文|創(chuàng)瞰巴黎 Patrick Lagrange Serge Abiteboul

編輯|Meister Xia

導(dǎo)讀

智能化未來(lái)的實(shí)現(xiàn)要依靠萬(wàn)物互聯(lián)，即人與人的聯(lián)通、人與物的聯(lián)通、以及物與物的聯(lián)通，而要實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，就需要高速率、短延遲和大容量。5G的大寬帶、超低延時(shí)和海量連接特性將迎來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，帶來(lái)無(wú)限機(jī)遇。但同時(shí)，5G基站的功耗也大幅提升。5G將如何發(fā)展？如何適應(yīng)環(huán)保需求？本期為“通信技術(shù)的挑戰(zhàn)”系列二，帶您了解建設(shè)5G通信對(duì)環(huán)境有什么影響，如何既發(fā)展5G技術(shù)又兼顧低碳環(huán)保。

一覽：

• 新興5G技術(shù)采用了容量更大的無(wú)線電頻段，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)速和并發(fā)連接數(shù)的雙提升。
• 對(duì)5G設(shè)備進(jìn)行全生命周期分析，可從生產(chǎn)、使用、廢棄三個(gè)階段審視其環(huán)境影響。
• 5G設(shè)備能耗高，能效也高。有了5G后，接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量會(huì)增加。所以5G網(wǎng)絡(luò)的整體能耗高低難以評(píng)估。
• 5G技術(shù)雖好，但考慮到法國(guó)設(shè)定了較高的減排目標(biāo)，無(wú)論5G有多大正面作用，電信行業(yè)都必須降低能耗。

5G技術(shù)[1,2]凝聚了近十年網(wǎng)絡(luò)吞吐量、延遲率、連接密度技術(shù)的最新研發(fā)成果，融合了通信安全和能源效率方面（即減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝荒芎模┑倪M(jìn)步。這一切都源于天線[3]和無(wú)線電波處理技術(shù)的突破。大規(guī)模有源天線陣等新技術(shù)增加了無(wú)線電頻段的容量，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)速和并發(fā)連接數(shù)的雙提升。

5G網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等技術(shù)的廣泛應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化，促使了通信網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的融合，提高了5G的可靠性和靈活性，拓寬了應(yīng)用范圍，在制造業(yè)、互聯(lián)城市、公共交通、個(gè)人出行、物流等領(lǐng)域催生了一系列重大變革。

5G的出現(xiàn)也帶來(lái)了健康、安全、主權(quán)等層面的擔(dān)憂(yōu)，但本文主要討論如何既發(fā)展5G技術(shù)又兼顧環(huán)保，如何可持續(xù)地發(fā)展數(shù)字技術(shù)。這意味著更全面地看待數(shù)字技術(shù)的環(huán)境影響。

5G對(duì)環(huán)境有什么實(shí)際影響呢？采用全生命周期分析的思維，我們可以審視5G設(shè)備的生產(chǎn)、使用、廢棄三個(gè)階段。生產(chǎn)階段的環(huán)境影響，是5G設(shè)備制造過(guò)程的高能耗、高排放，以及水資源和稀土資源的消耗。使用階段的環(huán)境影響，是設(shè)備運(yùn)行的直接能耗。廢棄階段的環(huán)境影響，是垃圾的產(chǎn)生。雖然本文主要談能耗，但5G等數(shù)字技術(shù)的其他環(huán)境影響也不應(yīng)忽視。

5G能耗分析

雖然5G的部署引發(fā)了爭(zhēng)議，但為了化解爭(zhēng)議而開(kāi)展的各項(xiàng)研究激發(fā)了許多有意義的思考：5G將如何發(fā)展？如何適應(yīng)環(huán)保需求？隨著獨(dú)立組網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等顛覆性技術(shù)的誕生，以及26GHz波段部署條件的研究開(kāi)展，此類(lèi)思考十分關(guān)鍵。

密集部署5G網(wǎng)絡(luò)，會(huì)帶來(lái)哪些環(huán)境影響呢？

• 5G的部署，意味著更換現(xiàn)有的4G通訊基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備。5G設(shè)備的生產(chǎn)成本巨大，會(huì)產(chǎn)生大量碳足跡，提早替換現(xiàn)有通訊終端設(shè)備更是如此。
• 但是，傳輸同樣的數(shù)據(jù)量，5G比4G耗能更低。若不部署5G，則只能將4G網(wǎng)絡(luò)越建越密，部署越來(lái)越多的4G通訊設(shè)備，導(dǎo)致能耗上升。
• 4G向5G過(guò)渡，這一過(guò)程本身可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求增加，該現(xiàn)象被稱(chēng)為“反彈效應(yīng)”，導(dǎo)致難以計(jì)算能耗究竟會(huì)上升還是下降。

