關(guān)于5G****功耗，有些真相沒(méi)人明說(shuō)，但通信人你一定要明白

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過(guò)去人們只關(guān)心手機耗不耗電，而****耗電對于公眾一直是個(gè)秘密?，F在5G火了，****君也跟著(zhù)火，****耗電的事也被擺上了臺面，成為大家熱議的話(huà)題。

不管別人怎么說(shuō)，但作為通信人，關(guān)于5G****功耗，有些真相你一定要明白。

****功耗的組成

為了方便理解，我們先來(lái)畫(huà)一張簡(jiǎn)圖。

****主設備由BBU和AAU組成。

BBU主要負責基帶數字信號處理，比如FFT / IFFT，調制/解調、信道編碼/解碼等。

AAU主要由DAC(數模轉換)、RF(射頻單元)、PA(功放)和天線(xiàn)等部分組成，主要負責將基帶數字信號轉為模擬信號，再調制成高頻射頻信號，然后通過(guò)PA放大至足夠功率后，由天線(xiàn)****出去。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，****功耗的計算公式如下：

****功耗由PA功耗、RF功耗和BBU功耗組成，并隨著(zhù)TRX鏈路增加，****總功耗成倍增加。

比如，Massive MIMO的天線(xiàn)單元越多，每個(gè)天線(xiàn)單元都有PA和RF單元，TRX鏈路增加，同時(shí)BBU的計算功耗也隨著(zhù)TRX鏈路增加而上升，因此****總功耗隨之上升。

影響****功耗的主要因素

影響****功耗的主要因素有：PA功耗、漏電功耗和芯片功耗。

PA功耗

PA是********系統的關(guān)鍵器件。射頻信號功率本來(lái)是很小的，只有經(jīng)過(guò)PA放大獲得足夠的射頻功率后，才能饋送到天線(xiàn)并輻射出去，因此PA的重要性不言而喻。

但PA也是最耗電、效率最低的器件，有統計指出約一半的****功耗來(lái)自PA。

PA功耗為什么這么大呢?

PA的職責就是忠實(shí)地線(xiàn)性放大信號，但現實(shí)與理性總是有很大差距的，如下圖所示，隨著(zhù)PA輸出功率越來(lái)越接近最大輸出功率(飽和輸出功率)，非線(xiàn)性失真越來(lái)越大，這會(huì )嚴重影響信號傳輸質(zhì)量。

為了減少非線(xiàn)性失真，PA會(huì )采用回退(Backoff)的方式，將放大器的工作點(diǎn)調低，以確保輸出功率操作在線(xiàn)性區域范圍，維持線(xiàn)性度。

但問(wèn)題就來(lái)了，回退操作會(huì )降低PA功耗效率，使得PA功耗更高。

如下圖，PA的功耗等于輸出功率與PA功耗效率之比。

假設PA功耗效率為50%，至天線(xiàn)的射頻輸出功率為200W，那么，PA功耗高達400W，這意味著(zhù)有近一半的功率作為廢熱而損失。此時(shí)，若PA工作點(diǎn)回退10dB以補償線(xiàn)性度，則PA功耗效率將降至20%以下，則PA功耗高達1000W，這意味著(zhù)有80%的功率作為廢熱而損失。

由于PA功耗效率和線(xiàn)性度是相互矛盾的，為了兼顧兩者，業(yè)界采用了數字預糾偏算法(DPD)等技術(shù)，即通過(guò)在PA的輸入側添加功放非線(xiàn)性失真的逆特性來(lái)進(jìn)行預先失真處理。因此，DPD算法的優(yōu)劣將會(huì )直接影響5G****功耗效率。

芯片功耗

芯片性能直接影響B(tài)BU和AAU的數字信號處理功耗開(kāi)銷(xiāo)，這是眾所周知的。尤其是面向5G未來(lái)，****要實(shí)時(shí)處理越來(lái)越高的數據流量，對芯片性能要求更加苛刻。

