效能与节能的平衡　5G射频潮汐功放技术浅谈

5G技术对于全球经济发展，对于全球消费者的生活质量提升作用之大，早已没有异议。2021年是我们5G牌照发放的两周年，这两年，5G应用场景多点开花，赋能着千行百业。6月份的时候，工信部信息显示，当前我国5G网络建设步伐加快，已建成5G基站近85万个，形成全球最大5G独立组网网络，5G行业应用创新案例已超过1万个。无论从基站建设数量还是5G应用创新来看，中国都正在领跑全球的5G建设。与此同时，自5G正式商用以来，有关“运营商为了省电，晚上关闭5G基站”的报道时常出现。面对5G超高能耗，节能减排固然重要，但也不能为了节省电费，而粗暴的牺牲用户体验。有没有效能与节能之间取得平衡的解决方案呢？爱立信近日推出基于Ericsson Silicon的创新射频单元节能方案——潮汐功放技术。在典型业务负荷时，潮汐功放技术可使射频单元功耗降低约20%，基站整体功耗降低约15%。更为人性化的是，该技术可在”非关断”的工作周期内高效节电，不会影响5G用户体验。那么，5G降耗究竟有多重要，这是一个值得聊聊的话题。

能耗控制是5G发展的一个关键点

每一代移动通信技术，带来技术能力提升的同时，当业内我们不努力突破，可能在5G时代虽然网络功能和性能更强大了，但网络整体的能耗也会比4G更高。而且，降低碳排放已成为关乎人类社会能否可持续发展的关键，世界主要经济体已经相继承诺在21世纪中叶达成碳中和目标。我国已全面确立了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。对于ICT行业能耗大户通信运营商来说，践行碳中和也已势在必行。然而，运营商网络的碳排放量，一直随着网络升级和业务演进大幅增长。

比如5G海量基站部署将增加惊人的电费，造成OPEX大幅增加，将严重侵蚀运营商的利润，进一步增加运营商的负担，同时成为运营商实现碳中和目标的巨大挑战。与4G用户相比，5G用户每周多花2小时在高清流视频上，多花1小时在云游戏上。在中国，25%的受访者在升级后减少了在智能手机上的Wi-Fi使用量。很明显，我们看到在5G云游戏上多花的时间和AR/VR花的时间都有明显的提升，这从侧面证明5G技术的确非常有潜力，这些行为的变化实实在在发生了，那么它本身的能耗问题就更应该引起重视。实际上，5G网络节能不仅仅是一种能力，更是一个行业责任。因此，爱立信提出要打破能耗曲线，要打破以前这么多代移动通信技术的能耗持续增长趋势，最终使5G网络整体能耗水平降低，达到4G甚至低于4G的能耗水平。目前，现网中的软件节能方向主要是“关断”为主，例如符号关断、通道关断、载波关断、基站休眠等，这些技术也确实能带来比较好的能耗降低，尤其是没有业务的时间和区域，其节能效果良好。

以国内运营商的典型无线网络为例，无线主设备能耗（射频单元+基带单元）占无线网络总能耗约50%，另外50%来自空调、电源等消耗;其中，射频单元能耗占无线主设备能耗约80%，射频模块占射频单元能耗约70%，其中PA占射频模块能耗约90%、是绝对的能耗大户。因此，通过技术创新，提升PA效率是无线网络节能的关键一环。为此，爱立信另辟蹊径，利用硅芯科技赋能创新节能方案。据爱立信介绍，基于Ericsson Silicon（即基于爱立信先进的硅芯设计理念推出的多款全自研先进制程芯片），爱立信推出的潮汐功放技术，通过动态调整PA电压以提升PA效率—比如有业务情况下，可根据业务量高低，自动通过硬件算法实时优化功耗，在不影响性能的同时实现功耗的动态优化，可实现基站的能耗随业务变化实时动态调整。根据实验室测试结果，在典型业务负荷下，潮汐功放技术可使射频单元功耗降低约20%，基站整体功耗降低约15%。

节能不能影响效率

工作和节能两不误，让终端客户在无感的情况下实现节能，要做到这一点，实际上要克服的困难非常多，特别是如何不影响用户体验，如何正确预测理解话务量的变化。同时，还是强调非关断的模式下，这对人工智能模型的准确度要求非常高，其中需要非常复杂的算法和非常强的算力才能實现。

硅芯科技的强大运算能力和人工智能的相关算法，是爱立信潮汐功放技术的两大核心。通过机器学习对现网业务负荷进行跟踪和预测，在不同的业务量下，爱立信数字中频芯片里集成的算法可自动调整PA的电压，让PA时刻工作在效率的最优点，达到整机效率最大化，将强大的硅芯算力转换为生产力。这次爱立信的潮汐功放技术，可以理解为软件节能方面的新突破，显著提升无线射频单元的功放效率，工作时亦能节电。与此同时，吴日平表示：这个技术虽然是软件节能，但也需要软硬件及算法的结合，因为打破能耗曲线是完整的端到端的多个技术的完整体系。

具体来说，在当前技术的基础上，提供了更灵活的节电方式，在无须“关断”的情况下，也可以实现节能，同时不影响终端用户感受。前面我们也提到，其工作原理是通过动态调整PA电压以提升PA的效率，在有业务的情况下，可根据业务量的高低，自动通过硬件算法实时优化功耗，在不影响性能的同时实现功耗的动态优化。其具体原理是：现网业务随时间分布不均衡，如部署在写字楼附近的基站，白天很忙，晚上很闲。业务量高时，PA需要输出较高的功率，也就是需要给PA提供较高的电压。目前业内基站采用分级可变电压（即不同的功率等级）来对应不同的业务负荷，很难精细地实时调整，不仅在一定程度上造成浪费也会因为一定的调整偏差带来小区间干扰。爱立信的潮汐功放技术可实现基站的能耗随业务变化实时动态调整。

据了解，在爱立信为全球运营商提供的端到端产品，如无线产品、传输产品和RAN计算产品中，使用Ericsson Silicon的产品都拥有先进的算法和强大的处理能力。潮汐功放技术是基于Ericsson Silicon提供的最佳节能方案之一，从无线设备级到爱立信端到端全产品系列再到网络级节能均可持续改善Gb/W的能效，该方案可软件升级。

后记

当前，我国正在全球的可持续发展进程中扮演着愈发重要的角色，并发布了力争二氧化碳排放在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的“双碳”目标。据加拿大麦克马斯特大学的研究预测，2040年，信息通信产业（ICT）的碳排放占全球碳排放比例将从2007年的1.6%上升至14%。2020年，通信网络和终端设备碳排放比例分别达到24%和31%。在此背景下，移动通信行业正在积极通过技术创新引领“绿色革命“。所以，随着5G网络不断向绿色低碳方向演进，潮汐功放技术将与现有的节能技术相辅相成，在提升网络商业价值的同时，进一步践行可持续发展的理念。我们看到，国内已经建成了全球最大规模的5G网络，国内对可持续发展也非常重视、对打破能耗曲线的需求非常高。所以，对于5G网络本身的射频节能技术的确有利于我们中国数字经济的发展和5G技术创新。