5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估白皮書

5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022年）中國移動研究院華為技術(shù)有限公司·聯(lián)合編寫單位及作者中國移動丁海煜，畢成，鄧偉，韓延濤，張晟，李文智，劉建華，孫蕾，張聰華為姜旭冬，段浩，丁正虎，張宇，夏磊，朱江，魯劍

·前言氣候與環(huán)境變化已成為人類社會生存與發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，危及可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，為了避免氣候災(zāi)難，我們必須將全球溫度上升限制在1.5℃[1]。1.5℃的目標(biāo)對于全球經(jīng)濟(jì)體都是巨大挑戰(zhàn)，需要各國工業(yè)、交通、能源、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域協(xié)同努力，加快形成綠色低碳的發(fā)展和生活方式?？萍迹绕涫菙?shù)字化科技，將扮演越來越重要的角色。以5G為代表的新一代數(shù)字化技術(shù)促進(jìn)了生產(chǎn)和生活方式的低碳化，全球電子可持續(xù)發(fā)展倡議組織（GeSI）的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，數(shù)字化技術(shù)的部署將使可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程平均加快22%，并將下行趨勢延緩23%。與此同時，數(shù)字化技術(shù)自身也在向著更加綠色的目標(biāo)演進(jìn)。[2]ICT技術(shù)一直致力于使用更少的能量來傳遞、處理和存儲更多的信息，以5G為例，其單位比特的能耗值僅為4G的約四分之一，網(wǎng)絡(luò)吞吐量大約是4G的15倍以上。同時，5G無線網(wǎng)絡(luò)仍在持續(xù)演進(jìn)，以引入更多的設(shè)備、站點、網(wǎng)絡(luò)等端到端綠色節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)單位比特能耗值的持續(xù)降低。然而，以何種指標(biāo)評估和衡量綠色5G無線網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界當(dāng)前并沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。“能耗”和“能效”是目前通用的兩種評估方法。5G單站能耗相較4G雖高，但傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量更強(qiáng)，僅用“能耗”進(jìn)行評估不夠客觀?！澳苄А毕鄬碚f更加科學(xué)，在業(yè)界也形成了基本共識。目前“能效”的常見定義為流量和能耗的比值（bit/J），比較適用于衡量單基站，但對于整個無線網(wǎng)絡(luò)而言，還需網(wǎng)絡(luò)性能等指標(biāo)影響，只考慮bit/J不夠全面，近期國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)組織均啟動了相關(guān)研究工作。中國移動聯(lián)合華為公司，在國內(nèi)率先啟動了5G無線網(wǎng)絡(luò)能效指標(biāo)體系和評估方法研究，并將階段性研究成果發(fā)布在《5G無線網(wǎng)絡(luò)

·能效評估1.0白皮書》中。本白皮書旨在為產(chǎn)業(yè)做出相關(guān)的探索和啟示，并能最終評估和衡量綠色網(wǎng)絡(luò)，以促進(jìn)綠色技術(shù)在商用網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用落地，助力5G網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展。

中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）目錄1.國家雙碳戰(zhàn)略加速移動網(wǎng)絡(luò)綠色低碳發(fā)展.............................21.1國家雙碳戰(zhàn)略要求.............................................21.2綠色網(wǎng)絡(luò)評估方法有待完善.....................................32.5G無線節(jié)能技術(shù)和能效評估研究進(jìn)展................................62.15G綠色節(jié)能技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新......................................62.1.1設(shè)備維度..............................................62.1.2站點維度..............................................82.1.3網(wǎng)絡(luò)維度..............................................82.25G網(wǎng)絡(luò)能效評估研究進(jìn)展......................................92.2.