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摘要：近些年来，科学技术发展日新月异，5G技术将会在未来逐渐走进我们的生活中。5G是全球高新技术发展的典型代表，同时5G网络的建设也是我国实施网络强国战略的重要组成部分。根据最近召开的中央经济工作会议精神，我国正处于5G发展的关键时期，国家将出台一系列的战略来引导5G技术的发展，由此看来，5G技术的研究和发展是十分有意义的。本文主要通过建立数学模型，来探索电信企业和电力企业合作解决5G电费问题的一种新模式。
关键词：5G;耗电问题;合作;研究
现如今，大部分人都已经对第五代移动通信技术（5G）有了初步的了解，根据专家的预测，最早在今年第三季度就会实现5G技术的试商用，而明年则会全面进入到5G正式商用的时代。5G技术的发展会在很大程度上提高网络信息传输的速度，提高国家信息化水平，推动科学技术进步，但是同时也存在着一些问题，很多专家认为5G技术在很多方面存在着一定的局限性，例如：5G网络的成本相对较高，尤其是体现在基站建设和运营方面。据华为公司预测，5G基站的功耗将是4G基站的3倍左右，这会在很大程度上影响5G技术的应用成本。除此之外，5G网络频率更高，单站覆盖面积就会相对缩小，这就意味着需要建设更多的基站才能实现5G网络的覆盖目标。5G网络基站耗电问题对5G网络的建设运营具有重大影响，如何在保证通信质量的前提下妥善处理耗电成本问题，逐渐成为人们关注的关键问题之一。
一、5G基站耗电情况分析
根据电信行业的专家预测，进入5G时代后，基站与通信终端间的传输速率将是4G的10倍，达到1Gbps。此外，为满足物联网、车联网等万物互联需要，5G网络需要支持每平方公里100万个连接的接入能力，同时还要具备低时延和高可靠性的质量保障能力。为满足高速接入、海量连接以及高质量保障等要求，5G网络将采用大规模多输入多输出（Masssive MIMO）天线等技术，这将导致5G基站的用电功耗大大增加。初步估算，每个5G基站的耗电约是4G基站的3倍，达到3000W左右。加之高频段建网基站密度增加，相同覆盖情况下，5G网络总耗电是4G网络的3～5倍左右。2018年6月22日，中国联通运维部总经理馬红兵在《加速5G网络演进，构建共赢产业生态》主题演讲中就表示，5G设备的耗电量将有3～5倍的提升。
那么，5G基站耗电将是4G的3～5倍对运营商意味着什么？据了解，对于一家提供综合业务服务的电信运营商，其总耗电量的40%来自移动通信网络，而在移动通信网络的耗电中，基站耗电又占到80%。也就是说，基站耗电占运营商总耗电量的32%左右。假设运营商的其他耗电维持不变，在5G基站耗电量是4G的4倍时，运营商的总耗电量将是原来的1.96倍左右（4×32%+（1-32%））=1.96）。
目前，运营商的电费支出约占其经营收入的4%，而运营商的利润率一般在5～6%之间，也就是说，如果不能较好地控制电费成本增长，运营商进入5G时代后很容易陷入亏损。
再从收入增长前景看，近年来由于市场竞争激烈，而且国家要求运营商不断降低资费水平，尽管全行业不断投资进行网络升级和新技术引入，但电信业务收入规模变化不大，收入增长率一直处于3～5%左右，长期低于GDP增幅。我国2009年开始发展3G，2014年开始发展4G，根据工信部公布的历年通信业增长数据，这两次移动通信新技术的引入，并未明显改变电信业务收入的缓慢增长趋势。但是，由于网络速率不断增加，智能终端快速普及，社交软件、电子购物、视频共享等各种互联网应用层出不穷、不断繁荣，电信网络承载的业务量连年大幅增长，整个行业呈现出明显的增量不增收的特点。预计进入5G时代后，这种量收增幅不匹配的状况将进一步延续。因此，电信从业人员感叹，5G很美好，但包括电费在内的巨额投入换不来电信企业的收入增长，行业前景不容乐观。
二、通过合作模式处理耗电成本问题的思路
