還搞不懂低功耗?5G基站功耗性能探討!

低功耗是很多行業都需要考慮的是事請，在不同的電子產品中，低功耗的設計往往存在一些差異。為增加大家對功耗的認識，本文將首先闡述低功耗的一些概念，進而討論如何降低5G基站的功耗。

一、低功耗引言

目前的低功耗設計主要從芯片設計和系統設計兩個方面考慮。隨著半導體工藝的飛速發展和芯片工作頻率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又將導致芯片發熱量的增大和可靠性的下降。因此，功耗已經成為深亞微米集成電路設計中的一個重要考慮因素。為了使產品更具競爭力，工業界對芯片設計的要求已從單純追求高性能、小面積轉為對性能、面積、功耗的綜合要求。而微處理器作為數字系統的核心部件，其低功耗設計對降低整個系統的功耗具有重要的意義。

在嵌入式系統的設計中，低功耗設計(Low-Power Design)是許多設計人員必須面對的問題，其原因在于嵌入式系統被廣泛應用于便攜式和移動性較強的產品中去，而這些產品不是一直都有充足的電源供應，往往是靠電池來供電，所以設計人員從每一個細節來考慮降低功率消耗，從而盡可能地延長電池使用時間。事實上，從全局來考慮低功耗設計已經成為了一個越來越迫切的問題。

二、如何降低5G基站的功耗?

首先，基站功耗主要來自于射頻單元，而射頻單元中功耗占比最高的就是功放。功放對一定范圍內的輸入信號能夠進行線性放大，而超過這個范圍的輸入信號會被失真放大，從而導致功放效率降低。為了提升功放效率，通過專門優化的數字預糾偏算法(DPD)，對功放的非線性放大區進行預糾偏，能夠使功放效率得到大幅提升。那么不難看出，DPD算法的優劣將會直接影響5G基站功耗效率。

其次，基站功耗與工作溫度也密切相關。通常，工作溫度越高，器件的漏電流越大，基站功耗也就越大。通過引入先進的散熱技術，能夠有效控制基站工作在合理的溫度范圍內，保證基站的功耗效率。

此外，基站的數據處理部分也占用了較多的功耗開銷，這一部分也存在較大的優化空間。通常，業內廠商針對成熟的商用產品，都會考慮采用專用集成電路(ASIC)芯片替代現場可編程門陣列(FPGA)芯片，用以降低功耗并提升運算效率。

而第二個問題，如何評估5G基站功耗是準確的，關鍵點還是在于測試條件的統一。因為5G基站功耗與多個測試因素相關，任一因素的改變就會導致結果出現較大的變化。那么，5G基站功耗到底與哪些測試因素有關呢?

1. 發射功率：發射功率越低，基站功耗越低。以20%的功耗效率為例，減少40W的發射功率將降低200W的功耗。

2. 業務負載：基站的業務負載越高，調用的物理資源(PRB)就越多，功耗也就越大。如業務負載為100%時的基站功耗就遠大于業務負載為30%時的基站功耗。

3. 環境溫度：環境溫度升高會導致基站工作溫度升高，如前文所述，工作溫度升高則導致器件的漏電流增大，進而導致基站功耗增加。

4. 支持功能：基站支持的功能不同，也會導致基站功耗存在差異。例如，如果廠商考慮了基站后續的擴展能力，對電源、散熱以及計算能力等方面做了預留。那么，相對于無擴展能力的基站，功耗也一定會有所提升。

其實，廠商5G功耗的最優之爭在集采測試時自然會有定論。為了保證集采測試結果是公允可信的，運營商集團公司會集結大量資深專家，采取嚴格的環境和平臺審查標準，用多樣本多用例的測試來試探各廠家基站功耗的最真實水平。這樣不僅僅有助于運營商做出正確的判斷，同時也將激勵廠商不斷創新，從而推進5G產業的正向發展。