华为超大规模天线阵列开辟MassiveMIMO绿色新赛道？

　　“金山银山，不如绿水青山”。伴随“碳达峰、碳中和”运动的全球兴起，绿色已然成为当前这个时代的一大主题，科技创新则是通往绿色可持续未来的终极方案。
　　创新过程中的突破性进展，往往来自于另辟蹊径。就像汽车行业，传统演进路线上内燃机燃烧效率的提升、油耗的下降呈线性趋势。而涡轮增压技术通过在增加进气量上做文章，带来了功率、油耗等方面的阶跃式进步，在保证动力不变的前提下可大幅降低排量。
　　类似的情况也发生在无线领域，作为近年来大放异彩的标志性技术，Massive MIMO通过不断的迭代优化，在持续增强网络体验的同时实现了与LTE 4T4R相比20倍以上的比特能效提升。就在最近的无线首届媒体沙龙暨MBBF2021预沟通会上，华为为我们展示了Massive MIMO下一个突破性创新方向及其成果——超大规模天线阵列，并由此开辟了一条绿色新赛道。
　　那么5G如何走向绿色？怎么理解超大规模天线阵列，为什么说它开辟了新的赛道？它又有着怎样的前世今生？将会为我们带来哪些新的价值？围绕这些问题，华为无线网络产品线首席营销官甘斌在预沟通会后的采访中向C114作出了详尽解答。
　　具有多重效益：绿色5G势在必行
　　旱涝灾害、雾霾天气、森林大火、海平面上升、生物圈崩溃……气候环境问题无疑是21世纪人类社会面临的最大挑战之一，甚至情况愈演愈烈。联合国环境署的年度《2020年排放差距报告》发现，尽管出于疫情影响，该年度全球二氧化碳排放量有所下降，但世界仍朝着本世纪升温突破3℃的方向而去，《巴黎协定》设置的2℃和1.5℃两条“生命线”岌岌可危。
　　在此背景下，深度“脱碳”成为现今全世界最为迫切的使命，各主要经济体都已承诺在本世纪中叶达成“碳中和”目标。去年9月22日，我国在第75届联合国大会上提出力争在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和，国家和地方也出台了一系列“双碳”政策。同时，“双碳”不仅是遏止全球变暖的单一气候战略，更将给中国乃至全球经济社会带来系统性变革。
　　“尽管移动网络的碳排放仅占到全球碳排放总量的0.3%，国际电信联盟和全球运营商仍然积极推进‘双碳’行动计划。”甘斌在主题发言中表示，ITU已经制定了到2030年ICT行业温室气体减排量减少45%的新标准；有超过30家运营商提出了减排目标，比如沃达丰承诺到2025年将其碳足迹减少一半，并从可再生能源中购买所有电力，到2040年实现碳中和。
　　他解释说，绿色5G具有社会、商业、产业上的多重效益。对运营商而言，构建一张绿色低碳的5G网络既是响应“双碳”号召之举，亦有助于降低持续增高的OPEX。更重要的是，5G网络作为未来整个社会的底层基石，其在绿色方面的持续创新，也将更好地赋能各行各业实现“双碳”愿景。
　　将绿色带入5G，可以从三个层面来分析。甘斌告诉C114，首先是设备层面的多天线化和超宽频化，通过多通道技术提升设备容量，以及将多个单频设备融合为一个超宽频设备来减少设备部署数量，可大幅提高每比特的能效。其次是站点极简化，站点能耗主要来源于空调等配套设备，通过C-RAN的建设模式将BBU集中起来，可减少机房和空调使用，进而降低站点的能耗。最后是网络层面的智能化，通过引入人工智能，可在保障用户体验的基础上根据业务的变化实时调整频谱、载波等网络资源分配，优化休眠机制，实现节能效果的再提高。
　　开辟绿色新赛道：提升能量传送效率
　　基站作为末梢，是移动网络能耗产生的中心。考虑到Massive MIMO已经成为5G建网的主流方案，其在节能上的一小步，反馈到绿色5G上就是一大步。
