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行业总动员解决5G功耗问题 可惜路漫漫

铁流 · 2019-10-19 · 来源:铁君
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如今,我们需要的是廉价的流量,真正的当务之急是对4G进行扩容,并使流量更加廉价。而不是耗费上万亿投资,搞一套连明确杀手应用都没有,技术升级疲软,存在功耗、覆盖、成本问题的5G。

  日前,相关部门专门召开会议,讨论如何帮助国内通信设备商降低5G功耗问题,参会单位每家发言时间为15分钟,当然,也有发言“干货”比较多而大幅超高15分钟发言时间的。从会议讨论情况看,如果还是按照现在通信设备商鼓吹的套路,基本上不具备大幅度降低功耗的可能性。而归根结底,导致5G功耗异常巨大,还是在技术升级疲软的情况下,暴力堆料所导致的。

  

  5G并没有诞生革命性技术

  就5G EMBB场景来说,标准已经制定完成了。虽然一些厂商和媒体鼓吹5G秒天秒地,但实际上,5G并没有诞生革命性技术,频谱利用率与4G相当。

  首先调制这块还是没有变,太基础了,想变也变不动。

  就编码来说,虽然编码被媒体炒得很火,但LDPC和Polar比Turbo提升非常有限。诚然,LDPC和Polar是Turbo码之后通信技术发展的里程碑性的技术。但是由于Turbo码已经比较接近香农限,虽然这两个码更接近,但是对系统容量的提升已经不大,大概是1~2%左右。

  多址这块,对于5G三大场景之一的eMBB这块没有变,还是采用了4G的OFDM。多址这块NOMA有很大的热度,一度被公认为5G的必选技术。5G标准的早期,几乎所有的厂家都支持这个方向。但经过验证NOMA比OFDM的增益严格为零,所以回归4G时代的OFDM,堪称打脸。

  组网方面,CoMP被运营商实践证明是零增益。

  多天线这块最响亮的就是massive MIMO,号称可以成百倍地提升系统容量,从媒体上看几乎可以是5G的代名词。MIMO这个理论1995年提出,已经23年了。它所揭示的对容量的巨大提升致使它一直是学界和工业界的热点。但是这个技术一直到4G都不是很成功。这个技术有个特点,一演示就成功,一实用就趴窝。在一个选择的场景下MIMO技术是很容易演示成功的,但是在复杂的实际环境中所涉及的问题的难度,是两个数量级的差别。当然MIMO是一个有潜力的领域,现在商用的是增益相对比较有限的MIMO,其实用化问题仍然没有解决。MIMO的问题还在于,虽然能够提高容量,但是要增加设备,有成本的,功耗也会随之暴涨。

  综合来看,5G相对于4G来说,几乎没有技术进步,在一些地方还退步了。另外,由于5G走的是高频扩容的路线——由于消耗的带宽成倍增加,而在低频,带宽资源非常宝贵,因此,只能选择频谱资源更加丰富的中高频。而频率越高覆盖越小,这是无线通信的基本知识。这会导致组网的成本大幅增加。所以从技术角度看,5G比4G没有诞生革命性技术,且成本和功耗会更高。

  如果5G和4G采用相同的带宽、天线等条件,就可以发现,5G和4G的网速是差不多的,4G五载波聚合,4x4mimo,256QAM,实测速度1.2Gbps。香港4G商用网速也测出过980Mbps。

  

 

  5G基站是名副其实的电老虎

  5G基站由哪几个部分组成呢?

