5G小常識 2020-09-18

台灣5G基地台耗電量會比4G基地台高9倍以上嗎?

日前版主寫了篇” 5G基地台是吃電怪獸，分時休眠關站會成趨勢嗎?” ，闡述5G基地台較4G基地台耗電量多9倍以上所衍生的電力與費用問題。不過，因該文的數據與論述主要是引用中國網站提供的5G基地台用電量資訊及台灣部分電信業者在5G開台前對媒體公開說法，與台灣5G基地台開台實際狀況不見得相同。根據私下向台灣某電信業者了解，其實際5G開台後5G基地台電力耗用狀況及預估的5G基地台數量規畫，台灣5G基地台並不會成為吃電怪獸，其實際電力耗用狀況與4G基地台差異並不大。
為何台灣5G基地台並不會成為吃電怪獸呢? 以下根據提供該電信業者的說明並提出版主的看法:

「(台灣)5G基地台比4G基地台耗電量恐增9倍以上」的說法最早源自於亞太電信董事長(2020/5/30)與台灣大哥大總經理(2020/7/8)在鉅亨網公開談論的，其主要論述的理由是5G基地台電力耗用比4G高3倍，若相同訊號涵蓋下5G基地台數量必須比4G多3~4倍，所以若5G基地台完全取代4G基地台的話，未來5G基地台電力耗用恐增9倍以上。因中國網站揭露華為與中興5G基地台電力耗用為3000~3500W比4G基地台900~1000W高出3倍以上，讓亞太電信與台灣大哥大高層的說法更加有可信度。

圖片來源: 鉅亨網

不過，台灣4G基地台是FDD架構為主且頻譜分散(需要仰賴CA技術提速)，加上台灣禁用華為與中興基地台設備，台灣5G基地台耗電狀況與中國業者並不見得相同。台灣5G基地台實際耗電與4G基地台耗電差異為何呢? 以下為私下向台灣某電信業者了解的相關內容，並做重點摘要（粗體顯示）:

1. 某電信業者說明:

A.相同訊號涵蓋下，5G基地台數量預期與4G相當:

5G初期建設，以NSA EN-DC(非獨立組網之4G LTE和5G NR雙連結)架構先行，5G 3.5GHz 雖頻率較高，然而藉由引入Massive MIMO(巨量天線)技術可提升下行涵蓋，而上行涵蓋則可透過雙連結架構以中低頻的4G延伸涵蓋，使每台5G涵蓋(以3.5GHz頻段為例) 與既有4G涵蓋(以1.8GHz頻段為例)相當。後續5G若演進至SA (獨立組網)架構，可運用既有低、中頻段。Refarming(重耕)及CA(載波聚合)技術，則其每台5G涵蓋與既有4G基地台涵蓋相當。
亦即不論是5G 採NSA或SA架構，所謂5G基地臺數是4G的3倍論述，實務上而言，並不完全正確;目前若此公司建設5G網路欲與4G網路涵蓋相當，則建設之5G基地臺數預期和4G相當。

→ 5G採用頻率雖然較高，但台灣業者因採EN-DC及Massive MIMO技術緣故，5G要達到4G相同訊號涵蓋率並不需要3倍，兩者基地台數量是相當的。

B.台灣5G基地台平均耗電量與4G基地台相當，不是3倍:

以此公司為例，4G建設主力之每一基地臺(以BBU+3-sector之3CA為例)之平均耗電量約2,000W，而預期5G建設主力之每一基地臺(以BBU+3-sector之3.5GHz頻段32T32R為例)之平均耗電量亦約2,000W，其5G每站耗電量與4G相當，所謂5G基地臺耗電量是4G的3倍論述，並不完全正確。
再者, 5G基地台之頻譜使用效率和預期5G用戶之平均下載速率為4G 的2倍以上，以傳送每單位之數據量耗電量對比，5G的用電效率比4G高。

→ 台灣4G基地台因大都支援2CA以上(FDD架構)，電力耗用量比中國4G TDD架構高出快兩倍，但台灣5G基地台的用電效率比4G高，平均耗電量比中國業者少，所以台灣5G/4G兩者耗電量差距並不大。
不過，為何台灣5G基地台實際耗電量比中國業者少超過1000W以上，該業者表示無法了解中國5G業者用電量為何這麼高，無法代替中國業者說明。

2.版主見解:

該電信業者的5G基地台實際平均用電量約2,000W，因基地台用電量是客觀數據，版主認為應該無庸置疑。不過，多數人應該會對於台灣5G基地台數量只要與4G基地台數量雷同，深感困惑。

針對此點，版主認為應該與台灣5G電信業者基地台普遍支援EN-DC(雙連結)有關。
行動通訊必須互通才能使用，無論基地台無線電波傳播得多遠，若行動裝置訊號無法傳遞回基地台還是徒然，所以基地台的有效涵蓋距離其實是由發射功率較小的行動裝置所決定的。台灣的基地台大都是屬於大型基地台，基地台本身發射功率大且具備大型天線或支援Massive MIMO功能，就像功夫裡擁有獅吼功的包租婆可以將無線電波傳遞到很遠的距離，但受限於行動裝置本身發射功率有限，在4G LTE FDD技術規格下，因上傳與下載都是利用雷同的頻段當作電波傳遞介面，導致使用的無線電波頻率越高，行動裝置發射的距離就會越短，就必須更密集的基地台建設來維持相同的涵蓋率。
由於台灣5G電信業者基地台普遍都可以支援EN-DC雙連結功能，當5G基地台以3500MHz無線電波傳遞(下載)給行動裝置後，支援EN-DC行動裝置可使用2100MHz、1800MHz、900MHz、700MHz傳遞(上傳)給基地台，不一定使用3500MHz頻率回傳，即可增加5G訊號有效的涵蓋距離。

因2100MHz、1800MHz、900MHz、700MHz本來就是目前電信業者4G基地台使用的頻段，所以只要電信業者將5G基地台數量建置為4G相同基地台數量，就能達到雷同的訊號涵蓋率。
或許正因如此，台灣5G六月底才正式開台，四家5G基地台總數不到萬座，但國際知名測速公司Opensignal 8月26日發表”衡量全球5G用戶體驗的基媒體準” ，台灣位居5G訊號與體驗表現全球第四，可使用率18.6%居全球第6，表現相當不錯 (詳見”這篇” ) !

根據NCC的最新統計，目前台灣基地台(包含4G及用做語音通話的3G 2100MHz)共有107,614張4G基地台執照。由於政府打算將在前瞻2.0預算編列266.5億元補助五家電信公司建設5G網路的基地台補助經費，再加上遠傳與亞太決定5G三共20年將會促進加速台灣5G基地台建設速度，版主推估台灣在三年內可望至少會有55,000~60,000座5G基地台，將可讓台灣多數地區都可以享有5G網路服務(詳見”這篇“)。