目前業(yè)內成熟的5G****產(chǎn)品都會(huì )考慮采用專(zhuān)用集成電路(ASIC)芯片替代現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)芯片，用以降低功耗并提升運算效率。

漏電功耗

芯片功耗通常由兩部分組成：運算時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功耗和來(lái)自漏電流產(chǎn)生的靜態(tài)功耗。動(dòng)態(tài)功耗可隨著(zhù)晶體管尺寸不斷縮小來(lái)改善，但隨著(zhù)晶體管越小，漏電流反而會(huì )增大。芯片的漏電流會(huì )隨溫度變化，當芯片發(fā)熱時(shí)，靜態(tài)功耗呈指數上升。

因此，引入先進(jìn)的散熱技術(shù)，確保****工作在合理的溫度范圍內，可大幅減少****的功耗。

如何評估****功耗?

****由復雜的元器件組成，處理的是包絡(luò )波動(dòng)的無(wú)線(xiàn)信號，面對的是不同場(chǎng)景下復雜的無(wú)線(xiàn)環(huán)境，影響****功耗的因素動(dòng)態(tài)多樣，因此評估****功耗千萬(wàn)不能停留在靜止的水平上，應該全面、具體和動(dòng)態(tài)的評估。

比如，以****功耗的罪魁禍首PA功耗為例，宏站和微站之間就有非常明顯的區別。相比宏站，微站的覆蓋范圍小，****功率低，PA非線(xiàn)性失真較小，PA功耗占比也較小，甚至可能不需要DPD等技術(shù)來(lái)進(jìn)行預失真處理。

顯然，任一因素的改變都會(huì )導致結果出現較大的變化，評估****功耗至少應該綜合考慮以下因素。

****功率

如前所述，PA功耗效率與********功率(即射頻最大輸出功率)密切相關(guān)，****功率越低，****功耗越低。以20%的PA功耗效率為例，減少40W的****功率將降低200W的功耗。

業(yè)務(wù)負載

不考慮業(yè)務(wù)負載評估****功耗就是耍流氓。****的業(yè)務(wù)流量越大，調用的物理資源塊(PRB)越多，****的功耗越大。

首先，隨著(zhù)業(yè)務(wù)負載增大，PA功耗會(huì )增大。同時(shí)，為了滿(mǎn)足高流量需求，更多數量的天線(xiàn)會(huì )參與工作，而每一根天線(xiàn)單元都連接了PA，這意味著(zhù)****總傳輸功耗會(huì )隨之上升。

環(huán)境溫度

工作溫度升高會(huì )導致器件的漏電流增大，進(jìn)而導致****功耗增加。值得一提的是，****功耗隨著(zhù)業(yè)務(wù)負載增加，而隨著(zhù)業(yè)務(wù)負載增加，****設備的溫度越來(lái)越高，又進(jìn)一步增加了器件的漏電功耗，這極其考驗****設備在高負載情況下的散熱能力。

規格及擴展能力

比如，如果廠(chǎng)商考慮了****后續的擴展能力，對電源、散熱以及計算能力等方面做了預留，那么相對于無(wú)擴展能力的****，功耗也一定會(huì )有所提升。

根據ITU定義的5G KPI，5G網(wǎng)絡(luò )能效相比4G要提升100倍。坦白而言，要完成這個(gè)KPI任重而道遠，這需要全行業(yè)共同努力來(lái)實(shí)現。然而，我們也經(jīng)常會(huì )在網(wǎng)上看到一些有關(guān)廠(chǎng)家的功耗排名，可以說(shuō)，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)運營(yíng)商嚴格拉齊測試的情況下，準確度是存疑的。在通往目標的路上，是需要多樣本、多場(chǎng)景、全面動(dòng)態(tài)地評估****功耗真實(shí)水平的，這不僅有助于運營(yíng)商做出正確的判斷，同時(shí)也將激勵廠(chǎng)家不斷創(chuàng )新，推動(dòng)5G產(chǎn)業(yè)正向發(fā)展。