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織研究進(jìn)展................................92.2.2相關(guān)行業(yè)組織研究進(jìn)展.................................102.3現(xiàn)有研究成果的局限性........................................113.5G多維網(wǎng)絡(luò)能效評估方法.........................................143.1評估目標(biāo)....................................................143.2評估方法....................................................153.2.1宏觀層面..............................................153.2.2微觀層面..............................................174.后續(xù)展望........................................................184.1標(biāo)準(zhǔn)化......................................................184.2網(wǎng)絡(luò)實踐....................................................19縮略語列表.........................................................20參考文獻(xiàn)...........................................................211中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）1.國家雙碳戰(zhàn)略加速移動網(wǎng)絡(luò)綠色低碳發(fā)展2020年9月22日，習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上承諾“中國將力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，事關(guān)國家可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體。我國將用30年時間走完發(fā)達(dá)國家60年的“達(dá)峰-中和”進(jìn)程，面臨時間短、任務(wù)重、轉(zhuǎn)型難等重重挑戰(zhàn)，倒逼中國以更快速度向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，綠色低碳成為各行各業(yè)共同的新目標(biāo)和新使命，也驅(qū)動ICT產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)性思考移動網(wǎng)絡(luò)綠色發(fā)展策略。1.1國家雙碳戰(zhàn)略要求2021年2月國家發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》，從生產(chǎn)體系、流通體系、消費體系、基礎(chǔ)設(shè)施綠色升級、綠色技術(shù)創(chuàng)新體系、法律法規(guī)政策體系六大方面，明確85項重點任務(wù)，要求各地區(qū)抓好貫徹落實，充分認(rèn)識建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的重要性和緊迫性。隨后，國家發(fā)布了《2030年前碳達(dá)峰行動方案》，以及一系列能源、工業(yè)、建筑、交通等重點領(lǐng)域和煤炭、電力、鋼鐵、水泥等重點行業(yè)的實施方案，出臺了科技、碳匯、財稅、金融等保障措施，形成了碳達(dá)峰、碳中和“1+N”政策體系，并明確了相關(guān)時間表、路線圖、施工圖。2021年底，國家發(fā)布《貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求，推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》，提出要有序推動以數(shù)據(jù)中心、5G為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)揮其“一業(yè)帶百業(yè)”作用，助力實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，并且對5G2中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）等提出具體的能效改進(jìn)要求。移動通信產(chǎn)業(yè)積極響應(yīng)政策要求，一方面充分發(fā)揮信息技術(shù)在助力全社會綠色低碳中的杠桿作用，加速行業(yè)數(shù)字化和低碳化發(fā)展，另一方面加速引入綠色低碳技術(shù)，完善評估機(jī)制，建立能效、性能雙優(yōu)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。圖1.1數(shù)字化以10倍杠桿效應(yīng)使能低碳化圖1.2移動網(wǎng)絡(luò)向性能和能效雙優(yōu)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1.2綠色網(wǎng)絡(luò)評估方法有待完善過去兩年多，突如其來的疫情加速了數(shù)字化的進(jìn)程，遠(yuǎn)程辦公、線上教育等被廣泛接受。