基站能耗直降45%！我國(guó)團(tuán)隊(duì)破解5G“電老虎”難題

問(wèn)題引入
深夜刷視頻突然卡頓？5G基站“偷懶”背后竟是能耗超標(biāo)！隨著5G網(wǎng)絡(luò)鋪開(kāi)，基站耗電量激增已成行業(yè)痛點(diǎn)——復(fù)雜調(diào)制信號(hào)讓功率放大器（PA）長(zhǎng)期處于“高負(fù)荷低效率”狀態(tài)，就像汽車(chē)在堵車(chē)路段頻繁啟停，油耗飆升卻跑不出速度。如何讓這個(gè)“電老虎”在信號(hào)強(qiáng)弱變化時(shí)都保持高效，成為全球通信界十年未解的難題。

研究背景
江蘇大學(xué)倪忠鵬、夏靜團(tuán)隊(duì)在《信息與電子工程前沿》發(fā)表最新成果，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出寬頻對(duì)稱(chēng)大回退范圍多赫蒂功率放大器（DPA）。傳統(tǒng)DPA雖能提升效率，卻像“單車(chē)道高速路”只能在特定頻率和6dB功率回退下高效運(yùn)作（相當(dāng)于車(chē)速?gòu)?20km/h降至60km/h時(shí)仍省油）。一旦5G信號(hào)波動(dòng)超出這個(gè)范圍，效率就會(huì)斷崖式下跌，導(dǎo)致基站40%的能耗白白浪費(fèi)。

方法創(chuàng)新
研究團(tuán)隊(duì)祭出兩大“黑科技”：

1. 阻抗-相位混合優(yōu)化：給電路裝上“智能導(dǎo)航”，通過(guò)實(shí)時(shí)匹配阻抗（信號(hào)通行阻力）和相位（信號(hào)節(jié)奏），就像在交叉路口設(shè)置動(dòng)態(tài)紅綠燈，讓強(qiáng)弱信號(hào)都能找到最優(yōu)路徑；
2. 碎片型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：打破傳統(tǒng)電路的“方正格局”，采用可自由拼接的微帶線碎片（類(lèi)似樂(lè)高積木），在1.7-2.5GHz頻段內(nèi)將相位離散度降低70%。實(shí)驗(yàn)顯示，這種“柔性電路”使9dB回退時(shí)的效率波動(dòng)從10%壓縮至5%，相當(dāng)于讓汽車(chē)在20-120km/h全速域保持省油狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
在28V電壓、1.7-2.5GHz真實(shí)場(chǎng)景測(cè)試中，新型DPA交出驚艷成績(jī)單：

• 能耗效率：9dB回退時(shí)效率達(dá)45%-55%，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)提升30%，相當(dāng)于基站年省電45%；
• 帶寬擴(kuò)展：工作帶寬擴(kuò)展至38%，覆蓋5G主流頻段，比同類(lèi)產(chǎn)品多“吞下”20%信號(hào)；
• 實(shí)戰(zhàn)表現(xiàn)：搭載20MHz LTE信號(hào)時(shí)，鄰道泄漏比（ACLR）突破-50dBc大關(guān)，滿(mǎn)足5G基站嚴(yán)苛的線性度要求。

研究還發(fā)現(xiàn)，采用碎片型結(jié)構(gòu)后，電路的“信號(hào)擁堵指數(shù)”（IER分布范圍）從-j115Ω收緊至-j30Ω，效率波動(dòng)堪比專(zhuān)業(yè)級(jí)穩(wěn)壓電源。

結(jié)論展望
“這相當(dāng)于給5G基站裝了‘變頻空調(diào)’。”論文通訊作者夏靜比喻道。該技術(shù)已在中興通訊試點(diǎn)，預(yù)計(jì)2025年規(guī)模化商用。但挑戰(zhàn)猶存——碎片型結(jié)構(gòu)帶來(lái)216種電路組合可能性，設(shè)計(jì)復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)上升。團(tuán)隊(duì)透露，下一步將引入AI算法實(shí)現(xiàn)“電路自動(dòng)拼裝”，目標(biāo)在2026年前將設(shè)計(jì)周期從3個(gè)月壓縮至7天。