對話華為甘斌：超大規(guī)模天線陣列，何以開辟M(fèi)assive MIMO綠色新賽道？

9月6日專稿（蔣均牧）“金山銀山，不如綠水青山”。伴隨“碳達(dá)峰、碳中和”運(yùn)動的全球興起，綠色已然成為當(dāng)前這個時代的一大主題，科技創(chuàng)新則是通往綠色可持續(xù)未來的終極方案。

創(chuàng)新過程中的突破性進(jìn)展，往往來自于另辟蹊徑。就像汽車行業(yè)，傳統(tǒng)演進(jìn)路線上內(nèi)燃機(jī)燃燒效率的提升、油耗的下降呈線性趨勢。而渦輪增壓技術(shù)通過在增加進(jìn)氣量上做文章，帶來了功率、油耗等方面的階躍式進(jìn)步，在保證動力不變的前提下可大幅降低排量。

類似的情況也發(fā)生在無線領(lǐng)域，作為近年來大放異彩的標(biāo)志性技術(shù)，Massive MIMO通過不斷的迭代優(yōu)化，在持續(xù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)體驗的同時實現(xiàn)了與LTE 4T4R相比20倍以上的比特能效提升。就在最近的無線首屆媒體沙龍暨M(jìn)BBF2021預(yù)溝通會上，華為為我們展示了Massive MIMO下一個突破性創(chuàng)新方向及其成果——超大規(guī)模天線陣列，并由此開辟了一條綠色新賽道。

那么5G如何走向綠色？怎么理解超大規(guī)模天線陣列，為什么說它開辟了新的賽道？它又有著怎樣的前世今生？將會為我們帶來哪些新的價值？圍繞這些問題，華為無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品線首席營銷官甘斌在預(yù)溝通會后的采訪中向C114作出了詳盡解答。

具有多重效益：綠色5G勢在必行

旱澇災(zāi)害、霧霾天氣、森林大火、海平面上升、生物圈崩潰……氣候環(huán)境問題無疑是21世紀(jì)人類社會面臨的最大挑戰(zhàn)之一，甚至情況愈演愈烈。聯(lián)合國環(huán)境署的年度《2020年排放差距報告》發(fā)現(xiàn)，盡管出于疫情影響，該年度全球二氧化碳排放量有所下降，但世界仍朝著本世紀(jì)升溫突破3℃的方向而去，《巴黎協(xié)定》設(shè)置的2℃和1.5℃兩條“生命線”岌岌可危。

在此背景下，深度“脫碳”成為現(xiàn)今全世界最為迫切的使命，各主要經(jīng)濟(jì)體都已承諾在本世紀(jì)中葉達(dá)成“碳中和”目標(biāo)。去年9月22日，我國在第75屆聯(lián)合國大會上提出力爭在2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，在2060年前實現(xiàn)碳中和，國家和地方也出臺了一系列“雙碳”政策。同時，“雙碳”不僅是遏止全球變暖的單一氣候戰(zhàn)略，更將給中國乃至全球經(jīng)濟(jì)社會帶來系統(tǒng)性變革。

“盡管移動網(wǎng)絡(luò)的碳排放僅占到全球碳排放總量的0.3%，國際電信聯(lián)盟和全球運(yùn)營商仍然積極推進(jìn)‘雙碳’行動計劃。”甘斌在主題發(fā)言中表示，ITU已經(jīng)制定了到2030年ICT行業(yè)溫室氣體減排量減少45%的新標(biāo)準(zhǔn)；有超過30家運(yùn)營商提出了減排目標(biāo)，比如沃達(dá)豐承諾到2025年將其碳足跡減少一半，并從可再生能源中購買所有電力，到2040年實現(xiàn)碳中和。

他解釋說，綠色5G具有社會、商業(yè)、產(chǎn)業(yè)上的多重效益。對運(yùn)營商而言，構(gòu)建一張綠色低碳的5G網(wǎng)絡(luò)既是響應(yīng)“雙碳”號召之舉，亦有助于降低持續(xù)增高的OPEX。更重要的是，5G網(wǎng)絡(luò)作為未來整個社會的底層基石，其在綠色方面的持續(xù)創(chuàng)新，也將更好地賦能各行各業(yè)實現(xiàn)“雙碳”愿景。

將綠色帶入5G，可以從三個層面來分析。甘斌告訴C114，首先是設(shè)備層面的多天線化和超寬頻化，通過多通道技術(shù)提升設(shè)備容量，以及將多個單頻設(shè)備融合為一個超寬頻設(shè)備來減少設(shè)備部署數(shù)量，可大幅提高每比特的能效。其次是站點(diǎn)極簡化，站點(diǎn)能耗主要來源于空調(diào)等配套設(shè)備，通過C-RAN的建設(shè)模式將BBU集中起來，可減少機(jī)房和空調(diào)使用，進(jìn)而降低站點(diǎn)的能耗。最后是網(wǎng)絡(luò)層面的智能化，通過引入人工智能，可在保障用戶體驗的基礎(chǔ)上根據(jù)業(yè)務(wù)的變化實時調(diào)整頻譜、載波等網(wǎng)絡(luò)資源分配，優(yōu)化休眠機(jī)制，實現(xiàn)節(jié)能效果的再提高。

