Eksperten diskuterer strømforbruget for næste generations trådløse netværk

I betragtning af de seismiske chok, som vores verden har udholdt i løbet af de sidste to år alene, virker det uklogt at gå i gang med forudsigelser om, hvordan den vil se ud om ti år eller mere.

Men hvad vi med sikkerhed kan forudsige er, at energiforbruget fortsat vil være en af ​​menneskehedens største bekymringer. Og det haster med at bekæmpe klimaforandringerne vil være endnu mere presserende, end det er nu.

I betragtning af disse to sandheder kan vi ikke længere stole på fossile brændstoffer til at drive økonomisk vækst.

Når vi taler om vækst, forudser eksperter, at it-sektoren vil fortsætte med at boome. Det er gode nyheder, da digitale teknologier bidrager til større energieffektivitet og bæredygtighed. Tag for eksempel teletilstedeværelse, som kan reducere vores behov for rejser.

Ikke desto mindre er bæredygtighedsudfordringen så massiv, at vi ikke har råd til at ignorere miljøpåvirkningen fra selve it-infrastrukturen.

Heldigvis er forbrugere og industrien i stigende grad opmærksomme på denne påvirkning. Energieffektivitet er ved at blive et gyldigt salgsargument for enheder som smartphones og bærbare computere. Og især med debatten omkring de miljømæssige omkostninger ved kryptovalutaer, kan ingen hævde uvidenhed om datacentres potentielle indvirkning på vores globale energiforbrug.

Et af de områder, hvor bevidstheden er forholdsvis mangelfuld, er energiomkostningerne ved vores trådløse netværksinfrastruktur. Leverandører af basestationer er begyndt at undersøge energieffektiviteten af ​​deres enheder. Men netværksoperatører er langsomme til at overveje de samlede energiomkostninger ved deres drift.

Fra deres synspunkt er det forståeligt. Kompleksiteten af ​​en sådan overvejelse er væsentlig. Og når vi bevæger os ud over 5G, vil den kompleksitet kun stige. Den gode nyhed? Vores modeller til at vurdere den påvirkning bliver også mere sofistikerede.

Flere basestationer eller mere strøm?

Selvom detaljerne stadig er under diskussion, er det allerede klart, at 6G vil omfatte flere hardwareinnovationer. Eksempler er deling af spektrum og infrastruktur, cellefri massiv MIMO og konvergens af kommunikation og sansning. Men vigtigst af alt vil 6G kræve et skift til højere frekvenser – over 100 GHz.

Disse faktorer vil føje til den udvikling, der allerede er startet med 5G i retning af mere komplekse netværksarkitekturer. For det første vil et skift til (meget) højere frekvenser ofte betyde, at hver basestations rækkevidde bliver (meget) kortere. Det fører generelt til et behov for flere basestationer for at sikre fuldstændig dækning med den højeste kapacitet.

Er det dårlige nyheder ud fra et energiforbrugsperspektiv?

Det korte svar er ja. Som en generel regel er det mere spild at tilføje basestationer end at øge udgangseffekten af ​​en eksisterende station. Der er en ligetil grund til dette:Tilføjelse af flere basestationer betyder afkobling af delte ressourcer såsom køling, hvilket mindsker den samlede energieffektivitet.

Det er en af ​​grundene til, at massiv MIMO allerede er en værdifuld tilføjelse til trådløse tilslutningsteknologier til 5G. Det øger ikke strømforbruget pr. basestation. I mellemtiden udvider den rækkevidden på netværksniveau og muliggør hurtigere kommunikation mod flere brugere parallelt.

Så er det en god idé at øge basestationernes effektniveauer endnu mere for at mindske behovet for yderligere basestationer? Måske ud fra et rent teoretisk perspektiv. Men i den virkelige verden dukker der ofte forhindringer op, såsom lokale og internationale EMF-regler, der begrænser eksponeringen for elektromagnetisk stråling.

En anden overvejelse i den virkelige verden ved design af trådløse netværk går ud over antallet af klienter inden for et givet område. Det tager også hensyn til deres båndbreddebehov. Vi kan ikke glemme, at bithastigheden også påvirker basestationernes strømforbrug. Selvom 6G vil være i stand til at tilbyde astronomiske gennemløb, skal de så være tilgængelige overalt hele tiden?

Modeller til at optimere energieffektiviteten af ​​6G-netværk

Hvis vi mener det seriøst med at begrænse energiforbruget af morgendagens komplekse trådløse netværksinfrastrukturer, kan vi ikke fortsætte med at være tilfredse med relativt enkle og teoretiske modeller.

Udfordringen ligger i at finde den optimale balance mellem energiomkostningerne ved at tilføje flere basestationer og øge effektniveauet for hver basestation. Det er en øvelse, der skal gentages for hver konkret implementering. Og vi er nødt til at overveje faktorer som det fysiske miljø, eksisterende infrastruktur, foruddefinerede installationskriterier, båndbreddebehov hos menneskelige og ikke-menneskelige brugere, EMF-retningslinjer og så videre.

WAVES-forskningsgruppen af ​​imec ved Gent Universitet har udviklet et teknologi- og leverandøragnostisk radioadgangsnetværk (RAN) designværktøj til netop sådanne formål. Oprettelse af en 3D-model af området og udfyldning af det med virtuelle brugere gør det muligt for netværksdesignere at beregne mængden, placeringen og effektniveauet af basestationer for at sikre optimal dækning inden for et givet område. Den understøtter allerede en række forskellige teknologier og vil løbende blive opdateret til at inkludere nye teknologier såsom mmWave.

Den bedste måde at øge 6G-energieffektiviteten

Nøglen er at bruge værktøjer, der kan håndtere både kompleksiteten af ​​vores trådløse netværk og den virkelige verdens. Det gør os i stand til maksimalt at begrænse energiforbruget uden at påvirke kvaliteten af ​​servicen.

Disse værktøjer vil hjælpe med at begrænse den del, som trådløs forbindelse tager ud af verdens energibudget. Men det vil kun tage os så langt. På netværksniveau vil ingen af ​​de teknologier, der overvejes til 6G, give os flere grader af frihed end dem, vi har nu. Disse er:basestationernes effektniveauer, deres placeringer og smarte tilpasninger til skiftende datatrafikkrav.

Hvis vi vil kontrollere energiforbruget på vores trådløse netværk, skal de tunge løft ske på enhedsniveau. Ved at udforske nye materialer og arkitekturer bør vi være i stand til at koble et spring i ydeevne fra en tilsvarende stigning i energiforbruget. For eksempel muliggør III/V-teknologier ikke kun mere effektive effektforstærkere. De driver også optimale arkitekturer hen imod et reduceret antal antenner og analoge komponenter. + Udforsk yderligere

Brug af optisk beaming til at drive en bærbar 5G-basestation