關于5G****功耗，有些真相沒人明說，但通信人你一定要明白

來源：網優雇傭軍

過去人們只關心手機耗不耗電，而****耗電對于公眾一直是個秘密。現在5G火了，****君也跟著火，****耗電的事也被擺上了臺面，成為大家熱議的話題。

不管別人怎么說，但作為通信人，關于5G****功耗，有些真相你一定要明白。

****功耗的組成

為了方便理解，我們先來畫一張簡圖。

****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PA放大至足夠功率后，由天線****出去。

簡單的說，****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TRX鏈路增加，****總功耗成倍增加。

比如，Massive MIMO的天線單元越多，每個天線單元都有PA和RF單元，TRX鏈路增加，同時BBU的計算功耗也隨著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********系統的關鍵器件。射頻信號功率本來是很小的，只有經過PA放大獲得足夠的射頻功率后，才能饋送到天線并輻射出去，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****功耗來自PA。

PA功耗為什么這么大呢?

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

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

但問題就來了，回退操作會降低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%，至天線的射頻輸出功率為200W，那么，PA功耗高達400W，這意味著有近一半的功率作為廢熱而損失。此時，若PA工作點回退10dB以補償線性度，則PA功耗效率將降至20%以下，則PA功耗高達1000W，這意味著有80%的功率作為廢熱而損失。

由于PA功耗效率和線性度是相互矛盾的，為了兼顧兩者，業界采用了數字預糾偏算法(DPD)等技術，即通過在PA的輸入側添加功放非線性失真的逆特性來進行預先失真處理。因此，DPD算法的優劣將會直接影響5G****功耗效率。

芯片功耗

芯片性能直接影響BBU和AAU的數字信號處理功耗開銷，這是眾所周知的。尤其是面向5G未來，****要實時處理越來越高的數據流量，對芯片性能要求更加苛刻。

目前業內成熟的5G****產品都會考慮采用專用集成電路(ASIC)芯片替代現場可編程門陣列(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：運算時產生的動態功耗和來自漏電流產生的靜態功耗。動態功耗可隨著晶體管尺寸不斷縮小來改善，但隨著晶體管越小，漏電流反而會增大。芯片的漏電流會隨溫度變化，當芯片發熱時，靜態功耗呈指數上升。

因此，引入先進的散熱技術，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，處理的是包絡波動的無線信號，面對的是不同場景下復雜的無線環境，影響****功耗的因素動態多樣，因此評估****功耗千萬不能停留在靜止的水平上，應該全面、具體和動態的評估。

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非線性失真較小，PA功耗占比也較小，甚至可能不需要DPD等技術來進行預失真處理。

顯然，任一因素的改變都會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，****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。

業務負載

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

首先，隨著業務負載增大，PA功耗會增大。同時，為了滿足高流量需求，更多數量的天線會參與工作，而每一根天線單元都連接了PA，這意味著****總傳輸功耗會隨之上升。

環境溫度

工作溫度升高會導致器件的漏電流增大，進而導致****功耗增加。值得一提的是，****功耗隨著業務負載增加，而隨著業務負載增加，****設備的溫度越來越高，又進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，那么相對于無擴展能力的****，功耗也一定會有所提升。

根據ITU定義的5G KPI，5G網絡能效相比4G要提升100倍。坦白而言，要完成這個KPI任重而道遠，這需要全行業共同努力來實現。然而，我們也經常會在網上看到一些有關廠家的功耗排名，可以說，在沒有經過運營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、多場景、全面動態地評估****功耗真實水平的，這不僅有助于運營商做出正確的判斷，同時也將激勵廠家不斷創新，推動5G產業正向發展。