　　“基站本身分为两个部分，有源部分包含通道、中频、射频、功放（PA），无源部分就是天线。一直以来我们在有源部分的创新非常多，功放效率领先业界10%以上。这部分创新的方向其实是在不断地提升能量转化效率上。”甘斌分享到，“为了实现突破性创新，我们把视线放在了无源部分上，通过超大规模天线阵列来开辟一个新赛道，也就是提升能量的传送效率。”
　　为了方便理解，可以将天线阵列的扩大比作射电望远镜口径的扩大。贵州天眼相较排名第二的美国阿雷西博口径增大了64%，灵敏度是后者的2.5倍，综合性能则是后者的10倍，最远可以探测到137亿光年之外。而超大规模天线阵列所带来的比特能效提升亦是阶跃式的。
　　扩大天线阵列看似简单，实则不然。甘斌介绍说，超大规模天线阵列的诞生来自于多学科交叉融合创新，其中蕴含了算法、材料等软硬件和系统级的创新。实际上，在两三年前开发毫米波产品时华为就产生了这样的想法，但发现需要储备的技术或者技术的成熟度还不够，得益于多梯队、多波次的饱和投入，逐步攻关、做准备，才真正将想法变成了产品。
　　谈及之所以将这个突破性新方向公布出来，而不是作为独家的杀手锏。他表示，华为认为产业创新需要产业伙伴共同努力，基于同样的想法可能各家有各家的有解决之道。“顾举者难起，众行者易趋”，大家联合起来创新，才有可能在这条道路上走得更快更远。
　　三个最大化：Massive MIMO节能、性能双升级
　　作为全球无线领域的领跑者，华为始终致力于以创新为运营商、为社会创造价值，这一次亦不例外。基于超大规模天线阵列，Massive MIMO可实现三个“最大化”，带来节能和性能上的双升级。
　　第一个“最大化”是天面利用最大化。传统Massive MIMO的迎风面积只有0.3平方米，远小于0.7平方米的存量低频天面迎风面积，现网站点天面空间没有充分利用。在满足天面工程规格对迎风面积小于0.8平方米的基础上，新型绿色版Massive MIMO可以实现无障碍部署，充分利用空间，最大化天面资源利用率。
　　第二个“最大化”是绿色节能最大化。超大规模天线阵列实现更窄的业务信道波束，在终端接收相同功率的情况下，基站可以配置更低的发射功率，降低基站能耗。比如，新型绿色版Massive MIMO配置160W的发射功率，即可达到传统Massive MIMO 320W的覆盖范围。根据理论分析，在边缘用户覆盖体验相同的前提下，新型绿色版Massive MIMO可以降低50%以上能耗。
　　第三个“最大化”是体验覆盖最大化。在不增加基站发射功率的前提下，新型绿色版Massive MIMO能够提升下行覆盖3dB，与此同时，因为基站的接收性能的增强，上行覆盖也会相应增强3dB。根据仿真数据，新型绿色版Massive MIMO的边缘用户平均体验可提升30%。
　　在采访中，甘斌还谈到了华为无线在绿色节能方面的另一创新成果PowerStar，该方案通过人工智能等创新技术，实现多频多制式网络协同调度节能，为移动网络提供深度节能。如今，PowerStar已经发展到了2.0版本的三级节能方案，在网络层更智能、设备层更精细，藉此还荣获了GSMA全球移动大奖“最佳促进气候行动移动创新奖”。
　　绿色5G既攸关人类社会可持续发展，也是无线产业的重要前进方向。超大规模天线阵列这一Massive MIMO突破性创新，正是华为践行“双碳”、持续为此贡献力量的一个缩影。而随着华为以及更多产业伙伴在这条绿色新赛道上快马加鞭、大步向前，一定会撬动更多价值，为我们带来更美好的未来。
　　【来源：C114通信网】【作者：蒋均牧】