基于不同的假設(shè)，5G能耗預(yù)測(cè)結(jié)果大不相同。

法國(guó)高級(jí)氣候委員會(huì)報(bào)告分析了部署5G、不部署5G的幾種情形的碳足跡[4]。雖然不確定性因素較多，但各種預(yù)測(cè)結(jié)果都顯示5G會(huì)增加碳足跡——因?yàn)橛辛?G后，接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量必會(huì)增加。

法國(guó)幾大主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商和四大城市的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商組建了一個(gè)專(zhuān)家組，以法國(guó)電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)電子通信和郵政監(jiān)管局（ARCEP）為秘書(shū)處，發(fā)布了一份報(bào)告,對(duì)5G能耗問(wèn)題進(jìn)行了更深入的探討[5]。專(zhuān)家組指出，對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋密集的地區(qū)，部署5G能減少通訊設(shè)施密度。但在4G覆蓋率低的地區(qū)，中短期內(nèi)則會(huì)使通訊設(shè)施數(shù)量增多。

亟需開(kāi)展的數(shù)字產(chǎn)業(yè)能耗評(píng)估

5G技術(shù)能耗不能脫離數(shù)字生態(tài)單獨(dú)看待，因?yàn)闊o(wú)論是移動(dòng)還是有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，都處在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大環(huán)境中，而這兩大環(huán)境的聯(lián)系日益密切。需要改變的與其說(shuō)是5G技術(shù)，倒不如說(shuō)是整個(gè)數(shù)字產(chǎn)業(yè)。而該產(chǎn)業(yè)能耗不明確，急需對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，以引導(dǎo)公共政策、用戶(hù)行為、企業(yè)選擇。

鑒于此，2020年，ARCEP建設(shè)了數(shù)字技術(shù)可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)平臺(tái)，組織了公共討論促進(jìn)政企交流磋商，以推動(dòng)評(píng)估工作。評(píng)估的主要手段是全生命周期分析，基于各個(gè)行業(yè)的科研成果，形成有效的評(píng)估手段，并以數(shù)據(jù)支撐評(píng)估分析。

在數(shù)字產(chǎn)業(yè)能耗評(píng)估框架下，ARCEP已開(kāi)展了兩個(gè)項(xiàng)目：與法國(guó)環(huán)境與能源控制署開(kāi)展聯(lián)合研究，評(píng)估數(shù)字技術(shù)當(dāng)下、2030年、2050年的碳足跡，預(yù)計(jì)2022年可以向法國(guó)政府遞交第一份報(bào)告，明確數(shù)字技術(shù)碳足跡評(píng)估的方法與指標(biāo)。

自2020年起，通過(guò)電信營(yíng)業(yè)商收集環(huán)境數(shù)據(jù)——但未來(lái)還有待從設(shè)備生產(chǎn)商、服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)、數(shù)據(jù)中心等各方收集更多數(shù)據(jù)。近日，法國(guó)參議院議員Patrick Chaize推出了一項(xiàng)新法案，意在加強(qiáng)ARCEP對(duì)數(shù)字產(chǎn)業(yè)的環(huán)境監(jiān)管。法案擴(kuò)大了ARCEP的數(shù)據(jù)收集權(quán)限。

進(jìn)行評(píng)估時(shí)，5G的積極影響也應(yīng)納入考慮。有的人堅(jiān)信5G技術(shù)“正外部性”較強(qiáng)，不必?fù)?dān)心其負(fù)面影響。但考慮到法國(guó)設(shè)定了較高的減排目標(biāo)，無(wú)論5G有多大正面作用，電信行業(yè)都必須降低能耗。政府努力減少能耗的同時(shí)，不能打擊數(shù)字產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，因?yàn)槠渌袠I(yè)有賴(lài)于最新的數(shù)字技術(shù)才有望實(shí)現(xiàn)環(huán)保轉(zhuǎn)型。

參考資料：

1.Ref Arcep: Let’s talk 5G: all your questions about 5G, https://www.arcep.fr/nos-sujets/parlons-5g-toutes-vos-questions-sur-la-5g.html

2.Report on 5G and mobile communications networks, Académie des sciences, 2021

3.Massive MIMO (Multi Input Multi Output): is an antenna itself made up of a large number of small antenna sub-assemblies that make the best use of the spatial diversity of wave propagation between the network and the terminals

4.High Council for the Climate, Controlling the carbon impact of 5G , 20/12/2020

5.https://www.arcep.fr/la-regulation/grands-dossiers-thematiques-transverses/lempreinte-environnementale-du-numerique/consommation-energetique-reseaux-mobiles-etude-comparee.html