為了滿足大眾隨時隨地體驗良好網(wǎng)絡(luò)性能的3中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）訴求，為了萬物互聯(lián)和支撐社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，移動網(wǎng)絡(luò)將持續(xù)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)流量將持續(xù)提升。據(jù)統(tǒng)計，到2030年，網(wǎng)絡(luò)流量仍有百倍的增長需求，多頻多制式網(wǎng)絡(luò)將長期存在。為了避免移動網(wǎng)絡(luò)的功耗隨[3]著流量線性增長，需要持續(xù)發(fā)展節(jié)能降耗技術(shù)。圖1.3到2030年，網(wǎng)絡(luò)流量百倍提升移動通信技術(shù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展導(dǎo)向，多以提升性能作為主要目標(biāo)。評價和衡量網(wǎng)絡(luò)，也多以性能相關(guān)指標(biāo)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，例如千兆網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、隨時隨地100Mbps等，綠色相關(guān)的評估指標(biāo)體系有待完善。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)向性能、節(jié)能雙優(yōu)發(fā)展，需引入綠色相關(guān)評估、評價機(jī)制，建立雙優(yōu)目標(biāo)網(wǎng)。然而，以何種指標(biāo)評估和衡量綠色5G無線網(wǎng)絡(luò)，業(yè)界當(dāng)前并沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?！澳芎摹焙汀澳苄А笔悄壳巴ㄓ玫膬煞N評估方法。5G單站能耗相較4G雖高，但傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量更強(qiáng)，僅用“能耗”進(jìn)行評估不夠客觀?！澳苄А毕鄬碚f更加科學(xué)，在業(yè)界也形成了基本共識。目前“能效”的常見定義為流量和能耗的比值（bit/J），比較適用于衡量單基站的能力。但對于網(wǎng)絡(luò)運營商而言，需要更加完善的網(wǎng)絡(luò)能效評估方法，一方面可以用來衡量使用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)后帶來的能效提升，另一方面，需要衡量不4中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）同區(qū)域、場景下的網(wǎng)絡(luò)能效，從而給出相關(guān)提升建議。針對第一個目標(biāo)，由于網(wǎng)絡(luò)流量在自然增長，5G引入的大規(guī)模天線中的多用戶MU-MIMO等技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)能耗的增長幅度低于流量的增長幅度，當(dāng)然也是5G的系統(tǒng)優(yōu)勢，但會造成bit/J的自然增長；針對第二個目標(biāo)，不同區(qū)域、場景下，采用不同的站型和網(wǎng)絡(luò)頻譜資源，因此，還需網(wǎng)絡(luò)性能等指標(biāo)影響，給出網(wǎng)絡(luò)能效的方法論和定義。當(dāng)前，國家和通信行業(yè)高度重視5G能效的提升。國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合等四部委聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求，推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》，明確提出要加快節(jié)能5G基站推廣應(yīng)用，采用新工藝、新材料、新方案、新設(shè)計，降低基站設(shè)備能耗，提出到2025年，5G基站能效要提升20%。中國三大電信運營商紛紛啟動了“雙碳”行動計劃：以中國移動為例，2021年發(fā)布的《C2三能——中國移動碳達(dá)峰碳中和行動計劃白皮書》，明確提出要持續(xù)開展亞幀靜默、通道靜默、淺層休眠、深度休眠、多層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同節(jié)能無線網(wǎng)節(jié)能技術(shù)研究，明確適用場景，部署無線網(wǎng)節(jié)能技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)能效評估方法的研究，將助力于推動網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，牽引無線網(wǎng)絡(luò)綠色發(fā)展。本白皮書將在隨后的章節(jié)就中國移動和華為等近期研究的能效評估方法進(jìn)行詳細(xì)描述，希望為產(chǎn)業(yè)做出相關(guān)的探索和啟示。5中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）2.5G無線節(jié)能技術(shù)和能效評估研究進(jìn)展2.15G綠色節(jié)能技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新為了持續(xù)提升5G無線網(wǎng)絡(luò)的能效，實現(xiàn)比特增長瓦特不增，需要在設(shè)備、站點、網(wǎng)絡(luò)等維度進(jìn)行創(chuàng)新。在設(shè)備維度，需要通過物理學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等多學(xué)科的創(chuàng)新，持續(xù)提升設(shè)備能效。