  传统3G/4G基站主要由基带处理单元(BBU)、射频拉远单元(RRU)和天馈系统三者组成,诚然,铁塔上的供电系统、散热系统等也是不可或缺的部分。

  就功能来说,BBU负责运算,RRU产生带信息的射频功率,经由射频馈线传输至天线,天线将射频功率转换成带信息的电磁波向空间辐射出去,形成数据流交换(收/发)。而天线就是一个换能器。与任何换能器一样,在换能过程中是要消耗能量的(即天线效率)。

  按照规划的蓝图,5G核心网技术融合后,5G基站的BBU功能将被重构为CU(中央单元)与DU(分布单元)两个功能实体,RRU与天线融合为AAU。省略了短的馈线损耗,但带来工艺复杂的“盲插”,成本提高、散热困难增加能耗。并未提高天线效率。

  虽然一些厂商宣传5G如何节能,如何省电,但这些都是谎言。

  因为暴利堆料的原因,整个5G系统功耗爆炸式增长。

  以市场上的AAU为例,功耗高达1300多瓦。此外,128根天线会导致计算量相对于4G时代大幅提升,且算法变得异常复杂,这就对BBU提出了新的挑战,由于芯片性能越强,功耗就越大,5G基带也是“电老虎”。

  另外,天馈系统、空调等辅助设备也是电老虎......

  基站(包括基站主设备:电源转换、BBU、RRU等)的能耗效率,中移动考核标准是:一级26%,二级23%。换言之,超高70%的能量都被转化为热能消耗掉。由于基站一经开通,每天、每月、每年都不能关闭的,直到换新的接着用(耗电一直下去)。因此基站是个“吃电大户”。

  中移动产业研究院副院长陈豫蓉在“5G商用与深化工业互联网创新发展”研讨会上表示,“5G基站的建设和功耗的成本是4G的3.5-4倍左右”。中国移动董事长杨杰就在GTI国际产业峰会表示,“当前5G基站价格是4G基站投资的2倍,功耗约为2.5-3倍,需要产业链携手努力将这部分费用尽快降下来”。

  4G单站电费约为7000元/年,而5G基站保守估计为2.3万/年。如果中移动建1000万个基站,1年电费就高达2300亿,而中移动一年的利润才1000亿,全年利润不够支付半年电费。

  必须指出的是,这只是现在用户很少的情况下纯净测试的结果,一旦未来用户量上去了,功耗还会大幅增长。

  铁塔公司人士接受媒体采访时表示,“经过初步测算,5G基站的电费大概是运营商支付租金的十几倍之多。如今5G套餐有了眉目,大致不会高于4G资费,很可能之后一段时间内,话费收入都无法覆盖电费成本。”

  由于这些巨额的组网成本和维护成本最后都要转嫁到用户身上,这会使现有的商业模式难以为继。因此,华为高管余承东出席2019中国(深圳)IT领袖峰会时表示,“5G时代要重新考虑收费模式,单一按无限流量是灾难”。

  过去,几十个、几百个5G基站测试虽然功耗高,但由于5G已经政治化,功耗问题并没有引发充分重视。如今,上万,乃至几万个5G基站的功耗数据,着实让运营商吓一跳,按照5G的规划,以及要求实现5G较好覆盖,那么,上千万个5G基站是必须建的。而这样一来,不算成本高昂的组网成本和设备硬件的更新与维护,光1年的电费就超过2000亿,这么高的电费足以让三大运营商赔光老本。

  

 

 

 

  降低5G功耗已经成为重要课题

  正是因为5G功耗问题异常严峻,如今的功耗根本无法满足较好覆盖的要求,因此,相关部门也对功耗问题比较重视,专门召集会议讨论功耗问题。然而,就现在的情况看,如果5G还是按照国内设备商鼓吹的套路走,基本不具备降低功耗的可能性。在会议上,大家提出的方案,都是把“系统越做越复杂”,比如增加一个子系统A和子系统B,A可以降低3%的功耗,B可以降低4%的功耗,但子系统A本身又要带来2.5%的功耗增加,B也要带来3%的功耗。而增加了子系统A和B之后,整个系统越做越复杂,又会大幅增加成本,并降低系统可靠性。

  目前,按照设备商的技术路线,看不到大幅度降低功耗(功耗降到4G基站水平)的可能性。

  

