5G基站能耗探秘，再提芯片技术

目前5G手机厂商已经陆续发布了多款手机，人们期待着使用5G高速率带来的痛快，但是你所不知道的是背后提供5G信号的基站可真不是那么简单。

5G基站设备主要包括BBU,AAU还有传输设备、监控设备、空调、开关电源、电池、铁塔、馈线，天线、配套设备等等，这些构成了一个基站运行的系统，运营商在基站上面的投入不仅仅包括设备采购，工建成本、维护成本还有租赁基站的成本，其中在电费方面绝对不容易忽视。

我们现在来探讨一下5G基站无线主设备在能耗方面的情况。一般功耗是根据基站负荷情况变化的，并不是恒定的，比如在高配置满负荷，能耗就高，低配置低负荷，能耗就低。

有数据显示，在空载的情况下5G基站BBU功耗接近300W，AAU超过600W，在负荷50%的情况下BBU功耗变化不大，但是AAU功耗达到了900W以上，负荷100%的情况下，AAU平均功耗接近1200W。基站在三扇区单载波的情况下，单站功耗甚至能达到4120W，如果是三扇区三载波的情况下，单站功耗能上5700W。也有厂商提供的数据显示单系统AAU的功耗达到了4900W接近5000W，5G基站无线主设备的功耗基本是4G基站的2.5倍到4倍。单单基站无线主设备一天24小时运行，还有空调、传输、开关电源等其他设备呢，由此可以看出5G基站是名副其实的电老虎啊。

5G基站无线主设备为什么这么耗电呢，这因为5G和4G基站虽然在技术上都采用了多射频通道和多天线技术，但5G涉及到更多关键性的技术。

首先在3GPP协议中，5G的总体频谱资源可以分为以下两个频谱范围FR，即FR1：Sub 6G频段，也就是我们说的低频频段，是5G的主用频段；其中3GHz以下的频率我们称之为sub3G， 其余频段称为C-band；FR2: 6G以上的毫米波，也就是我们说的高频频段，为5G的扩展频段，所以5G空口频谱更宽，另外5G没有了5M以下的小区带宽，大带宽是5G的典型特征：6G小区最大小区带宽100M ，FR2最大小区带宽400M,带宽越大，容量越大，单小区容纳的用户越多，接入数越多，传输数据越大，消耗的资源越多，功耗也越多。

其次5G在空口方面还有更多的多址技术选择、更灵活的帧结构和更高频谱效率。多址技术的选择有滤波正交频分多址（ F -OFDM\DFT-S-OFDM）；和其他多址技术 （SCMA \ NOMA\PDMA \ MUSA）。帧结构包括灵活的子载波带宽、时隙时长、上下行配置。最后为提高更高的频谱效率应用了新的信道编码技术、新的调制技术、原生Massive MIMO 技术，这些新技术的应用首当其冲的就是芯片技术需要更新换代，芯片处理能力需要更强更快。

结合上面的关键技术我们再看看AAU有哪些关键器件。DAC（数模转换）、RF（射频单元）、PA（功放）和天线。AAU的主要功能是负责将基带数字信号转为模拟信号，再调制成高频射频信号，然后通过PA放大至足够的功率后，由天线发射出去。看似简单，但是设计到的硬件及其复杂。比如，Massive MIMO的天线单元越多，每个天线单元对应的TRX链路就会增加，同时AAU的计算功耗也随着TRX链路增加而上升。

最主要的功耗来自PA功耗,它是基站发射系统的关键器件，射频信号功率本来是很小的，只有经过PA放大获得足够的射频功率后，才能馈送到天线并辐射出去，因此PA起到了一个线性放大信号的功能，因此PA功耗也是最大的。但是随着PA输出功率越来越接近最大输出功率，非线性失真就会越来越大，这会严重影响信号传输质量。这时候芯片性能显得尤为重要，这就是处理数字信号的功耗开销，实时处理越来越高的数据流量，对芯片性能要求更加苛刻。芯片功耗通常由两部分组成：运算时产生的动态功耗和来自漏电流产生的静态功耗。动态功耗可随着晶体管尺寸不断缩小来改善，但随着晶体管越小，漏电流反而会增大。芯片的漏电流会随温度变化，当芯片发热时，静态功耗呈指数上升。所以芯片工艺越强大，功耗越强。

由此可见芯片工艺对AAU功耗的重要性。目前高通芯片在市场上的工艺最强，但是受国际贸易影响最大，发展国产芯片显得尤为重要。