从上面的分析中可以看到，因为5G耗电量显著增加，电信运营商的成本压力不堪重负，需要电力企业给予一定幅度的电费优惠。但是，电力企业少收的电费也需要得到一定的补偿，一个办法就是从电信运营商那里获得收入分成。对于电信运营商而言，采取收入置换成本的方式是一种务实的选择，也符合国家的政策规定，有利于降低运营成本，还能与电力企业形成良性循环的战略合作关系。对于电力企业而言，其提供的电力服务可从两个方面取得回报，一是直接收取优惠后的电费，二是通过收入分成得到相应的收益，二者之和等于应收取的全额电费就可接受。为了实现合作共赢，可以根据可公开获得和预测的几个参数，如电信运营商目前电费与收入的比例，5G耗电增长和收入自然增长下的电费收入比例变化，推算出相关的收入分成比例与电费优惠幅度之间的关系，形成数学模型，找出双方合作中的利益平衡点。找到基准分成比例后，可以通过政策设计降低实际分成比例以扶持电信企业（当然，必要时，也可加大分成比例对电力企业进行扶持），从而使政策调控更有据可循。
三、基于合作共赢模式建立的数学模型
为探索合作模式，建立数学模型找到电费优惠幅度和收入分成比例之间的关系，需要设定几个参数。
以a代表目前运营商4G网络的电费支出（以P?表示）占其收入（以R?表示）的比例，即a= P?/R?。
以N代表5G网络总耗电较4G网络的倍数， 以r代表运营商未来业务收入的自然增长率，则5G网络的电费支出（以P表示）为P=N×P?，业务收入（以R表示）为R=（1+r）R?。因此，5G时代电费支出占收比为，P/R=（N×P?）/（1+r）R?=[N /（1+r）]×P?/ R?=[N /（1+r）]×a，由此可得：
R=P（1+r）/（N×a）
为满足5G发展需要，电信企业可以推动国家出台电费优惠政策，这也符合国家减税降费的政策导向。假设电力企业同意5G时代运营商的电费总额可享受标准为b的优惠幅度，则电信企业需要直接支付的电费变为（1-b）P。 为了补偿电力企业为5G发展做出的贡献，国家可以同时要求电信企业从其业务收入中拿出一定比例与电力企业进行分成。以s代表收入分成比例，则电力企业能够从收入分成中得到的补偿额为s×R= s× P×（1+r）/（N×a）。
当P=（1-b）P + s× P×（1+r）/（N×a）时，电力企业可取得足额回报，并与电信企业实现合作共赢。对该式进行整理，可得：
s=N×a×b/（1+r）
该式作为一种数学模型，可以为电信企业与电力企业通过电费优惠、收入分成的方式，合作解决5G电费问题提供参考依据。
四、模拟测算结果
根据建立的数学模型，我们可以进行一定的预测。不妨假设运营商5G收入的增长率与GDP增长率保持一致，即r=6%。根据上文分析，可向上取值N=2，a=4%。按照电力价格管理政策，对于用电大户，电力企业可以按照大工业用电价格给予优惠，优惠幅度约为20%。因此，我们这里暂取b=20%。将上述数据代入数学模型，可得：
s=N×a×b/（1+r）= 2×4%×20%/（1+6%）=1.5%。根据计算结果，我们可以认为，如果电力企业根据国家相关要求在电费收取方面给予电信企业20%的优惠，那么电信公司应该通过合作经营等模式，把业务收入的1.5%分成给电力公司。通过这种模式，电信企业以让渡部分业务收入为代价，降低了直接支付的电费成本，这对控制成本规模是有意义的。总之，采用这种合作模式可以使双方的利益最大化，既能减轻电信企业运营5G网络的电费负担，又有助于电力企业改善收入结构，在一定程度上妥善解决了5G用电成本的处理问题。
五、结束语
随着社会的发展进步，5G网络时代将会在不远的将来走进我们的日常生活之中。通过数学模型的定量计算分析，电力企业可对运营5G网络的电信企业给予一定比例的电费优惠，同时电信企业应根据通信业务收入来进行回报，这样才能在降低电费水平的同时平衡企业之间的利益，为我国5G网络的建设和发展奠定基础。现如今，5G网络技术已经逐渐成為了互联网通信发展的潮流和趋势，5G网络耗电问题更应该得到重视，希望5G网络运营涉及到的相关方面共同进行改革创新，携手为5G网络的建设和发展贡献力量。
