第六次科技革命的前夕: 綠通信

第六次科技革命的前夕: 綠通信

政治上的革命,通常轟轟烈烈、不乏流血、示威抗爭。好一點的結局能替一個區域的人們帶來較好的生活;差一點的結局,嗯,就只有流血而已。科技上的革命沒那麼轟轟烈烈,通常靜悄悄地在實驗室裡發生,然後,徹底改變全體人類的生活。

工業革命以來,人類社會歷經了五次劃時代的科技革命(Kondratiev waves),它們分別是:

  1. 工業革命(The Industrial Revolution—1771)
  2. 蒸氣機與鐵路(The Age of Steam and Railways—1829)
  3. 金屬與重工業(The Age of Steel and Heavy Engineering—1875)
  4. 石油、電力、與汽車量產(The Age of Oil, Electricity, the Automobile and Mass Production—1908)
  5. 資訊通信科技(The Age of Information and Telecommunications—1971)

二十一世紀初期,資訊通信科技已經充分發揮,連電冰箱跟電視都即將上網(M2M 連網)。充分發揮的另一個角度就是,差不多該結束了。事實上,專家們也認為現在是第五次革命的尾端,下一場科技革新即將展開。

但對於下一次引領時代進步的科技,眾說紛紜。

奈米技術、生物科技,或圍繞著能源的全新技術革新

比起其他候選者,能源科技最受注目。因為它不僅是個科技問題,還牽扯到環保、永續生存。從前,人類很渺小,認為許多資源都是無限的,但一次次革命將人類變得越來越巨大,我們才意識到腳底下的地球其實就這麼大一顆。不管是地底還是海裡的東西,都有挖光的一天。該如何充分利用有限的自然資源,從掠奪環境變成與環境共生的,這是人們預期,或說是期待可能更為恰當的下一輪科技革命。

綠通信(Green Communication)

身為前一次革命的關鍵角色,資訊通信科技是降低能源消耗、實踐環保世界的關鍵。最簡單的例子就是平板電腦取代紙張,減少木材砍伐;視訊會議取代面對面的開會,減少交通的成本。

不過,工程師開發時最害怕的事就是:發明了一項可以降低成本A元的技術,但實現這項技術的成本比A元還多。人手一支的手機,遍布四處的無線上網,是否反而會成為浪費能源的罪魁禍首呢?

根據報告,未來幾年內,無線通信的年碳排放量將以三倍的速度成長,預計於 2020 年時,將會造成 2億3千5百萬噸的年碳排放量,相當於英國一整年,包括各種重工業的總和全國碳排放的三分之一。[1]

對系統營運商來說這個消息更糟糕。假設台灣有兩千萬支手機,消耗能量僅等於四百座基地台。無線通信的能源消耗,有高達百分之八十來自基地台。早在 2006 年時,能源成本就已經吃掉了電信商高達 1%的息稅前利潤。[2,3]

各國網路設施佔總能量的比率。圖片來源:[2,3]

就算不在意全球暖化(事實上基地台有16~25%的能源消耗來自冷卻系統,光這點就足以讓營運商跟北極熊站在同一陣線),沒有商人會跟自己的荷包過不去。於是,過去幾年來,不管是學術界還是產業界,資訊通訊領域內都掀起了一陣「綠通訊」的風潮。

綠通信陣線

歐盟在 2010年提出了為期三年的「地球計畫」(EARTH,energy aware radio and network technology),目標是將無線通信技術的能量消耗降低一倍。換言之,提升一倍的能量使用效率。同樣在2010年,國際間組成了另一個聯盟 Green touch,他們的目標更遠大,宣稱將在五年内將能量效率提升一千倍。目前成果不錯,執行效果比 EARTH 計畫優良許多。

值得讓人注意的是,這個強大的 Green touch 聯盟裡面可以看見許多中國的影子,核心成員包括中國移動(China mobile),以及華為技術(Huawei)。Green touch 的優異表現,隱喻著中國通信技術的進步,可能比我們預計的還要再快上許多。

One size does not fit all

環繞著綠通信,有許多新技術正在發展。我挑出幾個比較有趣的跟大家介紹。這些技術的核心可以用一句英文諺語解釋:One size does not fit all。

異質網路(heterogeneous network:HetNet)

異質網路是 LTE 下一代 LTE-Advanced(LTE-A)的關鍵技術。傳統基地台為單一規格,為了服務較遠的區域,或是使用密度高的市區,常常得提升系統功率。異質網路針對這些特殊狀況,設計了較小的微基地台(micro base station),甚至是更小的超微基地台(pico base station)。

當使用了異質網路,在使用者密度高的地方,能量使用效率將從一焦耳傳輸 141 位元,提升到每焦耳可以傳輸 566 位元,高達四倍的效率提升。

圖片說明:紫色的線為異質網路,藍色為傳統同質網路。斜率表示傳輸同樣資料量時的能量消耗。低斜率的紫色線證明了異質網路的效益。[4]

微基地台並不是新的概念。跨年時開到信義區的行動基地台,就是微基地台。只是那時主要是用作提供高傳輸量,並非降低能源消耗。

多標準能量管理

另一個技術是多標準能量管理(Multiradio power management)。

同樣地,不只基地台該有大小之分,無線通信也有範圍大小之分。事實上這本來也就有,好比藍芽、無線區域網路、3G,就是不同範圍的通信。多標準能量管理提出的概念有點類似智慧型手機的 WiFi offload 功能,也就是視需求自動切換到不同標準。

技術相同,目的不同。傳統的 WiFi offload 是為了降低 3G 的負荷量。而多標準能量管理是為了降低能源消耗。這項技術某種程度上,替已經失業的老技術們找回了生路,相關文件上有一句話是這樣寫的:

「我們常常會碰到建議使用者「關掉藍芽與 WiFi」甚至「盡量用 GSM 而不要用 3G」來提高電池壽命。當然,這樣做會讓多功能的智慧型手機變成一個老式的 2G 手機終端。」

"It is not uncommon to come across recommendation advising user to “turn off Bluetooth and WiFi” and even “perfer GSM and not to connect via 3G” in order to increase battery life. Of course, doing so renders a slick multi-access smartphone into an old-fashioned 2G cellular mobile terminal ."

所以說,科技也不是永遠往前走。偶爾偶爾,工程師們也會再過了好一陣子後,回過頭來才發現一度被淘汰的技術,其實還有無法取代的優點。

一直以來被詬病通信基礎建設進步緩慢,有將近 20% 用戶還在用 2G 通信的台灣,如今意外地發現走在前頭的人回頭看了,更該抓住機會,將現有的舊型基礎建設與最新的綠通信技術整合,或許在綠通信領域中反而可以後來居上。

[1] Fehske et. al, “The Global Footprint of Mobile Communications: The Ecological and Economic Perspective,” IEEE Commun. Mag. 2011, Aug.

[2] “Road map to reduce energy consumption”, Green Telco World Congress 2009,

[3] Correia et al., “Challenges and enabling technologies for energy aware mobile radio networks,” IEEE Comm. Magazine, Nov. 2010.

[4] F. Richter et al, “Traffic demand and energy efficiency in heterogeneous cellular mobile radio networks ” IEEE VTC09, 2009.

封面來源:visualpanic

→現在就加入有物報告,獲得更多前瞻的技術趨勢。

«

»

收到有物報告最新消息

還想看更多言之有物的內容?現在加入有物報告新產品最新通知