發展5G技術還有更多困境 更多的基站和更大的能耗

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5G技術的承諾背後其實隱藏著一個潛在的威脅，那就是5G網路的功耗也可能消耗掉多達1000倍的能量。在有關5G部署的會議上，人們對能源效率的擔憂開始顯現，如何降低5G能源消耗的方法已成為一個熱門話題。

國際電信聯盟（ITU）已經發布了具有挑戰性的、可測量的關於數據速率、延遲和可靠性的要求，而網路需要滿足的要求被稱為5G標準。儘管國際電聯也致力於提高能源效率，但該組織還沒有為其設定任何可衡量的具體目標。

來自瑞典的Linkping大學的副教授Emil Bjornson將他目前研究的一部分課題用於解決這個問題。儘管面臨挑戰，他仍然保持樂觀。「這是一個大問題，但我不認為這會是一個障礙。」Bjornson說。

Bjornson說，儘管對5G網路的基本組成部分的擔憂是存在的，包括大量小型基站數量的增加和大規模多輸入多輸出（MIMO）天線的增加。

在小型基站的例子中，小基站論壇預測到2024年，5G小基站的部署將超過4G小基站數量總和。到2025年，5G或多模式小基站的總裝機容量將達到1310萬，佔總小基站總數的三分之一以上。

Bjornson承認，當運營商部署更多的小基站時，一個網路的總能量消耗將會增加。然而，他指出，一個小基站的能量消耗比傳統的基站要低得多。但是，這需要更多的小基站來覆蓋一個區域。這使得人們很難預測他們的凈能源消耗會有多大。

當涉及到大規模MIMO時，該技術涉及到在每個基站使用更多天線的陣列。因此，每個基站有更多的硬體組件。Bjornson認為，這可能會增加5G基站的總能耗，而不是4G。但是隨著大規模的MIMO技術的發展，它的能源效率也會隨著時間的推移而提高。

Bjornson說：「就像計算機處理器隨著時間的推移變得更加高效一樣，在基站中使用的模擬和數字電路變得更加高效。5G硬體的第一代將會把所有的新功能都交付給市場決定，但也會需要一定的時間來完善硬體。」

有證據表明，這將會導致一個可能的結果，一個被稱為「猛獁象工程」的歐盟項目預測，未來的大型MIMO基站將比4G基站消耗更少的能量，儘管它們將包含更多的硬體。

隨著時間的推移，對大型MIMO硬體的改進將會帶來的好處是，該設備可以同時為更多的用戶提供服務。這種能力被稱為空間多路復用。因此，能源消耗在用戶之間進行分配。Bjornson說：「如果你在空間上多了10個用戶，需要花費兩倍的能量來完成這項工作，那麼你的能源效率將會提高五倍。」

根據Bjornson的介紹，在4G和未來5G網路中，運營商可能會進一步擴展他們的基站範圍，這樣他們就可以在許可證允許的最大限度內傳輸，以最大限度地擴大覆蓋範圍。因此，在比較4G和5G基站，以及在1到5千兆赫之間使用典型的蜂窩頻率時，預計不會有明顯又直接的節省現象。

然而，有一項特別的功能將使5G網路的能源需求減少：5G的基站可以在沒有活躍用戶的情況下被放入「睡眠模式」。

「這種情況比人們想像的要頻繁得多，」Bjornson說。「4G網路需要傳輸大量的控制信號，即使沒有使用的情況也是如此，例如在晚上。」

根據最近的研究，5G網路的超精益設計將使更多的組件能夠在更長時間內休眠，在沒有用戶的情況下與現有系統相比，能耗降低了近10倍。

一旦你看到這些5G網路相關的特定技術外，就像一個巨大的天線系統，還有一種普遍的問題，即使是更節能的新技術，或使用更少的能源，這些都需要時間變得足夠流行提供跨網路明顯的差異。根據Bjornson的說法來看，他認為向軟體定義的網路設備的持續轉變可能會改變這種情況。他最後還補充說：「如果能讓系統變得越來越節能的新功能可以通過軟體更新的形式發布，那麼隨著時間的推移，會進一步提高效率，使用起來更加容易。」

來源：ieee

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