Gezien de seismische schokken die onze wereld alleen al de afgelopen twee jaar heeft doorstaan, lijkt het onverstandig om voorspellingen te doen over hoe het er over tien jaar of meer uit zal zien.

Maar wat we met zekerheid kunnen voorspellen, is dat energieverbruik een van de grootste zorgen van de mensheid zal blijven. En de urgentie van de strijd tegen klimaatverandering zal nog dringender zijn dan nu het geval is.

Gezien deze twee waarheden, kunnen we niet langer vertrouwen op fossiele brandstoffen om economische groei te stimuleren.

Over groei gesproken, experts voorspellen dat de IT-sector zal blijven bloeien. Dat is goed nieuws, want digitale technologieën dragen bij aan meer energie-efficiëntie en duurzaamheid. Neem bijvoorbeeld telepresence, dat onze behoefte aan reizen kan verminderen.

Desalniettemin is de duurzaamheidsuitdaging zo groot dat we het ons niet kunnen veroorloven om de milieu-impact van de IT-infrastructuur zelf te negeren.

Gelukkig zijn consumenten en de industrie zich steeds meer bewust van deze impact. Energie-efficiëntie wordt een geldig verkoopargument voor apparaten zoals smartphones en laptops. En vooral met het debat over de milieukosten van cryptocurrencies, kan niemand beweren onwetendheid te hebben over de mogelijke impact van datacenters op ons wereldwijde energieverbruik.

Een van de gebieden waar het bewustzijn relatief ontbreekt, zijn de energiekosten van onze draadloze netwerkinfrastructuur. Verkopers van basisstations beginnen te kijken naar de energie-efficiëntie van hun apparaten. Maar netbeheerders zijn traag om de totale energiekosten van hun activiteiten in overweging te nemen.

Vanuit hun oogpunt is dat begrijpelijk. De complexiteit van een dergelijke overweging is aanzienlijk. En als we verder gaan dan 5G, zal die complexiteit alleen maar toenemen. Het goede nieuws? Onze modellen voor het beoordelen van die impact worden ook steeds geavanceerder.

Meer basisstations of meer stroom?

Hoewel de details nog ter discussie staan, is het nu al duidelijk dat 6G verschillende hardware-innovaties zal omvatten. Voorbeelden zijn het delen van spectrum en infrastructuur, celvrije massale MIMO en de convergentie van communicatie en detectie. Maar het belangrijkste is dat voor 6G een verschuiving naar hogere frequenties nodig is, boven de 100 GHz.

Deze factoren zullen bijdragen aan de evolutie die al is begonnen met 5G naar complexere netwerkarchitecturen. Om te beginnen betekent een overstap naar (veel) hogere frequenties vaak dat het bereik van elk basisstation (veel) korter wordt. Dat leidt over het algemeen tot een behoefte aan meer basisstations om volledige dekking met de hoogste capaciteit te garanderen.

Is dat slecht nieuws vanuit het oogpunt van energieverbruik?

Het korte antwoord is ja. Als algemene regel geldt dat het meer verspillend is om basisstations toe te voegen dan om het uitgangsvermogen van een bestaand station te vergroten. Daar is een duidelijke reden voor:het toevoegen van meer basisstations betekent het ontkoppelen van gedeelde bronnen zoals koeling, wat de algehele energie-efficiëntie vermindert.

Dat is een van de redenen waarom massieve MIMO nu al een waardevolle aanvulling is op draadloze connectiviteitstechnologieën voor 5G. Het verhoogt het stroomverbruik per basisstation niet. Ondertussen breidt het het bereik op netwerkniveau uit en maakt het snellere communicatie naar meerdere gebruikers tegelijk mogelijk.

Dus is het een goed idee om het vermogen van de basisstations nog verder te verhogen om de behoefte aan extra basisstations te verminderen? Misschien vanuit een puur theoretisch perspectief. Maar in de echte wereld duiken er vaak obstakels op, zoals lokale en internationale EMV-regelgeving die de blootstelling aan elektromagnetische straling beperken.

Een andere praktische overweging bij het ontwerpen van draadloze netwerken gaat verder dan het aantal clients binnen een bepaald gebied. Het houdt ook rekening met hun bandbreedtebehoeften. We mogen niet vergeten dat de bitrate ook invloed heeft op het stroomverbruik van de basisstations. Hoewel 6G astronomische doorvoersnelheden zal kunnen bieden, moeten ze dan altijd overal beschikbaar zijn?

Modellen om de energie-efficiëntie van 6G-netwerken te optimaliseren

Als we het energieverbruik van de complexe draadloze netwerkinfrastructuren van morgen serieus willen beperken, kunnen we niet tevreden blijven met relatief eenvoudige en theoretische modellen.

De uitdaging ligt in het vinden van de optimale balans tussen de energiekosten van het toevoegen van meer basisstations en het verhogen van het uitgangsvermogen van elk basisstation. Dat is een oefening die bij elke concrete implementatie herhaald moet worden. En we moeten rekening houden met factoren als de fysieke omgeving, bestaande infrastructuur, vooraf gedefinieerde installatiecriteria, bandbreedtebehoeften van menselijke en niet-menselijke gebruikers, EMV-richtlijnen, enzovoort.

De WAVES-onderzoeksgroep van imec aan de Universiteit Gent heeft een technologie- en vendor-agnostic radio access network (RAN) ontwerptool ontwikkeld voor precies dergelijke doeleinden. Door een 3D-model van het gebied te maken en dit te vullen met virtuele gebruikers, kunnen netwerkontwerpers het aantal, de locaties en het vermogensniveau van basisstations berekenen om een ​​optimale dekking binnen een bepaald gebied te garanderen. Het ondersteunt al een verscheidenheid aan technologieën en zal continu worden bijgewerkt om nieuwe technologieën zoals mmWave op te nemen.

De beste manier om de energie-efficiëntie van 6G te verbeteren

De sleutel is om tools te gebruiken die zowel de complexiteit van onze draadloze netwerken als die van de echte wereld kunnen beheren. Dat stelt ons in staat om het energieverbruik maximaal te beperken zonder de kwaliteit van de dienstverlening aan te tasten.

Deze tools helpen het deel dat draadloze connectiviteit uit het energiebudget van de wereld haalt, te beperken. Maar het zal ons alleen zo ver brengen. Op netwerkniveau zal geen van de technologieën die worden overwogen voor 6G ons meer vrijheidsgraden bieden dan de technologieën die we nu hebben. Dat zijn:het vermogen van de basisstations, hun locaties en slimme aanpassingen aan de veranderende vraag naar dataverkeer.

Als we het energieverbruik van onze draadloze netwerken willen beheersen, zal het zware werk op apparaatniveau moeten gebeuren. Door nieuwe materialen en architecturen te onderzoeken, zouden we een sprong in prestaties moeten kunnen loskoppelen van een evenredige stijging van het energieverbruik. Zo maken III/V-technologieën niet alleen efficiëntere eindversterkers mogelijk. Ze sturen ook optimale architecturen naar een verminderd aantal antennes en analoge componenten. + Verder verkennen

Optische stralen gebruiken om een ​​draagbaar 5G-basisstation van stroom te voorzien