在站點維度，通過整站視角的系統(tǒng)化設(shè)計，從提升各節(jié)點的電源轉(zhuǎn)換效率、降低供電鏈路的線路損耗以及空調(diào)等配套設(shè)備的功耗等方面提升站點全鏈路能效。在網(wǎng)絡(luò)維度，引入自動化和智能化，最大化利用資源關(guān)斷的價值。2.1.1設(shè)備維度無線站點的能耗主要由兩部分組成，一部分為站點配套系統(tǒng)，如機(jī)房空調(diào)、電源、傳輸?shù)饶芎模徊糠譃橹髟O(shè)備本身的能耗，如射頻單元、基帶單元等。典型的D-RAN站點，主設(shè)備能耗占比約為60%，配套占比約為40%。配套設(shè)備的節(jié)能，主要是圍繞應(yīng)用先進(jìn)的電源、空調(diào)節(jié)能技術(shù)等，從而最大限度的提升站點能效，降低PUE值?；局髟O(shè)備功耗中，射頻模塊功耗約占90%，是基站功耗的主要組成部分，設(shè)備節(jié)能應(yīng)主要考慮降低射頻模塊的功耗。圖2.1站點功耗組成6中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）隨著硬件工藝、材料的持續(xù)演進(jìn)，結(jié)合新技術(shù)的應(yīng)用，每兩到三年硬件設(shè)備就會有跨越式發(fā)展，相同規(guī)格條件下硬件功耗將顯著下降。相比RRU，AAU更加復(fù)雜，由更多零部件構(gòu)成，涉及材料學(xué)、熱力學(xué)、數(shù)學(xué)、電磁學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等多個學(xué)科。AAU通過多學(xué)科融合和系統(tǒng)性設(shè)計，持續(xù)降低硬件功耗。高效功放：作為射頻模塊功耗占比最高的器件，是降低能耗時要考慮的重中之重；結(jié)合GaN材料持續(xù)演進(jìn)、功放架構(gòu)持續(xù)創(chuàng)新，更先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DPD預(yù)失真算法等，持續(xù)提升功放效率。創(chuàng)新材料：引入高性能介質(zhì)濾波器、創(chuàng)新材料和創(chuàng)新工藝一體成型、有源無源聯(lián)合設(shè)計，持續(xù)提升射頻模塊性能和降低射頻模塊損耗。相比傳統(tǒng)金屬腔濾波器，新型介質(zhì)濾波器運用新型拓?fù)浼軜?gòu)和新型介質(zhì)材料，實現(xiàn)體積、重量和插損大幅降低，支撐5G設(shè)備向更輕、更高效發(fā)展。天線材料持續(xù)發(fā)展，高性能樹脂新材料助力一體成型天線，支持天線輕量化和高性能。通過有源和無源聯(lián)合設(shè)計演進(jìn)，引入新型低插損介質(zhì)材料降低介質(zhì)損耗；引入新型復(fù)合材料，實現(xiàn)信號傳輸在高導(dǎo)電率傳輸層上，電導(dǎo)率高，實現(xiàn)導(dǎo)體低損耗。高效散熱：射頻模塊正常工作時，模塊功耗受到溫度影響，溫度越高，模塊功耗也越高；通過RBC、仿生齒等高效散熱技術(shù)使模塊工作在溫度相對較低的狀態(tài)以降低功耗。高集成度芯片：芯片工藝和算法持續(xù)演進(jìn)，降低單芯片功耗；芯片內(nèi)資源的調(diào)度方式逐漸優(yōu)化，通過芯片內(nèi)資源核的獨立下電控制和頻率控制，實現(xiàn)資源核的調(diào)度和業(yè)務(wù)量相關(guān)。設(shè)備除硬件效率持續(xù)提升外，還需軟件技術(shù)持續(xù)演進(jìn)降低模塊在7中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）運行態(tài)的功耗。在5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，由于業(yè)務(wù)負(fù)荷、用戶規(guī)模尚處于發(fā)展中，可以在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的情況下，對5G基站設(shè)備的有源器件進(jìn)行選擇性的靜默，從而實現(xiàn)基站節(jié)能。中國移動已聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界研發(fā)時域、頻域、空域、功率域等多維度的無線網(wǎng)節(jié)能技術(shù)，包括亞幀靜默、通道靜默、淺層休眠、深度休眠、下行動態(tài)功率控制和宏微協(xié)同休眠等節(jié)能技術(shù)，并已推動現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模落地應(yīng)用，可實現(xiàn)低負(fù)荷場景基站節(jié)電15%~35%，極低負(fù)荷場景基站節(jié)電50%以上。2.1.2站點維度通過站點架構(gòu)創(chuàng)新，如BBU集中化、全室外免空調(diào)站點等，減少空調(diào)等非功能性設(shè)備的使用。通過重構(gòu)站點形態(tài)，站點從機(jī)房變機(jī)柜，機(jī)柜變掛桿，免土建機(jī)房。目前5G建設(shè)，多采用C-RAN極簡站點方式提升站點能效。C-RAN架構(gòu)下基帶單元集中部署，可簡化遠(yuǎn)端站點，節(jié)省大量的機(jī)房、空調(diào)，從而大幅降低能耗。2.1.3網(wǎng)絡(luò)維度無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，可分為功能化、自動化和智能化三個階段。