为了省电，通信网络到底有多拼？
根据运营商财报数据，2020年，中国移动的能耗费用是376.6亿元，中国电信146.4亿元，中国联通129亿元。三大电信运营商加在一起，是652亿元。要知道，2020年三大运营商的利润，一共也就1411.48亿元。
三大电信运营商的能耗费用（单位：亿元）
近年来，随着5G和数据中心的规模建设，运营商不仅投入了大量的建设资金，在能耗费用方面也是开支甚巨，形成了沉重的成本负担。
从下图我们也可以看出，运营商在2020年的能耗支出，相比前一年直接飙涨了60多亿元，增速惊人。
不断增加的通信网络能耗，不仅意味着巨额的电费，也意味着海量的碳排放量。
根据工信部估计，按目前的发展趋势，2035年中国5G和数据中心的碳排放总量将达2.3~3.1亿吨，约占中国碳排放总量的2~4%，相当于北京目前全市二氧化碳排放量的两倍。
众所周知，我们国家在2020年明确提出了“双碳”战略，即2030年实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”。通信网络的能耗问题，严重阻碍了“双碳”战略目标的实现。它不仅仅关系到运营商的经营业绩，更影响了我们的生态环境，以及国家社会经济的可持续发展。
那么，通信网络的能耗问题，到底该如何解决呢？我们该如何进行节能减排？5G、数据中心这些“电老虎”，真的有办法驯服吗？
█ 节能减排的思路演变
办法当然是有的。
事实上，通信网络的节能减排，业界已经研究了很多年，并且也积累和沉淀了一些经验和方法。
随着时代的快速发展，通信网络的规模变得越来越大，能耗也越来越大。
于是，通信行业在传统经验方法的基础上，提出了更宏观、更科学的通信网络节能减排思路，归纳为两个词，分别是：网络全生命周期、端到端。
所谓网络全生命周期节能减排，是指在设计和规划节能减排方案时，从宏观上进行整体规划，覆盖通信设备从研发、生产、建设到维护的各个环节，进行全面提效降能。
而端到端，则是站在产品和设备类型的角度，将节能减排落实到终端、接入网（基站）、承载网、核心网、数据中心等通信网络的各个领域。
新的节能减排思路强调整体思维，以及多维度的协同合作，带来了节能效率的大幅提升，逐渐被越来越多的运营商和设备商接受，成为行业趋势。
█ 节能减排的具体举措
接下来，我们就按照网络全生命周期的角度，逐一介绍通信网络的节能举措。
先看看产品研发设计环节。
在产品研发设计阶段进行设备功耗控制和改良，相当于从源头上进行了节能减排。
这是效果最直接的方式，也是难度最大的方式，对企业的研发能力要求很高。企业需要需要投入大量的资源进行创新和试错，这里面可以提升的空间也越来越小。
以5G基站为例。5G基站的能耗问题，一直都是人们关注的焦点。因为引入了AAU有源天线以及 MIMO技术，5G基站的能耗相比4G有明显的增加。5G单站的功耗，大约是4G的2.5~3.5倍。（当然了，我们也需要注意到，5G的单位比特能耗是明显下降的。也就是说，5G的能效明显高于4G。）
2019年4G/5G基站功耗对比
数据来源：《新基建的新变量，“双碳”之下的绿色通信》
为了压低5G基站的工作功耗，设备商可以说是绞尽脑汁。
在产品设计阶段，厂商们就需要将能耗指标摆在和性能指标同等重要的位置。
为了满足能耗要求，他们会通过采用自研高性能芯片、更合理的产品结构设计、更先进的材料和工艺，实现产品的极致能效。
举个中兴通讯的例子。中兴通讯是全球无线系统设备的核心供货商，每年要向客户交付数十万个5G基站。所以，他们对5G基站的能耗指标非常重视。
他们通过自研高集成度、高性能基带处理、数字中频处理芯片，配合使用高集成度收发信机，不断优化电路设计和DPD处理，有效提升功放效率，全面降低5G AAU设备的整机能耗。
中兴通讯的基站产品
5G功放是基站核心器件，中兴通讯采用GaN+技术配合硬件算法改进，使功放效率达到55%以上。
在新工艺和新材料上，中兴通讯通过优化AAU导热散热性能，减低重量，采用创新的V型仿生散热齿结合新材料及超轻架构，提升了20%的散热效率。
华为去年发布了绿色5G网络的能效评估体系——E2（ ）。在接入网方面，华为认为，5G射频向超大规模天线阵列演进，使能空间波束集中，提升了能量传输效率。
此外，华为还提出，射频有源部分采用多通道技术提升设备容量，也可以大幅提升设备的比特能效。此外，通过高效超宽带功放及通道技术的使用，将多个单频设备融合成一个超宽频设备，也能够大幅减少设备部署数量和成本，降低设备能耗。
接下来，是产品生产制造环节。
如何降低工业制造过程中的能耗，不仅是通信行业的问题，更是整个工业界的共性问题。
以往的节能方式，主要集中在设备的工艺升级和能源的改造替换上。
现在，这种方式的节能空间越来越小。于是，引入5G、工业互联网、MEC、AI等多种数字智能技术，进行智能制造，成为工业界的新选择。
智能制造车间
智能制造实现了高度数字化、智能化、无人化，大幅提升了生产效率，减少了生产过程中的碳排放。
再接下来，我们重点说说通信网络建设和运维环节。这两个环节现在是整个行业关注的节能减排重点，发展潜力很大。
我们还是先看看基站侧。
对于运营商来说，5G能耗的70%，来自于RAN（接入网）。因此，站点侧的节能降耗，是他们的首要任务。
基站站点的能源模型（来自：GSMA，翻译：鲜枣课堂）
基站的节能，通常包括以下几种方式：站点组网方案的改进，清洁能源的使用，AI技术的引入，等等。
站点的集中化、绿色化、小型化，是这些年的主流趋势。尤其是C-RAN被提出之后，随着技术的升级，基站的组网部署方式开始发生明显变化。
包括中兴、华为在内的主流设备商，都提出了极简站点的方案。
方案中，基站的建设模式从分布式向集中式转变，从几何叠加向逻辑集成转变。例如，设备小型化、集成化，将机房变机柜、机柜变杆站，尽量减少设备空间占用，减少机房数量，从而减少机房租赁成本以及空调费用。
在能源方面，基站主要的节能举措就是：采用大量的清洁能源，市电变绿电，降低电费支出，减少碳排放。
具体的做法包括：
一、尽量采用太阳能光伏电源，实现太阳能、交流电源、蓄电池等多路供电保障。
白天高峰用电时段，由光伏与储能电池设备供电，储能电池利用夜间的低谷用电时段进行储能，达到“削峰填谷”的目的。
安徽六安移动的5G绿色基站
二、采用锂电池代替铅酸电池。
传统的铅酸电池面临很多问题，如体积大、重量重、 循环寿命短，且对环境要求严苛，温度太高会缩减寿命、 太低则影响使用性能。
相比之下，锂电不仅体积小、重量轻，而且更环保。锂电的能量体积密度和能量重量密度是铅酸电池的4-5倍，循环寿命更是有10-20倍的提升。
