Explosieve groei van mobiel internetverkeer stimuleert het stroomverbruik van het netwerk en richt de aandacht op nieuwe technieken om de energie-efficiëntie in het hele netwerk te verbeteren, met name in de basis RF- en basisbandcircuits.

Het nadeel van explosieve groei van mobiele gegevens

De enorme populariteit van mobiele apparaten zoals smartphones en tablets, en cloud-gebaseerde services voor zakelijk en persoonlijk gebruik zorgt ervoor dat steeds meer abonnees toegang krijgen tot internet via draadloze verbindingen..

De belasting op mobiele netwerken neemt snel toe. Wereldwijd worden ongeveer 1,6 Exabytes aan mobiele gegevens per maand gegenereerd, volgens het Visual Networking Index (VNI) -rapport van Cisco, en dit heeft een dramatisch effect op het energieverbruik van mobiele netwerken.

Tegenwoordig spenderen operators jaarlijks naar schatting $ 2 miljard om hun netwerken van stroom te voorzien, en basestations verbruiken een groot deel van dat budget. Volgens cijfers van Vodafone zijn de basisstations goed voor bijna 60% van het totale energieverbruik van het mobiele netwerk, terwijl 20% wordt verbruikt door mobiele schakelapparatuur en ongeveer 15% door de kerninfrastructuur..

Een laag rendement in de RF- en baseband-verwerking is de belangrijkste reden voor het relatief hoge stroomverbruik van het basisstation. De IET heeft gerapporteerd dat een standaard 3G-basisstation ongeveer 500 W aan ingangsvermogen gebruikt om slechts ongeveer 40 W aan RF-uitgangsvermogen te produceren.

De warmte die wordt gegenereerd door inefficiënte werking moet ook worden verwijderd, meestal door airconditioning, wat het algemene stroomverbruik van het basisstation verder vergroot. Het typische gemiddelde jaarlijkse energieverbruik van een 3G-basisstation is ongeveer 4,5 MWh.

Dus voor een 3G mobiel netwerk dat een gebied bestrijkt zoals het VK, dat ongeveer 12.000 basisstations heeft, zal het totale energieverbruik meer dan 50 GWh per jaar bedragen. Dit veroorzaakt een grote hoeveelheid CO2-uitstoot en draagt ​​ook bij aan de bedrijfskosten van het netwerk.

In ontwikkelingslanden zijn directe elektriciteitsaansluitingen daarentegen niet altijd direct beschikbaar. Volgens het tijdschrift Scientific American (Tweed, 2013) zijn er wereldwijd ongeveer 5 miljoen basisstations, waarvan 640.000 niet zijn aangesloten op een elektriciteitsnet en grotendeels worden aangedreven door dieselgeneratoren.

De kosten van brandstof en transport, en de logistieke uitdagingen bij het constant houden van de basisstations, zijn hoog.

Naarmate mobiel gebruik wereldwijd toeneemt en de uitrol van 4G / LTE sneller groeit in ontwikkelde landen, zal de vraag naar draadloze gegevens een explosieve groei blijven vertonen. Vandaar dat de kosten voor het voeden en koelen van draadloze basisstations zullen blijven stijgen.

Hoewel de efficiëntie van het basisstation is verbeterd van 3% in 2003 tot 12% in 2009, zijn verdere aanzienlijke verbeteringen nodig om het totale stroomverbruik van het netwerk te beperken en aldus operatoren in staat te stellen controle uit te oefenen over hun bedrijfskosten.

Verbetering van netwerk- en basisarchitectuur

Er worden verschillende verbeteringen doorgevoerd om het stroomverbruik van mobiele basisstations te verminderen. De architectuur van het netwerk evolueert naar een heterogene architectuur (HetNet) met basisstations van verschillende groottes, zoals weergegeven in figuur 1..

In een HetNet worden kleinere cellen met micro- of picostations met een korter bereik en een lagere capaciteit en dus een lager energieverbruik gebruikt in het hele netwerk naast macrocellen.

Hierdoor kan het netwerk zich continu aanpassen aan het gebruik van de abonnee en voldoen aan de eisen van de abonnee met behulp van minder stroombronnen.

Naast het toestaan ​​van efficiëntere draadloze toegang over korte afstanden, onttrekken kleinere cellen verkeer aan macrocellen, waardoor meer gebruik van energiebeheer mogelijk wordt gemaakt om het energieverbruik van elke macrocel verder te verminderen.

Binnen het basisstation kunnen verbeteringen aan de hoofdprocessor in de basisbandeenheid de efficiëntie van de gegevensverwerking verhogen. Om de voordelen van dergelijke verbeteringen te maximaliseren, kunnen dankzij de mogelijkheid om de processorarchitectuur te schalen voor gebruik in kleinere basisstations of macrocellen, dezelfde energiebesparende technieken snel en kosteneffectief in het hele netwerk worden toegepast.

Eindversterker Efficiëntie

Het RF-gedeelte van het basisstation verbruikt meer dan de helft van het totale vermogen, voornamelijk als gevolg van inefficiëntie in de PA, aangezien de vraag naar hogere datasnelheden en een bredere bandbreedte de versterker dwingen om in zijn niet-lineaire regio te werken. De piek / gemiddelde vermogensverhouding (PAPR) kan rond de 6-10 dB liggen.