功能化階段，在2G/3G時代，通常是通過關(guān)斷各種網(wǎng)絡(luò)資源實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，例如關(guān)斷時隙、通道、載波、小區(qū)等網(wǎng)絡(luò)資源，達(dá)到節(jié)能的目的。這種方式存在節(jié)能方案開通效率低下、網(wǎng)絡(luò)性能難以保證等問題。自動化階段，隨著技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)逐漸進(jìn)入節(jié)能自動化階段，實現(xiàn)節(jié)能特性的自開通、部分節(jié)能參數(shù)基于策略的自優(yōu)化，一定程度上解決節(jié)能特性開通的難題。8中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）智能化階段，無線節(jié)能技術(shù)持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界開始引入智能引擎，節(jié)能向全面智能化發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)能效益最大化，同時保障網(wǎng)絡(luò)性能。中國移動自主開發(fā)了智能節(jié)電平臺，支持以AI智能預(yù)測技術(shù)為核心的5G全場景動態(tài)節(jié)能策略，實現(xiàn)節(jié)能功能靈活最佳調(diào)配，可在已有的節(jié)能功能基礎(chǔ)上，額外節(jié)省5%以上網(wǎng)絡(luò)能耗，產(chǎn)品入選發(fā)改委《國家通信業(yè)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品推薦目錄（2021）》。2.25G網(wǎng)絡(luò)能效評估研究進(jìn)展由于現(xiàn)有的能效評估方法比較適用于衡量單基站，對于整個無線網(wǎng)絡(luò)不夠客觀，目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織、產(chǎn)業(yè)組織等，紛紛開展了綠色網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究，并嘗試定義網(wǎng)絡(luò)綠色KPI指標(biāo)體系。2.2.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織研究進(jìn)展ETSI、ITU、3GPP等國際標(biāo)準(zhǔn)組織開展的無線網(wǎng)絡(luò)能效研究聚焦于不同場景、不同業(yè)務(wù)類型，提出相應(yīng)的能效指標(biāo)定義（能效指標(biāo)=網(wǎng)絡(luò)有效輸出/網(wǎng)絡(luò)能耗，有效輸出包含流量，覆蓋面積，時延，連接數(shù)等）：從業(yè)務(wù)類型看，以5G為例，涵蓋了eMBB，URLLC，mMTC三大場景；[4]從部署場景看，考慮5G一些新場景，如切片、VNF、RAN-sharing等[5]。CCSA等國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織近期也啟動了相關(guān)工作，其中TC5WG9工作組今年啟動了《影響5G無線網(wǎng)絡(luò)能效的參數(shù)及測試方法研究》研究報告立項，旨在研究分析影響網(wǎng)絡(luò)能效的主要參數(shù)，并明確參數(shù)9中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）的定義、類別及方法，以客觀了解網(wǎng)絡(luò)總體的節(jié)能效果，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)的推進(jìn)、節(jié)能降耗產(chǎn)品的落地應(yīng)用等。2.2.2相關(guān)行業(yè)組織研究進(jìn)展(1)GSMAGSMA（GlobalSystemforMobileCommunicationsassembly，全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會）在持續(xù)研究評估無線網(wǎng)絡(luò)能效的指標(biāo)體系，并嘗試從多個維度對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行描述[6]。energyperunitoftraffic(kWh/GB)energyperconnection(kWh/connection)energypercellsite(MWh/cellsite)energyperrevenue(MWh/€million)另外，GSMA在進(jìn)行跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)對比分析時，為了剔除人口密度等外界因素的影響，還對數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理，以凸顯網(wǎng)絡(luò)相關(guān)因素對于網(wǎng)絡(luò)能效帶來的影響。(2)NGMN為了更好地支持5G全面部署和充分發(fā)揮5G的作用，自2021年以來，以運營商為主的產(chǎn)業(yè)組織平臺NGMN（NextGenerationMobileNetworks，下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)）也在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)能效相關(guān)研究。NGMN成立三項重點項目，其中一項即為綠色節(jié)能，其圍繞網(wǎng)絡(luò)能效和綠色KPI指標(biāo)展開研究。