Когато се говори за потенциала на 5G да бъде “по-екологична” технология в сравнение с предишните поколения, темата за потреблението на енергия е една от първите, които се повдигат. Най-често тя се поставя в контекста на енергийната ефективност: че 5G е по-ефективна от 4G системите на базата на енергийното потреблението на киловатчас (kWh), и следователно е по-екологична.
Тук обаче възниква моментът “да така е, но…“. Да, 5G като система е проектирана да бъде по-енергийно ефективна – но това не означава, че ще използва по-малко енергия на абсолютна база. Нека разгледаме общата картината само от гледна точка на мащаба, като за пример дадем Китай: По последни данни на Министерството на промишлеността и информационните технологии (МПИТ), китайските оператори вече са инсталирали повече от 1.3 милиона 5G базови станции в цялата страна. МПИТ планира да утрои тази цифра в рамките на четири години, за да достигне 3,64 млн. базови 5G станции до края на 2025 г.
“Енергийното потреблението 5G мрежите е между два и четири пъти по-голямо от 4G, което поставя безпрецедентни предизвикателства пред изграждането на инфраструктурата”, заявиха китайския доставчик Huawei. В Китай, според Huawei, общото потребление на енергия от телекомуникационните мрежи вече надхвърля 50 млрд. kWh (киловатчаса) – а след пълното разгръщане на 5G мрежите то ще се удвои до приблизително 100 млрд. kWh. Те изчисляват че повече от 30% от съществуващите станции ще трябва да преоборудват системите си за електрозахранване, за да се адаптират към 5G.
Въпреки това, компанията има решение – нареченото “5G Power” позволява разгръщането на 5G без адаптиране на мрежата, тъй като разпределя на захранването на кулите. Според Huawei тази технология ще спести 4130 kWH електроенергия на обект годишно. Това е съвместен проект с компанията China Tower, която планира да оборудва около 800 000 обекта с технологията.
Ефективното използване на енергия от 5G е от голямо значение не само за екологичните инициативи на телеком операторите, но и за техните финансови резултати. Разходите за енергия се оценяват на 5-6% от оперативните разходи, според MTN Consulting, която твърди, че при преминаването към 5G ще има натиск за увеличаване на тази цифра. Отчасти, това е поради използването на по-високи честоти, крайни изчислителни (edge computing) и нови IoT услуги (интернет на нещата), които ще увеличат общото потребление на енергия в мрежата. ” В крайна сметка, в един все по-нарастващ 5G свят, телекомите ще се сблъскат със значителен ръст на сметките си за енергия.
За да се справят с този проблем, телекомите ще трябва да предприемат действия на организационно, архитектурно и локално ниво”, казват от MTN. Част от аргумента, че 5G системите са по-екологични, е, че глобалният стандарт за 5G – “New Radio”, предоставя функции за пестене на енергия по начини, които LTE просто не позволява.
Например Ericsson посочва, че ресурсите на базовите станции обикновено не се използват през 75-90% от времето, дори и в силно натоварени мрежи. “Това повдига очевиден въпрос: Ако базовите станции прекарват толкова голяма част от времето си, без да предават потребителски данни, защо все още консумират енергия през цялото време?” пишат изследователите на Ericsson Пел Френгер и Ричард Тано през 2019 г. Причината е, че повечето хардуерни компоненти остават активни, за да предават задължителните сигнали в режим на неактивност – референтни сигнали, синхронизиращи сигнали и системна информация.
За сравнение, 5G предлага много по-ефективна цялостна структура по отношение на физическия си слой и необходимостта от такива референтни сигнали, според д-р Нишит Трипати, изследовател в областта на безжичните технологии от Virginia Tech. “Погрижили сме се да направим тази операция на физическия слой много ефективна, така че да консумира по-малко енергия за получаване на нужната информацията”, обяснява той. “Но е необходимо време, за да може технологията да се стабилизира и да се отдалечи от Non-Standalone (старата версия на 5G, която ще зависи от основната мрежа 4G за управление на информацията за контрол и сигнализация), така че да можем да се възползваме от предимствата на тази 5G възможност.”
В основата си 5G осигурява “много по-добра поддръжка за внедряване на енергоспестяващи функции в мрежовите продукти”, според публикация в блога на Ericsson от октомври 2021 г. “Решаващата разлика е значително подобрената поддръжка за пестене на енергия по време на нисък до среден трафик”.
Механизмите за пестене на енергия предлагат също така възможността вместо постоянна консумация на енергия, в моменти на слабо използване да се изключват радиоканалите, обяснява Трипати.
В LTE (4G) броят и времето на синхронизиращите и референтните сигнали осигуряват много малко пространство за времеви пропуски, в които могат да “заспиват” базовите станции, позволявайки им да пестят енергия. Според Ericsson 5G може да допусне паузи в предаването до 20 милисекунди в режим SA (Standalone) и 160 милисекунди в режим NSA (Non Standalone), които са 100 до 800 пъти по-дълги от разрешените в LTE, като наред с това изискват много по-малко “постоянно включени” сигнали.
“Тъй като повече компоненти могат да бъдат приведени в режим на заспиване за по-дълги периоди от време, съществува значителен потенциал за намаляване на консумацията на енергия на 5G продуктите”, пишат експертите на Ericsson. Те обаче посочват също, че мрежата трябва да бъде изградена прецизно, за да се използват предимствата на енергоспестяващите функции – така че продуктите с голям капацитет да се поставят само там, където този капацитет е необходим.
Всъщност, 5G Non Standalone – режимът, в който работят повечето 5G мрежи днес, все още разчита на LTE за комуникациите в контролната равнина и в резултат на това добавя повече изисквания за обработка (и енергия). С превръщането на 5G SA в по-голяма част от мрежата показателите се подобряват.
Френският телекомуникационен регулатор, Arcep, наскоро публикува своя анализ на енергийната ефективност на 4G спрямо 5G, в контекста на това как всяка от технологиите би се представила при предвиждания ръст на трафика до 2028 г. в честотната лента 3.5 GHz. Установено е, че първоначално 5G генерира увеличение на потреблението на енергия – колко дълъг е този период, зависи от конкретния сценарий за внедряване на 5G. Но като цяло, заключението на проучването е, че “повишаването на енергийната ефективност, постигнато от внедряването на 5G, ще започне през 2023 г. и ще бъде ясно до 2028 г. в най-гъсто населените райони”.
В сравнение със стратегията за уплътняване само на 4G за същия период от време, според Arcep, внедряването на 5G е позволило до 2028 г. да се спести общо до десет пъти повече енергия от нивата на потребление през 2020 г. Също е свързано със съответно намаляване на емисиите на парникови газове до осем пъти повече от емисиите през 2020 г. Регулаторът обаче добави: “В по-слабо населените райони обаче, където гъстотата на трафика е по-ниска, практически ползи ще се наблюдават най-рано през 2025 г. и най-късно през 2028 г.”
По същество това е още един “да така е, но…” момент. Да, 5G ще консумира много енергия, но 4G ще консумира още повече при същите условия. Напредъкът в пестенето на енергия, както и в много други неща, е постепенен.
“Вярвам, че с напредването на времето ще ставаме все по-екологични по отношение на “G” – казва Трипати. ” Затова 5G е по-екологично от 4G, а 6G ще бъде по-екологично от 5G. … Работим по всички тези неща, за да направим нещата малко по-зелени в сравнение с предишните поколения. “След като идеята бъде въведена в рамките на глобалния стандарт, е необходимо известно време, преди да бъдат приложени в реални продукти”, отбелязва той. “Така че нещата отнемат време. Но постепенно се движим в тази посока.”
