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

編輯|Meister Xia

導讀

智能化未來的實現(xiàn)要依靠萬物互聯(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，而要實現(xiàn)萬物互聯(lián)，就需要高速率、短延遲和大容量。5G的大寬帶、超低延時和海量連接特性將迎來萬物互聯(lián)的時代，帶來無限機遇。但同時，5G基站的功耗也大幅提升。5G將如何發(fā)展？如何適應環(huán)保需求？本期為“通信技術的挑戰(zhàn)”系列二，帶您了解建設5G通信對環(huán)境有什么影響，如何既發(fā)展5G技術又兼顧低碳環(huán)保。

一覽：

• 新興5G技術采用了容量更大的無線電頻段，實現(xiàn)了網(wǎng)速和并發(fā)連接數(shù)的雙提升。
• 對5G設備進行全生命周期分析，可從生產(chǎn)、使用、廢棄三個階段審視其環(huán)境影響。
• 5G設備能耗高，能效也高。有了5G后，接入網(wǎng)絡的設備數(shù)量會增加。所以5G網(wǎng)絡的整體能耗高低難以評估。
• 5G技術雖好，但考慮到法國設定了較高的減排目標，無論5G有多大正面作用，電信行業(yè)都必須降低能耗。

5G技術[1,2]凝聚了近十年網(wǎng)絡吞吐量、延遲率、連接密度技術的最新研發(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步。這一切都源于天線[3]和無線電波處理技術的突破。大規(guī)模有源天線陣等新技術增加了無線電頻段的容量，從而實現(xiàn)了網(wǎng)速和并發(fā)連接數(shù)的雙提升。

5G網(wǎng)絡切片、邊緣計算等技術的廣泛應用和標準化，促使了通信網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的融合，提高了5G的可靠性和靈活性，拓寬了應用范圍，在制造業(yè)、互聯(lián)城市、公共交通、個人出行、物流等領域催生了一系列重大變革。

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

5G對環(huán)境有什么實際影響呢？采用全生命周期分析的思維，我們可以審視5G設備的生產(chǎn)、使用、廢棄三個階段。生產(chǎn)階段的環(huán)境影響，是5G設備制造過程的高能耗、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，是設備運行的直接能耗。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)字技術的其他環(huán)境影響也不應忽視。

5G能耗分析

雖然5G的部署引發(fā)了爭議，但為了化解爭議而開展的各項研究激發(fā)了許多有意義的思考：5G將如何發(fā)展？如何適應環(huán)保需求？隨著獨立組網(wǎng)、5G網(wǎng)絡切片、邊緣計算等顛覆性技術的誕生，以及26GHz波段部署條件的研究開展，此類思考十分關鍵。

密集部署5G網(wǎng)絡，會帶來哪些環(huán)境影響呢？

• 5G的部署，意味著更換現(xiàn)有的4G通訊基礎設施設備。5G設備的生產(chǎn)成本巨大，會產(chǎn)生大量碳足跡，提早替換現(xiàn)有通訊終端設備更是如此。
• 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)絡越建越密，部署越來越多的4G通訊設備，導致能耗上升。
• 4G向5G過渡，這一過程本身可能會導致對網(wǎng)絡的需求增加，該現(xiàn)象被稱為“反彈效應”，導致難以計算能耗究竟會上升還是下降。

基于不同的假設，5G能耗預測結果大不相同。

法國高級氣候委員會報告分析了部署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，但各種預測結果都顯示5G會增加碳足跡——因為有了5G后，接入網(wǎng)絡的設備數(shù)量必會增加。

法國幾大主要網(wǎng)絡設備供應商和四大城市的移動運營商組建了一個專家組，以法國電信監(jiān)管機構電子通信和郵政監(jiān)管局（ARCEP）為秘書處，發(fā)布了一份報告,對5G能耗問題進行了更深入的探討[5]。專家組指出，對于4G網(wǎng)絡覆蓋密集的地區(qū)，部署5G能減少通訊設施密度。但在4G覆蓋率低的地區(qū)，中短期內則會使通訊設施數(shù)量增多。

亟需開展的數(shù)字產(chǎn)業(yè)能耗評估

5G技術能耗不能脫離數(shù)字生態(tài)單獨看待，因為無論是移動還是有線網(wǎng)絡技術，都處在信息技術和網(wǎng)絡技術的大環(huán)境中，而這兩大環(huán)境的聯(lián)系日益密切。需要改變的與其說是5G技術，倒不如說是整個數(shù)字產(chǎn)業(yè)。而該產(chǎn)業(yè)能耗不明確，急需對其進行準確評估，以引導公共政策、用戶行為、企業(yè)選擇。

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

在數(shù)字產(chǎn)業(yè)能耗評估框架下，ARCEP已開展了兩個項目：與法國環(huán)境與能源控制署開展聯(lián)合研究，評估數(shù)字技術當下、2030年、2050年的碳足跡，預計2022年可以向法國政府遞交第一份報告，明確數(shù)字技術碳足跡評估的方法與指標。

自2020年起，通過電信營業(yè)商收集環(huán)境數(shù)據(jù)——但未來還有待從設備生產(chǎn)商、服務網(wǎng)點、數(shù)據(jù)中心等各方收集更多數(shù)據(jù)。近日，法國參議院議員Patrick Chaize推出了一項新法案，意在加強ARCEP對數(shù)字產(chǎn)業(yè)的環(huán)境監(jiān)管。法案擴大了ARCEP的數(shù)據(jù)收集權限。

進行評估時，5G的積極影響也應納入考慮。有的人堅信5G技術“正外部性”較強，不必擔心其負面影響。但考慮到法國設定了較高的減排目標，無論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，不能打擊數(shù)字產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，因為其他行業(yè)有賴于最新的數(shù)字技術才有望實現(xiàn)環(huán)保轉型。

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