2022年旨在：[7]建立具備全球運營商普適性的KPI和方法論定義能效評估方法論定義能效評估方法論所需的數(shù)據(jù)源及獲取方式NGMN能效和綠色KPI項目組認(rèn)為需要引入網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量因子，全面評估綠色網(wǎng)絡(luò)。10中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）2.3現(xiàn)有研究成果的局限性現(xiàn)有能效評估方法，初步考慮了業(yè)務(wù)場景對能效的影響。以ETSIES203228為例，針對eMBB場景、覆蓋場景、時延場景，定義的能效指標(biāo)如下：trafficeMBB場景：EE=EnergyConsumptioncoveragearea廣覆蓋場景：EE=EnergyConsumptionuserplanelatency低時延場景：EE=EnergyConsumption以eMBB場景為例，上述定義的能效評估方法是將傳統(tǒng)單站能效評估方法直接擴(kuò)展為網(wǎng)絡(luò)能效評估，即網(wǎng)絡(luò)能效等于網(wǎng)絡(luò)總流量除以網(wǎng)絡(luò)總能耗。這種方法看似簡單直接，然而在實際應(yīng)用過程中，將面臨以下三方面的挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)1：5G基站密度的增加在提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的同時，也會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)總能耗的增長，評估網(wǎng)絡(luò)能效時如何考慮？當(dāng)前，5G網(wǎng)絡(luò)仍處于大規(guī)模建設(shè)階段，各運營商都在加快5G建設(shè)步伐，打造5G精品網(wǎng)絡(luò)。人均5G基站數(shù)、單位面積5G基站數(shù)成為衡量5G商用建設(shè)是否領(lǐng)先的明星指標(biāo)，不斷增加的5G基站建設(shè)密度，在提升絡(luò)覆蓋率提升的同時，也會造成網(wǎng)絡(luò)能耗的增加。在當(dāng)前5G流量尚未充分發(fā)展的情況下，反而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能效有所下降，在評估網(wǎng)絡(luò)能效時需要綜合考慮。11中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）表2-1部分城市5G基站數(shù)和基站密度（截止2021年底）城市5G基站數(shù)（萬）基站密度（個/平方公里）深圳上海北京524.77.64.85.53.4挑戰(zhàn)2：能效隨著流量的增長而增長，且能效與流量的關(guān)系是非線性的，如何實現(xiàn)能效的橫向?qū)Ρ?？為簡化分析，首先，從單基站來看，即使沒有業(yè)務(wù)時，基站也存在較大的靜態(tài)功耗，也就是能效公式中，分母是截距不為0的表達(dá)式，能效與流量的關(guān)系將不再是線性的，流量與能效的關(guān)系建模如圖2.3所述；其次，在實際網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)流量與能效的關(guān)系還會受到用戶業(yè)務(wù)特征、信道分布等因素影響，流量與能效的關(guān)系將變的更為復(fù)雜，流量與能效呈現(xiàn)出類對數(shù)曲線模型，如圖2.4所示。因此，如何實現(xiàn)不同城市、區(qū)域的能效對比，還需要更深入的研究?；竟呐c負(fù)荷關(guān)系收發(fā)信機(jī)數(shù)字中頻基帶上移電源功放100%70%50%30%0%業(yè)務(wù)負(fù)荷（無線資源利用率）圖2.2基站能耗與負(fù)荷的關(guān)系圖（某型號5G基站）12中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）單站流量與單站能效的關(guān)系圖（GB/kWh）020406080100流量圖2.3單站流量與單站能效的關(guān)系圖（某型號5G基站）網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)系y=-0.0007x-0.0294x+2.6757x+0.039532R2=0.99910.002.004.006.008.0010.0012.00網(wǎng)絡(luò)流量（TB）圖2.4網(wǎng)絡(luò)流量與網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)系圖（某5G現(xiàn)網(wǎng)區(qū)域）13中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）挑戰(zhàn)3：不同環(huán)境因素下，相同流量的網(wǎng)絡(luò)能耗代價不同，評估網(wǎng)絡(luò)能效時如何考慮？不同環(huán)境因素下相同流量消耗的網(wǎng)絡(luò)資源不同，需要的網(wǎng)絡(luò)能效也不同。白皮書重點考慮室內(nèi)外環(huán)境因素的影響。以D頻段2.6GHz為例，采用室外覆蓋室內(nèi)建網(wǎng)時，建筑物的綜合穿透損耗約20dB，前期測試結(jié)果顯示，室內(nèi)用戶平均速率約是室外平均速率的1/4~1/3，也就是說相同的流量下，室內(nèi)用戶需要耗費相當(dāng)于室外用戶3~4倍的網(wǎng)絡(luò)資源，此時基站的能耗約是服務(wù)室外用戶時的1.2~1.6倍左右。因此，在計算網(wǎng)絡(luò)能效時，需要考慮這個客觀因素的影響。