参考文献
关键词：5G;耗电问题;合作;研究
现如今，大部分人都已经对第五代移动通信技术（5G）有了初步的了解，根据专家的预测，最早在今年第三季度就会实现5G技术的试商用，而明年则会全面进入到5G正式商用的时代。5G技术的发展会在很大程度上提高网络信息传输的速度，提高国家信息化水平，推动科学技术进步，但是同时也存在着一些问题，很多专家认为5G技术在很多方面存在着一定的局限性，例如：5G网络的成本相对较高，尤其是体现在基站建设和运营方面。据华为公司预测，5G基站的功耗将是4G基站的3倍左右，这会在很大程度上影响5G技术的应用成本。除此之外，5G网络频率更高，单站覆盖面积就会相对缩小，这就意味着需要建设更多的基站才能实现5G网络的覆盖目标。5G网络基站耗电问题对5G网络的建设运营具有重大影响，如何在保证通信质量的前提下妥善处理耗电成本问题，逐渐成为人们关注的关键问题之一。
一、5G基站耗电情况分析
根据电信行业的专家预测，进入5G时代后，基站与通信终端间的传输速率将是4G的10倍，达到1Gbps。此外，为满足物联网、车联网等万物互联需要，5G网络需要支持每平方公里100万个连接的接入能力，同时还要具备低时延和高可靠性的质量保障能力。为满足高速接入、海量连接以及高质量保障等要求，5G网络将采用大规模多输入多输出（Masssive MIMO）天线等技术，这将导致5G基站的用电功耗大大增加。初步估算，每个5G基站的耗电约是4G基站的3倍，达到3000W左右。加之高频段建网基站密度增加，相同覆盖情况下，5G网络总耗电是4G网络的3～5倍左右。2018年6月22日，中国联通运维部总经理馬红兵在《加速5G网络演进，构建共赢产业生态》主题演讲中就表示，5G设备的耗电量将有3～5倍的提升。
那么，5G基站耗电将是4G的3～5倍对运营商意味着什么？据了解，对于一家提供综合业务服务的电信运营商，其总耗电量的40%来自移动通信网络，而在移动通信网络的耗电中，基站耗电又占到80%。也就是说，基站耗电占运营商总耗电量的32%左右。假设运营商的其他耗电维持不变，在5G基站耗电量是4G的4倍时，运营商的总耗电量将是原来的1.96倍左右（4×32%+（1-32%））=1.96）。
目前，运营商的电费支出约占其经营收入的4%，而运营商的利润率一般在5～6%之间，也就是说，如果不能较好地控制电费成本增长，运营商进入5G时代后很容易陷入亏损。
再从收入增长前景看，近年来由于市场竞争激烈，而且国家要求运营商不断降低资费水平，尽管全行业不断投资进行网络升级和新技术引入，但电信业务收入规模变化不大，收入增长率一直处于3～5%左右，长期低于GDP增幅。我国2009年开始发展3G，2014年开始发展4G，根据工信部公布的历年通信业增长数据，这两次移动通信新技术的引入，并未明显改变电信业务收入的缓慢增长趋势。但是，由于网络速率不断增加，智能终端快速普及，社交软件、电子购物、视频共享等各种互联网应用层出不穷、不断繁荣，电信网络承载的业务量连年大幅增长，整个行业呈现出明显的增量不增收的特点。预计进入5G时代后，这种量收增幅不匹配的状况将进一步延续。因此，电信从业人员感叹，5G很美好，但包括电费在内的巨额投入换不来电信企业的收入增长，行业前景不容乐观。
二、通过合作模式处理耗电成本问题的思路
