络性能灵活可控。5G基站智能节能如图5所示。
图5 5G基站智能节能
实测结果显示，符号关断可实现降本10%以上，深度休眠期间可实现平均降本60%以上，符号关断叠加深度休眠后全天可实现降本30%以上，且在节能期间网络各项性能保持稳定。据测算，C-RAN可节省整站功耗5%左右。
在5G网络建设中，推广C-RAN组网方式，通过BBU基带资源池共享，节省硬件板卡配置，实现节能降本。在保障5G无线性能基础上，根据网络各时段特点、小区负荷、业务需求动态调整，实施网络级的基础型和增强型节能降本技术，开展多网络协同智能平台建设，基于业务动态变化特征，对相关设备的功能、模块和开关等进行自适应控制，智能节能降本。
针对未来网络超密集部署引起的日益增长的能量消耗，绿色节能问题日益突出，网络的能量效率也成为网络资源管理的重要指标。节能降本是降低未来运营成本的重要措施，是提高资源利用率、避免资源浪费的有效途径。效益优先、提质量、保感知、网业协同、多措并举，推行全网的节能降本是资源精细化管理的趋势，积极推行节能降本的探索与应用，具有重要意义。