開辟綠色新賽道：提升能量傳送效率

基站作為末梢，是移動網(wǎng)絡(luò)能耗產(chǎn)生的中心。考慮到Massive MIMO已經(jīng)成為5G建網(wǎng)的主流方案，其在節(jié)能上的一小步，反饋到綠色5G上就是一大步。

“基站本身分為兩個部分，有源部分包含通道、中頻、射頻、功放（PA），無源部分就是天線。一直以來我們在有源部分的創(chuàng)新非常多，功放效率領(lǐng)先業(yè)界10%以上。這部分創(chuàng)新的方向其實是在不斷地提升能量轉(zhuǎn)化效率上。”甘斌分享到，“為了實現(xiàn)突破性創(chuàng)新，我們把視線放在了無源部分上，通過超大規(guī)模天線陣列來開辟一個新賽道，也就是提升能量的傳送效率。”

為了方便理解，可以將天線陣列的擴(kuò)大比作射電望遠(yuǎn)鏡口徑的擴(kuò)大。貴州天眼相較排名第二的美國阿雷西博口徑增大了64%，靈敏度是后者的2.5倍，綜合性能則是后者的10倍，最遠(yuǎn)可以探測到137億光年之外。而超大規(guī)模天線陣列所帶來的比特能效提升亦是階躍式的。

擴(kuò)大天線陣列看似簡單，實則不然。甘斌介紹說，超大規(guī)模天線陣列的誕生來自于多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新，其中蘊(yùn)含了算法、材料等軟硬件和系統(tǒng)級的創(chuàng)新。實際上，在兩三年前開發(fā)毫米波產(chǎn)品時華為就產(chǎn)生了這樣的想法，但發(fā)現(xiàn)需要儲備的技術(shù)或者技術(shù)的成熟度還不夠，得益于多梯隊、多波次的飽和投入，逐步攻關(guān)、做準(zhǔn)備，才真正將想法變成了產(chǎn)品。

談及之所以將這個突破性新方向公布出來，而不是作為獨(dú)家的殺手锏。他表示，華為認(rèn)為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新需要產(chǎn)業(yè)伙伴共同努力，基于同樣的想法可能各家有各家的有解決之道。“顧舉者難起，眾行者易趨”，大家聯(lián)合起來創(chuàng)新，才有可能在這條道路上走得更快更遠(yuǎn)。

三個最大化：Massive MIMO節(jié)能、性能雙升級

作為全球無線領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，華為始終致力于以創(chuàng)新為運(yùn)營商、為社會創(chuàng)造價值，這一次亦不例外。基于超大規(guī)模天線陣列，Massive MIMO可實現(xiàn)三個“最大化”，帶來節(jié)能和性能上的雙升級。

第一個“最大化”是天面利用最大化。傳統(tǒng)Massive MIMO的迎風(fēng)面積只有0.3平方米，遠(yuǎn)小于0.7平方米的存量低頻天面迎風(fēng)面積，現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)天面空間沒有充分利用。在滿足天面工程規(guī)格對迎風(fēng)面積小于0.8平方米的基礎(chǔ)上，新型綠色版Massive MIMO可以實現(xiàn)無障礙部署，充分利用空間，最大化天面資源利用率。

第二個“最大化”是綠色節(jié)能最大化。超大規(guī)模天線陣列實現(xiàn)更窄的業(yè)務(wù)信道波束，在終端接收相同功率的情況下，基站可以配置更低的發(fā)射功率，降低基站能耗。比如，新型綠色版Massive MIMO配置160W的發(fā)射功率，即可達(dá)到傳統(tǒng)Massive MIMO 320W的覆蓋范圍。根據(jù)理論分析，在邊緣用戶覆蓋體驗相同的前提下，新型綠色版Massive MIMO可以降低50%以上能耗。

第三個“最大化”是體驗覆蓋最大化。在不增加基站發(fā)射功率的前提下，新型綠色版Massive MIMO能夠提升下行覆蓋3dB，與此同時，因為基站的接收性能的增強(qiáng)，上行覆蓋也會相應(yīng)增強(qiáng)3dB。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，新型綠色版Massive MIMO的邊緣用戶平均體驗可提升30%。

在采訪中，甘斌還談到了華為無線在綠色節(jié)能方面的另一創(chuàng)新成果PowerStar，該方案通過人工智能等創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)多頻多制式網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)度節(jié)能，為移動網(wǎng)絡(luò)提供深度節(jié)能。如今，PowerStar已經(jīng)發(fā)展到了2.0版本的三級節(jié)能方案，在網(wǎng)絡(luò)層更智能、設(shè)備層更精細(xì)，藉此還榮獲了GSMA全球移動大獎“最佳促進(jìn)氣候行動移動創(chuàng)新獎”。

綠色5G既攸關(guān)人類社會可持續(xù)發(fā)展，也是無線產(chǎn)業(yè)的重要前進(jìn)方向。超大規(guī)模天線陣列這一Massive MIMO突破性創(chuàng)新，正是華為踐行“雙碳”、持續(xù)為此貢獻(xiàn)力量的一個縮影。而隨著華為以及更多產(chǎn)業(yè)伙伴在這條綠色新賽道上快馬加鞭、大步向前，一定會撬動更多價值，為我們帶來更美好的未來。

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