5G无线网络能效评估 1.0 白皮书 （2022年） 中国移动 研究院 华为技术有限公司 · 联合编写单位及作者 中国移动 丁海煜，毕成，邓伟，韩延涛，张晟，李文智，刘建华，孙蕾，张聪 华为 姜旭冬，段浩，丁正虎，张宇，夏磊，朱江，鲁剑 · 前 言 气候与环境变化已成为人类社会生存与发展的重大挑战， 危及可 持续发展目标 ，为了避免气候灾难，我们必须将全球温度上升限制在 1.5℃[1]。1.5℃的目标对于全球经济体都是巨大挑战，需要各国工业、 交通、能源、农业等领域协同努力，加快形成绿色低碳的发展和生活 方式。科技，尤其是数字化科技， 将扮演越来越重要的角色。 以5G为代表的新一代 数字化技术促进了生产 和生活方式 的低碳 化，全球电子可持续发展倡议组织（ GeSI）的调查数据显示， 数字化 技术的部署将使可持续发展进程平均加快 22%，并将下行趋势延缓 23%[2]。与此同时， 数字化技术 自身也在向着更加绿色的目标演进。 ICT技术一直致力于使用更少的能量来传递、处理和存储更多的信息， 以5G为例，其单位比特的能耗值仅为 4G的约四分之一，网络吞吐 量大约是 4G的15倍以上。同时， 5G无线网络 仍在持续演进，以引 入更多的 设备、站点、网络等端到端 绿色节能技术 ，实现单位比特能 耗值的持续降低。 然而，以何种指标评估和衡量绿色 5G无线网络，业界当前并没 有形成统一的标准。 “能耗” 和 “能效” 是目前通用的两种评估方法。 5G单站能耗相较 4G虽高，但 传输速率和网络容量 更强，仅用 “能耗 ” 进行评估不够客 观。“能效”相对来说更加科学，在业界也形成了基 本共识。 目前“能效”的常见定义 为流量和能耗的比值 （bit/J），比 较适用于衡量单基站，但对于整个无线网络而言 ，还需网络性能 等指 标影响， 只考虑 bit/J不够全面， 近期国内外相关行业和标准组织均启 动了相关研究 工作。 中国移动 联合华为公司，在国内率先启动了 5G无线网络能效指 标体系和评估方法研究，并将阶段性研究成果发布在《 5G无线网络· 能效评估 1.0白皮书》中。本白皮书旨在为产业做出相关的探索和启 示，并能最终评估和衡量 绿色网络，以促进绿色技术在 商用网络中的 应用落地， 助力 5G网络绿色可持续发展 。 中国移动 5G无线网络能效评估 1.0白皮书（2022） 1 目 录 1. 国家双碳战略加速移动网络绿色低碳发展 ............................. 2 1.1 国家双碳战略要求 ................................ ............. 2 1.2 绿色网络评估方法有待完善 ................................ ..... 3 2. 5G无线节能技术和能效评估研究进展 ................................ 6 2.1 5G绿色节能技术持续创新 ................................ ...... 6 2.1.1 设备维度 ................................ .............. 6 2.1.2 站点维度 ................................ .............. 8 2.1.3 网络维度 ................................ .............. 8 2.2 5G网络能效评估研究进展 ................................ ...... 9 2.2.1 相关标准化组织研究进展 ................................ 9 2.2.2 相关行业组织研究进展 ................................ . 10 2.3 现有研究成果的局限性 ................................ ........ 11 3. 5G多维网络能效评估方法 ................................ ......... 14 3.1 评估目标 ................................ .................... 14 3.2 评估方法 ................................ .................... 15 3.2.1宏观层面 ................................ .............. 15 3.2.2微观层面 ................................ .............. 17 4. 后续展望 ................................ ........................ 18 4.1 标准化................................ ...................... 18 4.2 网络实践 ................................ .................... 19 缩略语列表 ................................ ......................... 20 参考文献 ................................ ........................... 21 中国移动 5G无线网络能效评估 1.0白皮书（2022） 2 1. 国家双碳战略加速移动网络绿色 低碳发展 2020年9月22日，习近平主席在联合国大会上承诺“中国将力 争于 2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和”，实现双 碳战略目标 ，事关国家可持续发展和构建人类命运共同体。 我国将用 30年时间走完发达国家 60年的“达峰 -中和”进程，面临时间短、任 务重、转型难等重重挑战，倒逼中国以更快速度向高质量发展转型， 绿色低碳成为各行各业共同的新目标和新使命， 也驱 动ICT产业系统 性思考移动网络绿色发展策略。 1.1 国家双碳 战略要求 2021年2月国家发布《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环 发展经济体系的指导意见》，从生产体系、流通体系、消费体系、基 础设施绿色升级、绿色技术创新体系、法律法规政策体系 六大方面， 明确 85项重点任务，要求各地区抓好贯彻落实，充分认识建立健全 绿色低碳循环发展经济体系的重要性和紧迫性。 随后，国家发布了《 2030年前碳达 峰行动方案》，以及一系列能 源、工业、建筑、交通等重点领域和煤炭、电力、钢铁、水泥等重点 行业的实施方案，出台了科技、碳汇、财税、金融等保障措施，形成 了碳达峰、碳中和 “1+N”政策体系，并明确 了相关时间表、路线图、 施工图。 2021年底，国家发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 ，推动数 据中心和 5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，提出要有 序推动以数据中心、 5G为代表的新型基础设施绿色高质量发展，发 挥其“一业带百业 ”作用，助力实现碳达峰碳中和目标，并且对 5G中国移动 5G无线网络能效评估 1.0白皮书（2022） 3 等提出具体的能效改进要求。 移动通信产业积极响应政策 要求， 一方面充分发挥信息技术在 助 力全社会绿色低碳 中的杠杆作用，加速行业数字化和低碳化发展 ，另 一方面加速引入绿色低碳技术，完善评估机制，建立 能效、性能双优 目标网络。 图1.1 数字化以 10倍杠杆效应使能低碳化 图1.2 移动网络向 性能和能效双优目标网络发展 1.2 绿色网络评估方法有待完善 过去两年多，突如其来的疫情加速了数字化的进程，远程办公、 线上教育等被广泛接受。 为了满足大众随时随地 体验良好网络 性能的 中国移动 5G无线网络能效评估 1.0白皮书（2022） 4 诉求， 为了万物互联和支撑社会的数字化转型， 移动网络将持续发展、 网络流量将持续提升。据统计，到 2030年，网络流量仍有百倍的增 长需求[3]，多频多制式网络将长期存在。为了避免移动网络的功耗随 着流量线性增长，需要持续发展节能降耗技术。 图1.3 到2030年，网络流量百倍提升 移动通信技术发展和 网络发展导向， 多以提升性能作为主要目标。 评价和衡量网络，也多以性能相关指标为衡量标准，例如千兆网络建 设、随时随地 100Mbps 等，绿色相关的 评估指标体系 有待完善 。 5G移动通信网络向性能、 节能双优发展， 需引入绿色相关评估、 评价机制，建立双优目标网。 然而，以何种指标评估和衡量绿色 5G 无线网络，业界当前并没有形成统一的标准。“能耗”和“能效”是 目前通用的两种评估方法。 5G单站能耗相较 4G虽高， 但传输速率和 网络容量更强，仅用“能耗”进行评估不够客观。“能效”相对来说 更加科学，在业界也形成了基本共识。目前“能效”的 常见定义为流 量和能耗的比值（ bit/J），比较适用于衡量单基站的