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5G散热行业报告:5G手机、基站散热(30页)

行业报告下载 2020-08-04 1 管理员

2020 年高刷新率成为各品牌旗舰手机的标配,也成为旗舰手机的重要卖点之一。在一加、 OPPO、小米、三星等厂商的推动下,高刷新率也成为了用户的需求热点,为用户带来了 更细腻流畅的使用体验。然而屏幕的刷新率也与手机的功耗呈现正相关的关系,根据 phone Arena 的测评,经过同样的浏览及翻页测试,60Hz 刷新率模式下的 Galaxy S20  Ultra 续航时间为 12 小时 23 分钟,而在 120Hz 刷新率模式下续航时间仅为 9 个多小时, 续航时间下降幅度为 20%-25%。5G 手机在网络连接领域有更高的功耗及发热,主要原因可概括为三点。一是 5G 网络具 有更高的网速及频率,手机会在同等时间内进行更多次数的数据传输、交互。二是 5G 终 端设备采用 MIMO 天线技术,手机需要内置更多天线,根据 Qorvo 数据,在 Sub-6Ghz 频段需要 8-10 根天线,在毫米波频段需要 10-12 根天线,每根天线都有自己的功率放大 器,导致功耗及发热的增加。三是在 5G 网络覆盖率较低、信号较弱的情况下,手机频繁 搜索信号的行为也会造成较大的功耗及发热。

5G 基站架构改变,从 4G 的 BBU、RRU 两级结构演进到 CU、DU 和 AAU 三级结构。 在 5G 基站中:有源天线、原 RRU 及 BBU 的部分物理层处理功能合并为 AAU;CU 是原 BBU 的非实时部分分割出来的部分,主要处理低实时的无线协议栈功能,同时也支持部分 核心网功能下沉和边缘应用业务的部署;DU 是主要处理包括物理层功能和高实时的无线 协议栈功能,满足 uRLLC 业务需求,与 CU 一起形成完整协议。我们认为,在 5G 部署 初期,5G 设备形态优先选择 CU/DU 合设方式,未来随着 5G 垂直行业等新业务需求,可 基于 MEC 边缘云,后续采用 CU-DU 分离方式。在 CU/DU 合设为 BBU 的 5G 基站架构中,BBU 主要负责基带数字信号处理,比如 FFT /  IFFT、调制/解调、信道编码/解码等;AAU 主要由 DAC(数模转换)、RF(射频单元)、 PA(功放)和天线等部分组成,主要负责将基带数字信号转为模拟信号,再调制成高频射 频信号,然后通过 PA 放大至足够功率后,由天线发射出去。根据中通服咨询设计研究院 数据,在移动通信网络中,基站是耗电大户,大约 80%的能耗来自广泛分布的基站设备机 房;在基站设备机房中,基站设备的能耗占机房设备耗电比例超过 50%;在基站设备中, AAU 耗电超过了基站设备耗电比例的 80%;在 AAU 功耗中,主要包括芯片功耗(占比 50%)、PA 功耗(占比 30%)及 RF 功耗(占比 20%)。

对于基站 BBU 和 AAU 设备的功耗,目前不同厂商设备的差异性较大。根据中通服咨询设 计研究院数据,以现有 64T64R S111 宏基站设备为例,单基站的功耗约为 3kW~4kW, 5G 基站设备较 4G 基站设备功耗提升约 2~3 倍;一个 5G 标准站(1 个 BBU+3 个 AAU) 的电费在直供电场景下,单站年电费将达到 2 万元,在转供电场景下,单站年电费将达到 3 万元,是 4G 同类站点的 3 倍左右。因此高功耗已经成为 5G 规模商用和产业成熟的阻 力之一,我们认为散热/冷却技术、智能化能耗调节等方案应及时引入 5G 基站的设计中。

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标签: 3C电子|微纳电子|家电

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