表2-2室內(nèi)外邊緣用戶速率測試情況室外道路遍歷測試淺層覆蓋用戶速率用戶平均速率（Mbps）用戶邊緣速率站間距指標(biāo)要求（Mbps）（Mbps）（m）下行上行下行203203上行139下行142123上行密集城區(qū)一般城區(qū)400~500350~45090~12580~100213304503.5G多維網(wǎng)絡(luò)能效評估方法3.1評估目標(biāo)傳統(tǒng)的覆蓋率、接通率等KPI指標(biāo)，主要用來衡量用戶、業(yè)務(wù)體驗，并從體驗的角度間接對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)提出要求；而無線網(wǎng)絡(luò)能效評估的目標(biāo)是成為直接衡量網(wǎng)絡(luò)的一個指標(biāo)，從能效的角度評估網(wǎng)絡(luò)14中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）規(guī)劃建設(shè)是否合理。因此，兩者之間需要有機(jī)結(jié)合，無線網(wǎng)絡(luò)能效評估方法需要在保證網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)向高能效網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，提升5G網(wǎng)絡(luò)流量、降低5G網(wǎng)絡(luò)能耗，為5G網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展指明方向。3.2評估方法單位網(wǎng)絡(luò)能耗可貢獻(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)流量表達(dá)式如下：=但考慮到網(wǎng)絡(luò)流量以及網(wǎng)絡(luò)性能都是網(wǎng)絡(luò)的有效輸出，需從多維度對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行綜合考量，網(wǎng)絡(luò)能效可用如下公式表達(dá)：Service（流量，性能）能效=能耗此外，5G網(wǎng)絡(luò)能效評估的對象是無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，無線網(wǎng)絡(luò)能效評估可劃分成宏觀和微觀兩個層面，其中，宏觀層面指評估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為城市級或以上，微觀層面指評估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為片區(qū)級。下面，將就宏觀層面和微觀層面分別進(jìn)行闡述。3.2.1宏觀層面考慮不同城市類型存在差異（人口規(guī)模等），為了提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，通常不同城市的單位面積基站數(shù)量存在差異，在網(wǎng)絡(luò)能效評估時需要考慮；此外，需要給出一定網(wǎng)絡(luò)流量下的能效取值基準(zhǔn)，從而實現(xiàn)不同城市的可比性。具體來說，評估步驟如下：首先，基于基站密度對網(wǎng)絡(luò)總能耗進(jìn)行等效處理。本白皮書給出一種等效網(wǎng)絡(luò)能耗處理方法，用實際網(wǎng)絡(luò)能耗除以單位面積基站數(shù)量的函數(shù)，即：15中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）=?其中，?=/()通過()函數(shù)的設(shè)計，一方面，對整體能效進(jìn)行補償，可一定程度緩解網(wǎng)絡(luò)初期，高基站密度帶來的能耗評估負(fù)擔(dān)；另一方面，通過靈活控制補償?shù)拇笮?，不會直接消除高基站密度帶來的能耗，避免初期為了提升覆蓋率而盲目建站，并驅(qū)動5G基站建設(shè)密度較高的城市，進(jìn)一步提升5G業(yè)務(wù)流量，充分發(fā)揮5G基站的高能效優(yōu)勢。其次，基于分段評估實現(xiàn)不同城市的能效對比。具體來說，根據(jù)各城市的網(wǎng)絡(luò)流量繪制CDF分布圖，分別定位出CDF10%、30%、50%、100%對應(yīng)的城市流量，形成四個流量區(qū)間，再根據(jù)流量對應(yīng)的等效網(wǎng)絡(luò)能耗值（多個樣本點可取平均值），計算出流量對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能效，不同對比區(qū)間可繪制多個折線圖作為網(wǎng)絡(luò)能效基準(zhǔn)，如圖3.1所述。各城市可根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)流量大小，映射到對應(yīng)的區(qū)間進(jìn)行能效對比，如果對應(yīng)的5G能效低于基準(zhǔn)值，可考慮分類型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化：對于流量<CDF10%對應(yīng)流量的城市：5G業(yè)務(wù)量極低，考慮大部分5G基站為覆蓋站，應(yīng)積極采取覆蓋能力強(qiáng)的基站，或者部署通道數(shù)更低、低頻段5G站型；對于流量處于CDF10%~CDF30%對應(yīng)流量的城市：有較少的5G業(yè)務(wù)量，可積極部署節(jié)能技術(shù)，并加快發(fā)展5G業(yè)務(wù)；對于流量處于CDF30%~CDF50%對應(yīng)流量的城市：有一定的5G業(yè)務(wù)量，在積極發(fā)展5G業(yè)務(wù)的同時，優(yōu)化節(jié)能策略、基站功率配置等；對于流量處于CDF50%~CDF100%對應(yīng)流量的城市：5G業(yè)務(wù)發(fā)展較好，可優(yōu)先引入能力更強(qiáng)的5G基站；如果室內(nèi)業(yè)務(wù)量16中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）較多，建議大力推動室內(nèi)站型的部署，提升5G網(wǎng)絡(luò)整體能效。