El crecimiento explosivo en el tráfico de Internet móvil está incrementando el consumo de energía de la red, y está enfocando la atención en nuevas técnicas para mejorar la eficiencia energética en toda la red, especialmente en los circuitos de estación base RF y de banda base.

La desventaja del crecimiento explosivo de datos móviles

La enorme popularidad de los dispositivos móviles, como los teléfonos inteligentes y las tabletas, y los servicios basados ​​en la nube para uso empresarial y personal, está llevando a cada vez más suscriptores a acceder a Internet a través de conexiones inalámbricas..

La carga en las redes móviles está aumentando rápidamente. A nivel mundial, según el informe del Índice de redes visuales (VNI) de Cisco, se generan alrededor de 1,6 Exabytes de datos móviles por mes, lo que está teniendo un efecto dramático en el consumo de energía de la red móvil..

Hoy en día, los operadores gastan aproximadamente $ 2 mil millones al año para alimentar sus redes, y las estaciones base consumen una gran proporción de ese presupuesto. Según las cifras de Vodafone, las estaciones base representan casi el 60% del consumo total de energía de la red móvil, mientras que el 20% es consumido por equipos de conmutación móvil y alrededor del 15% por la infraestructura central..

La baja eficiencia en las etapas de procesamiento de RF y de banda base es la razón principal del consumo de energía relativamente alto de la estación base. El IET ha informado que una estación base 3G típica usa aproximadamente 500W de potencia de entrada para producir solo 40W de potencia de RF de salida.

El calor generado por una operación ineficiente también debe eliminarse, generalmente por el aire acondicionado, lo que se suma al consumo de energía general de la estación base. El consumo promedio anual promedio de energía de una estación base 3G es de alrededor de 4.5MWh.

Por lo tanto, para una red móvil 3G que cubra un área como el Reino Unido, que tiene alrededor de 12,000 estaciones base, la energía total consumida será de más de 50 GWh por año. Esto provoca una gran cantidad de emisiones de CO2 y contribuye a los costos operativos de la red..

En los países en desarrollo, por otro lado, las conexiones directas de electricidad no siempre están disponibles. Según la revista Scientific American (Tweed, 2013), hay alrededor de 5 millones de estaciones base en todo el mundo, de las cuales 640,000 no están conectadas a una red eléctrica y en su mayoría son operadas por generadores diesel..

Los costos de combustible y transporte, y los desafíos logísticos involucrados en mantener las estaciones base operando continuamente, son altos.

A medida que aumenta el uso de dispositivos móviles en todo el mundo y el despliegue de 4G / LTE se acelera en los países desarrollados, la demanda de datos inalámbricos continuará mostrando un crecimiento explosivo. Por lo tanto, el costo de alimentar y enfriar las estaciones base inalámbricas está programado para seguir aumentando.

Si bien se sabe que la eficiencia de la estación base mejoró de 3% en 2003 a 12% en 2009, se necesitan mejoras adicionales para limitar el consumo de energía de la red en general y, por lo tanto, permitir a los operadores ejercer el control sobre sus costos operativos..

Mejora de las arquitecturas de redes y estaciones base

Se están realizando varias mejoras para reducir la energía consumida por las estaciones base móviles. La arquitectura de la red está evolucionando hacia una arquitectura heterogénea (HetNet) que comprende estaciones de base de varios tamaños, como se muestra en la figura 1.

En una red HetNet, las células más pequeñas que comprenden estaciones base micro o pico que tienen un rango más corto y una capacidad más baja, y por lo tanto un menor consumo de energía, se implementan en toda la red además de las macrocélulas..

Esto permite que la red se adapte continuamente al uso del suscriptor y satisfaga las demandas de los suscriptores utilizando recursos de energía reducidos.

Además de permitir un acceso inalámbrico más eficiente en distancias cortas, las células más pequeñas descargan el tráfico de las macrocélulas, lo que permite un mayor uso de la administración de energía para reducir aún más el consumo de energía de cada macrocélula.

Dentro de la estación base, las mejoras al procesador principal en la unidad de banda base pueden aumentar la eficiencia del manejo de datos. Para maximizar las ventajas de dichas mejoras, la capacidad de escalar la arquitectura del procesador para su uso en estaciones base o macrocélulas más pequeñas permite que se apliquen las mismas técnicas de ahorro de energía de forma rápida y rentable en toda la red..

Eficiencia del amplificador de potencia

La parte de RF de la estación base consume más de la mitad de la potencia total, principalmente debido a la ineficiencia en el PA debido a que la demanda de velocidades de datos crecientes y un ancho de banda más amplio obligan al amplificador a operar en su región no lineal. La relación de potencia pico a promedio (PAPR) puede ser de alrededor de 6-10dB.