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5G网络绿色通信技术现状研究及展望 　　【摘 要】5G时代联网设备数目增多，能量消耗激增，如何实现绿色通信是5G时代的重要研究方向。首先介绍了5G通信特点及其带来的能耗增加，分析国内外关于移动通信绿色节能的政策导向和各企业的节能措施，讨论了5G可用于绿色通信的关键技术和发展状况，并提出未来可行的研究方向。 　　【关键词】能量效率 扁平化IP网络架构 云计算 　　doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.006 中图分类号：TN915.81 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）20-0031-05 　　1 引言 　　2010年，以LTE-Advance[1]为标准的4G网络已经在全球范围内商用，预计在未来十年，无线数据量将每年增加一倍，国际电信联盟正在加紧制定5G的全球标准，并计划在2020年实现商用。 　　相比于4G，5G具有如下的基本特征： 　　（1）数据流量增长百倍，峰值吞吐量至少达到100 Gbps/km2； 　　（2）联网设备数目增长百倍，达到100万/km2； 　　（3）峰值速率至少达到10 Gbps； 　　（4）用户可获得的速率达到10 Mbps； 　　（5）短时延和高可靠性； 　　（6）频谱利用率较4G提升5～10倍； 　　（7）网络能耗低[2]。 　　5G高速发展的同时，信息与通信行业的能量损耗问题日趋严重，预计在2020年能量损耗将达到1430吨，占到全球能源损耗的10%[3]，这将是全球第五大耗能产业。我国《通信业“十二五”发展规划》明确提出，通信业万元电信业务总量能耗要实现下降10%的目标，研究5G网络绿色通信迫在眉睫。 　　2 5G时代的能量损耗 　　通信设备的能耗很大程度上取决于业务负载。随着用户数量上升，通信能耗将呈几何级增长。2010年，我国三大运营商部署的3G基站数量分别是中国电信30万个、中国移动55万个、中国联通36万个[4]。根据中国联通发布的2015年下半年服务质量报告，到2015年底，中国联通4G基站整体规模约为40万个，而同期中国移动达到了120万个，中国电信达到了46万个。以一个传统基站能耗的两大主体（主设备和温控系统）为主要计算对象，一天的耗电量约为100 kWh，一年耗电约3.5×104 kWh。在2015年一年，三大运营商就带来7×1010 kWh新增电能能耗。据研究报告，大量的无线接入设备占到整个通信网络80%～90%的能耗。而即将到来的5G时代，通信业务量将爆炸式增长，通信设备的能耗问题将更为严重。据相关资料统计，信息和通信行业将是全球第五大耗能产业，其中，移动通信网络占到ICT产业总能耗的43%。同时，5G已经开始尝试在物联网（车联网）、智能楼宇等对网络能耗要求较高的场景下部署，在这些场景下，降低能耗更是比时延、命中率更加重要的优化目标。 　　另一方面，文献[5]指出目前网络骨干链路的宽带利用率不到40%，但是由于没有采取有效措施，通信网络大部分时间工作在低负载高能耗的模式下。 　　综上所述，如何在未来合理部署5G网络实现绿色通信，这是一个亟待解决的问题。 　　3 国内外绿色通信政策导向和发展战略 　　5G通信即将带来的巨大能量损耗已经引起国内外通信业的关注。欧洲电信委员会在第七次框架项目（FP7）发起面向真实能效的网络设计项目TREND、基于节能的认知无线电和协作技术研究项目（C2P0WER）。法国电信发起了移动无线网络节能优化项目（OPERA-NET），计划在2020年节能20%[6]。英国MVCE提出Green Radio项目，该项目致力于研究网络架构和绿色无线技术[7]。 　　在通信节能减排方面，我国国家发改委建立了节能减排统计监测指标。国资委根据能耗贡献量，在2010年将三大运营商由节能减排“一般企业”调整为“关注类企业”。工信部提出大力发展绿色ICT产业，推广绿色IDC和绿色基站。以上措施表明我国政府对通信实现绿色节能的强制性要求。 　　为了引起全产业链关于绿色通信的关注，我国国资委、发改委、工信部从2008年起组织一年一度的绿色通信大会。2012年，大会以“问道绿色发展 构建高效运营”为主题，设立了“绿色通信规划与基础网络节能”、“绿色通信的关键环节与路径实现”两大主题论坛。2013年，大会以“绿通信的创新与实践”为主题，聚焦绿色通信的网络建设与运营，交流探讨产业链绿通信的产品创新、技术创新和方案创新。同年2月，工业和信息化部正式印发了“进一步加强通信业节能减排工作的指导意见”。2014年，大会以“绿色4G网络建设与节能创新”为主题，围绕新形势下的节能减排需求与挑战，聚焦4G网络建设，分享通信行业节能解决方案与实践典范。2015年，工信部组织通信行业节能