網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)絡(luò)能效的關(guān)系y=-0.0007x3-0.0294x+2.6757x+0.03952R2=0.9991100%50%30%10%0.002.004.006.008.0010.0012.00網(wǎng)絡(luò)流量（TB）圖3.1分段評估示意圖3.2.2微觀層面微觀層面評估的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為片區(qū)級，需要在宏觀層面的基礎(chǔ)上，給出不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)能效基準(zhǔn)。不同片區(qū)除了單位面積基站數(shù)量存在差異外，基站的覆蓋類型、室內(nèi)外用戶分布等環(huán)境因素也存在較大的差異，在評估網(wǎng)絡(luò)能效時，需要充分考慮上述差異，因此，首先需要解決在給定的網(wǎng)絡(luò)流量下，具體網(wǎng)絡(luò)能效是多少才是合理的問題；具體來說，評估步驟如下：首先，基于區(qū)域的基站密度對網(wǎng)絡(luò)總能耗進(jìn)行等效處理，用實際網(wǎng)絡(luò)能耗除以單位面積基站數(shù)量的函數(shù)，即：?=?17中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）其中，?=/()其次，基于室內(nèi)外用戶的流量對網(wǎng)絡(luò)總流量進(jìn)行等效處理。結(jié)合上一章節(jié)的分析，室內(nèi)用戶獲取相同的流量需要更多的資源，因此，建議區(qū)分統(tǒng)計室內(nèi)外用戶的流量，不再簡單得將兩部分相加，而是將室內(nèi)外用戶流量分別進(jìn)行等效處理，如分配權(quán)重。公式簡要表示如下：?=(,),,最后，采用分段評估，實現(xiàn)不同區(qū)域的能效對比。具體可參考3.2.1章節(jié)進(jìn)行處理，其中，流量和能耗均為等效值。4.后續(xù)展望5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估方法的研究推進(jìn)將對整個行業(yè)的綠色發(fā)展帶來巨大的積極助推作用，后續(xù)工作主要圍繞以下兩個方面：標(biāo)準(zhǔn)化工作。以標(biāo)準(zhǔn)化為導(dǎo)向的研究分析，對能效評估方法進(jìn)行持續(xù)完善，并使得能效評估方法的價值從某個組織受益擴(kuò)大為整個行業(yè)受益。網(wǎng)絡(luò)實踐。定義網(wǎng)絡(luò)能效評估方法的根本目標(biāo)是為了評估網(wǎng)絡(luò)能效，以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)綠色發(fā)展。我們需在網(wǎng)絡(luò)實踐中，逐步完善這套評估方法，并對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行評估，并匹配以合適的節(jié)能技術(shù)，最終達(dá)成助力5G網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展的目的。4.1標(biāo)準(zhǔn)化后續(xù)，將聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界在ETSI、CCSA等標(biāo)準(zhǔn)化組織，以及NGMN，18中國移動5G無線網(wǎng)絡(luò)能效評估1.0白皮書（2022）GSMA等行業(yè)組織推動如下維度的研究分析，持續(xù)完善能效評估方法。（1）評估場景的擴(kuò)展考慮更多場景的能效定義，例如uRLLC、mMTC以及5G-演進(jìn)場景等。（2）影響能效的關(guān)鍵影響因素分析影響5G網(wǎng)絡(luò)能效的因素眾多，復(fù)雜交錯，分析并理解不同因素對網(wǎng)絡(luò)能效的影響幅度，作用原理，可有效指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)能效改進(jìn)，以及支撐節(jié)能技術(shù)設(shè)計創(chuàng)新。（3）場景化能效基線定義針對不同場景，基于大量的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以及理論經(jīng)驗，定義相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能效基線，指導(dǎo)綠色網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。4.2網(wǎng)絡(luò)實踐在5G商用建設(shè)運營階段，采用上述網(wǎng)絡(luò)能效評估，可以建設(shè)綠色網(wǎng)絡(luò)標(biāo)桿、促進(jìn)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用，助力5G網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展。?建立綠色網(wǎng)絡(luò)標(biāo)桿：通過逐步完善這套評估方法，并對網(wǎng)絡(luò)能效進(jìn)行評估，有助于建立能效基線