发展5G技术还有更多困境更多的基站和更大的能耗

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5G技术的承诺背后其实隐藏着一个潜在的威胁，那就是5G网络的功耗也可能消耗掉多达1000倍的能量。在有关5G部署的会议上，人们对能源效率的担忧开始显现，如何降低5G能源消耗的方法已成为一个热门话题。

国际电信联盟（ITU）已经发布了具有挑战性的、可测量的关于数据速率、延迟和可靠性的要求，而网络需要满足的要求被称为5G标准。尽管国际电联也致力于提高能源效率，但该组织还没有为其设定任何可衡量的具体目标。

来自瑞典的Linkping大学的副教授Emil Bjornson将他目前研究的一部分课题用于解决这个问题。尽管面临挑战，他仍然保持乐观。“这是一个大问题，但我不认为这会是一个障碍。”Bjornson说。

Bjornson说，尽管对5G网络的基本组成部分的担忧是存在的，包括大量小型基站数量的增加和大规模多输入多输出（MIMO）天线的增加。

在小型基站的例子中，小基站论坛预测到2024年，5G小基站的部署将超过4G小基站数量总和。到2025年，5G或多模式小基站的总装机容量将达到1310万，占总小基站总数的三分之一以上。

Bjornson承认，当运营商部署更多的小基站时，一个网络的总能量消耗将会增加。然而，他指出，一个小基站的能量消耗比传统的基站要低得多。但是，这需要更多的小基站来覆盖一个区域。这使得人们很难预测他们的净能源消耗会有多大。

当涉及到大规模MIMO时，该技术涉及到在每个基站使用更多天线的阵列。因此，每个基站有更多的硬件组件。Bjornson认为，这可能会增加5G基站的总能耗，而不是4G。但是随着大规模的MIMO技术的发展，它的能源效率也会随着时间的推移而提高。

Bjornson说：“就像计算机处理器随着时间的推移变得更加高效一样，在基站中使用的模拟和数字电路变得更加高效。5G硬件的第一代将会把所有的新功能都交付给市场决定，但也会需要一定的时间来完善硬件。”

有证据表明，这将会导致一个可能的结果，一个被称为“猛犸象工程”的欧盟项目预测，未来的大型MIMO基站将比4G基站消耗更少的能量，尽管它们将包含更多的硬件。

随着时间的推移，对大型MIMO硬件的改进将会带来的好处是，该设备可以同时为更多的用户提供服务。这种能力被称为空间多路复用。因此，能源消耗在用户之间进行分配。Bjornson说：“如果你在空间上多了10个用户，需要花费两倍的能量来完成这项工作，那么你的能源效率将会提高五倍。”

根据Bjornson的介绍，在4G和未来5G网络中，运营商可能会进一步扩展他们的基站范围，这样他们就可以在许可证允许的最大限度内传输，以最大限度地扩大覆盖范围。因此，在比较4G和5G基站，以及在1到5千兆赫之间使用典型的蜂窝频率时，预计不会有明显又直接的节省现象。

然而，有一项特别的功能将使5G网络的能源需求减少：5G的基站可以在没有活跃用户的情况下被放入“睡眠模式”。

“这种情况比人们想像的要频繁得多，”Bjornson说。“4G网络需要传输大量的控制信号，即使没有使用的情况也是如此，例如在晚上。”

根据最近的研究，5G网络的超精益设计将使更多的组件能够在更长时间内休眠，在没有用户的情况下与现有系统相比，能耗降低了近10倍。

一旦你看到这些5G网络相关的特定技术外，就像一个巨大的天线系统，还有一种普遍的问题，即使是更节能的新技术，或使用更少的能源，这些都需要时间变得足够流行提供跨网络明显的差异。根据Bjornson的说法来看，他认为向软件定义的网络设备的持续转变可能会改变这种情况。他最后还补充说：“如果能让系统变得越来越节能的新功能可以通过软件更新的形式发布，那么随着时间的推移，会进一步提高效率，使用起来更加容易。”

来源：ieee