从上面的分析中可以看到，因为5G耗电量显著增加，电信运营商的成本压力不堪重负，需要电力企业给予一定幅度的电费优惠。但是，电力企业少收的电费也需要得到一定的补偿，一个办法就是从电信运营商那里获得收入分成。对于电信运营商而言，采取收入置换成本的方式是一种务实的选择，也符合国家的政策规定，有利于降低运营成本，还能与电力企业形成良性循环的战略合作关系。对于电力企业而言，其提供的电力服务可从两个方面取得回报，一是直接收取优惠后的电费，二是通过收入分成得到相应的收益，二者之和等于应收取的全额电费就可接受。为了实现合作共赢，可以根据可公开获得和预测的几个参数，如电信运营商目前电费与收入的比例，5G耗电增长和收入自然增长下的电费收入比例变化，推算出相关的收入分成比例与电费优惠幅度之间的关系，形成数学模型，找出双方合作中的利益平衡点。找到基准分成比例后，可以通过政策设计降低实际分成比例以扶持电信企业（当然，必要时，也可加大分成比例对电力企业进行扶持），从而使政策调控更有据可循。
三、基于合作共赢模式建立的数学模型
为探索合作模式，建立数学模型找到电费优惠幅度和收入分成比例之间的关系，需要设定几个参数。
以a代表目前运营商4G网络的电费支出（以P?表示）占其收入（以R?表示）的比例，即a= P?/R?。
以N代表5G网络总耗电较4G网络的倍数， 以r代表运营商未来业务收入的自然增长率，则5G网络的电费支出（以P表示）为P=N×P?，业务收入（以R表示）为R=（1+r）R?。因此，5G时代电费支出占收比为，P/R=（N×P?）/（1+r）R?=[N /（1+r）]×P?/ R?=[N /（1+r）]×a，由此可得：
R=P（1+r）/（N×a）
为满足5G发展需要，电信企业可以推动国家出台电费优惠政策，这也符合国家减税降费的政策导向。假设电力企业同意5G时代运营商的电费总额可享受标准为b的优惠幅度，则电信企业需要直接支付的电费变为（1-b）P。 为了补偿电力企业为5G发展做出的贡献，国家可以同时要求电信企业从其业务收入中拿出一定比例与电力企业进行分成。以s代表收入分成比例，则电力企业能够从收入分成中得到的补偿额为s×R= s× P×（1+r）/（N×a）。
当P=（1-b）P + s× P×（1+r）/（N×a）时，电力企业可取得足额回报，并与电信企业实现合作共赢。对该式进行整理，可得：
s=N×a×b/（1+r）
该式作为一种数学模型，可以为电信企业与电力企业通过电费优惠、收入分成的方式，合作解决5G电费问题提供参考依据。
四、模拟测算结果
根据建立的数学模型，我们可以进行一定的预测。不妨假设运营商5G收入的增长率与GDP增长率保持一致，即r=6%。根据上文分析，可向上取值N=2，a=4%。按照电力价格管理政策，对于用电大户，电力企业可以按照大工业用电价格给予优惠，优惠幅度约为20%。因此，我们这里暂取b=20%。将上述数据代入数学模型，可得：
s=N×a×b/（1+r）= 2×4%×20%/（1+6%）=1.5%。根据计算结果，我们可以认为，如果电力企业根据国家相关要求在电费收取方面给予电信企业20%的优惠，那么电信公司应该通过合作经营等模式，把业务收入的1.5%分成给电力公司。通过这种模式，电信企业以让渡部分业务收入为代价，降低了直接支付的电费成本，这对控制成本规模是有意义的。总之，采用这种合作模式可以使双方的利益最大化，既能减轻电信企业运营5G网络的电费负担，又有助于电力企业改善收入结构，在一定程度上妥善解决了5G用电成本的处理问题。
五、结束语
随着社会的发展进步，5G网络时代将会在不远的将来走进我们的日常生活之中。通过数学模型的定量计算分析，电力企业可对运营5G网络的电信企业给予一定比例的电费优惠，同时电信企业应根据通信业务收入来进行回报，这样才能在降低电费水平的同时平衡企业之间的利益，为我国5G网络的建设和发展奠定基础。现如今，5G网络技术已经逐渐成為了互联网通信发展的潮流和趋势，5G网络耗电问题更应该得到重视，希望5G网络运营涉及到的相关方面共同进行改革创新，携手为5G网络的建设和发展贡献力量。
参考文献
[1]2018年IMT-2020（5G）峰会中国联通运维部总经理马红兵《加速5G网络演进，构建共赢产业生态》主题演讲
[2]百度文库：必须重视5G基站耗电问题2019
[3]工业和信息化部2018年通信业统计公报
（作者单位：北京市第十三中学）