O crescimento explosivo do tráfego de Internet móvel está aumentando o consumo de energia da rede e concentrando a atenção em novas técnicas para melhorar a eficiência de energia em toda a rede - particularmente nos circuitos de RF e banda base de base.

O lado negativo do crescimento explosivo de dados móveis

A tremenda popularidade de dispositivos móveis, como smartphones e tablets, e serviços baseados na nuvem para uso pessoal e comercial, está levando cada vez mais assinantes a acessar a Internet através de conexões sem fio..

A carga nas redes móveis está aumentando rapidamente. Globalmente, cerca de 1,6 Exabytes de dados móveis estão sendo gerados por mês, de acordo com o relatório Visual Networking Index (VNI) da Cisco, e isso está tendo um efeito dramático no consumo de energia da rede móvel..

Hoje, as operadoras estão gastando cerca de US $ 2 bilhões por ano para alimentar suas redes, e as estações de base estão consumindo uma alta proporção desse orçamento. De acordo com dados da Vodafone, as estações de base representam quase 60% do consumo total de energia da rede móvel, enquanto 20% são consumidos por equipamentos de comutação móvel e cerca de 15% pela infra-estrutura básica..

A baixa eficiência nos estágios de processamento de RF e de banda base é a principal razão para o consumo relativamente alto de energia da estação base. O IET informou que uma estação de base 3G típica usa cerca de 500W de energia de entrada para produzir apenas cerca de 40W de potência de RF de saída..

O calor gerado pela operação ineficiente também deve ser removido, geralmente por ar condicionado, o que aumenta ainda mais o consumo geral de energia da estação base. O consumo de energia anual médio típico de uma estação de base 3G é de cerca de 4,5MWh.

Assim, para uma rede móvel 3G que cobre uma área como a do Reino Unido, que tem cerca de 12.000 estações terrestres, a energia total consumida será superior a 50 GWh por ano. Isso causa uma grande quantidade de emissão de CO2, além de contribuir para os custos operacionais da rede.

Nos países em desenvolvimento, por outro lado, conexões diretas de eletricidade nem sempre estão prontamente disponíveis. Segundo a revista Scientific American (Tweed, 2013), existem cerca de 5 milhões de estações de base em todo o mundo, das quais 640.000 não estão conectadas a uma rede elétrica e são em grande parte geridas por geradores movidos a diesel..

Os custos de combustível e transporte, e os desafios logísticos envolvidos em manter as estações de base operando continuamente, são altos.

À medida que o uso móvel aumenta em todo o mundo, e o lançamento de 4G / LTE reúne ritmo nos países desenvolvidos, a demanda de dados sem fio continuará a exibir um crescimento explosivo. Assim, o custo de alimentar e resfriar as estações de base sem fio está definido para continuar aumentando.

Embora se saiba que a eficiência da estação de base melhorou de 3% em 2003 para 12% em 2009, mais melhorias significativas são necessárias para limitar o consumo total de energia da rede e, portanto, permitir que as operadoras controlem seus custos operacionais.

Melhorando Arquiteturas de Rede e Basestation

Diversas melhorias estão sendo buscadas para reduzir a energia consumida pelas estações de base móveis. A arquitetura da rede está evoluindo em direção a uma arquitetura heterogênea (HetNet), que compreende áreas de base de vários tamanhos, como mostrado na figura 1..

Em um HetNet, células menores compreendendo micro ou pico de base com menor alcance e menor capacidade e, portanto, menor consumo de energia, são implantadas em toda a rede, além das macrocélulas.

Isso permite que a rede se adapte continuamente ao uso do assinante e atenda às demandas dos assinantes usando recursos de energia reduzidos.

Além de permitir acesso sem fio mais eficiente em curto alcance, células menores descarregam o tráfego de macrocélulas, permitindo maior uso do gerenciamento de energia para reduzir ainda mais o consumo de energia de cada macrocélula.

Na área de base, as melhorias no processador principal na unidade de banda base podem aumentar a eficiência no manuseio de dados. Para maximizar as vantagens de tais melhorias, a capacidade de dimensionar a arquitetura do processador para uso em estações base ou macrocélulas menores permite que as mesmas técnicas de economia de energia sejam aplicadas de maneira rápida e econômica em toda a rede..

Eficiência do amplificador de potência

A parte de RF da estação de base consome mais da metade da energia total, principalmente devido à ineficiência no PA, pois a demanda por taxas de dados crescentes e largura de banda mais ampla forçam o amplificador a operar em sua região não linear. O PAPR (Peak to Average Power Ratio) pode ser em torno de 6-10dB.