  5G和WIFI的替换关系也纳入讨论课题

  在会议上,大家还讨论了5G和WIFI的替换关系,个别厂商拿出了基于新型天线的WIFI6产品,这种产品经过运营商测试,在发射功率为250mW,开阔无遮挡的情况下,最远覆盖距离可以超高1-2公里,在1公里距离上,实测网速在30M/s左右。不过,一些专家对这个数据持怀疑态度,而另一方则用运营商的测试报告说话。一些参会方认为,在很多场景下,用WIFI6显然比5G更有性价比,在一些场景完全可以使用WIFI6来替代5G。

  当然,对于设备商和运营商来说,对于在一些场景用WIFI6来替代5G显然是缺乏动力的。因为对于运营商而言,WIFI6无法收取流量费,而对于设备商来说,在一些场景中,如果WIFI6替代5G,则无异于噩梦。

  5G的技术路线可能错了

  之前,一位网友在读了铁流《5G能替换WIFI么 也许5G的方向就错了》文章后留言:

  TP-Link和水星都是价格杀手,用不了多久就能把Wifi 6路由器降到50元一台,而且10年不坏。

  其实用高速公路来比喻无线通信就很好理解为什么5G就是个错误的方向。

  2G就是限速60公里的国道,3G是限速100公里的双向6车道高速公路,4G是限速120公里的双向8车道高速公路。5G CPE就是县城内部免费通行的普通道路全部改成收费的高速公路。

  国家已经投资几万亿建成了基本覆盖全国的双向8车道高速公路网,这个高速公路网存在的问题是个别路段施工等级不够,只能跑80公里,个别路段车流过大,需要扩建。这时,负责基建的大公司在媒体上大肆宣传,外国准备新建的高速是双向10车道限速300公里,如果不向外国学习,中国的高速公路网就落后了。无人驾驶、公路发电、智能调度这些功能必须依赖新高速网才能实现。

  独立组网(SA)就是逐步废弃已经建设好的8车道高速网,另外投资几万亿乃至十几万亿建一张独立的10车道高速。非独立组网(NSA)就是县与县之间扩容到10车道,省与省之间不变。

  由于限速高达300公里,进入新高速的车必须是100万以上的电动车,这样才能满足速度要求。另外,因为采用了高级沥青铺设,磨损加大,新高速网每年的维护费至少翻几倍。

  当造价十几万亿的新高速网建设完成后,为了收回投资,过路费至少翻几番。你想还走原来的8车道高速,没门。高速公路管理部门会逐步限速老高速到40公里甚至关闭入口(还记得之前的4G降速么?)。过一段大家会发现,由于过路费提高,物价也跟着逐渐上涨,除了那几家大公司,其他所有人都利益受损。

  有家公司是既修路,又卖燃油车,还卖电动车,但不管高速路网运营,新高速路网高昂的运营成本直接由运营公司承担,弄得运营公司欲哭无泪。这家公司卖燃油车的时候说电动车没用,出电动车的时候说燃油车落后。当年修限速120公里8车道高速时候鼓吹这种道路先进,如今为了忽悠政府修双向10车道限速300公里高速,又称8车道高速落伍了,10车道高速逆天,是科技制高点,修好了新高速美国就是落后国家。

  

  铁流认为,5G的发展方向也许错了,如果说2G、3G时代是流量短缺的时代,但到了4G时代,流量已经不再短缺了,甚至很多流量被用于承载垃圾信息——视频直播平台上很多是带有媚俗和“黄色”的内容。

  即便是为了追求更快网速,香港4G商用网速也有900Mbps的速率,完全可以通过挖掘4G潜力的方式获得,而且成本比新搞一套5G更加低廉。即便是为了“低时延”,对4G核心网等进行改造,同样也可以获得。而且比搞5G SA组网成本低太多。

  目前,由于5G需要大量资金投入,一定程度上已经影响到4G网络的维护,推广5G不能以牺牲4G为代价。

  铁流认为,如今,我们需要的是廉价的流量,真正的当务之急是对4G进行扩容,并使流量更加廉价。而不是耗费上万亿投资,搞一套连明确杀手应用都没有,技术升级疲软,存在功耗、覆盖、成本问题的5G。

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