GaN克服得了5G基站耗电巨大？

进入2020年，将是移动通讯的巨大机遇期，移动通信领域正在发生巨大变化：第五代蜂窝网络技术(也称为5G)服务在陆续推出。消费者目前已经开始体验5G技术的优势，它不仅能够凭借超快的下载速度与固网宽带匹敌，而且将来还可能在蜂窝网络服务区域内支持更高密度的移动设备和互连的物联网(IoT)设备。

这种发展一方面在给消费者带来令人兴奋的好处，但在幕后，业界向5G的转变也充满了挑战、高成本以及其他争议。例如无线电频谱许可的分配[1]，关于用户在使用5G时带来的健康风险由于沟通不善而引发恐慌[2]等等，国际贸易竞争对手之间对网络安全的担忧以及产生的后果[3]等问题也在困扰着向5G的迁移过程。

毫无疑问，5G对于蜂窝网络和其他运营商而言都将是一项有利可图的业务，但也需要大量的前期投资来升级、改进和替换现有的蜂窝网络基础设施。不仅网络检修的前期成本可能会使网络运营商彻夜难眠，而且还会包括持续发生的运营支出等问题。5G网络比4G将消耗更多的电力，这是一个不可回避的事实。实际上，根据预测，5G的功率消耗将增加近70%(见图1)。例如，一个4G基站可能需要大约7kW的功率，而一个5G基站将需要超过11kW的功率，如果基站需要承载多个信道，其功率消耗甚至可能高达20kW。

图1：典型5G通信基站的功率消耗(来源：华为)

所有要求都在提高

尽管5G网络通常比第四代通信技术效率更高，但每个小区(cell)由于容量增大将导致整体功率消耗大幅上升。导致这些的原因是由于在每个无线电信道上使用了大规模多输入多输出(Massive MIMO)天线来改善信号质量。与通常使用4T4R(4个发射器，4个接收器)的4G基站相比，5G基站使用64T64R。

因此，可以明确地看到为什么5G对电力需求如此之高。一些5G网络提供商在搭建网络和提供服务时对于MIMO苦不堪言，甚至在讨论是否可以将基站的收发器数量降低为32T32R以节省功率，但这样会极大地限制网络容量。

除了使现有基站的功率需求增加以外，令问题更加复杂的另一个挑战是需要比以往数量更多的基站。这其中部分原因是由于5G技术特有的无线电波长更加受限，这意味着需要更高的基站密集度才能为特定区域提供有效覆盖。建设这些新基站，并安装支持它们的电网而导致的成本也将是非常高昂。

最后，还存在电源问题。即使所需的总功率仅增加一倍，行业标准的3kW 48VDC电源也将严重不足。因此，需要在与现有设备大致相当的空间内显著提高功率密度，以输送所需的更高功率。