EN
Razumijevanje zahtjeva za BTS napajanje u 5G mrežama
Zašto radna opterećenja baznih prijemnih stanica zahtijevaju dinamičku energetsku efikasnost
Radno opterećenje na 5G baznim stanicama varira prilično, u rasponu od oko 300 W kada samo sjede i ne rade ništa, do ponekad preko 1500 W u vrijeme gužve. To ima direktan uticaj na to koliko košta upravljanje ovim stanicama i kakav utjecaj imaju na životnu sredinu. Starije mreže raspoređuju svoje potrebe za energijom drugačije u poređenju sa 5G tehnologijom koja se u velikoj meri oslanja na milimetarne valove i velike antene zvane Massive MIMO. Ove nove tehnologije pakiraju većinu potrošnje energije u specifične dijelove poznate kao jedinice radio frekvencije ili AAU, a te komponente troše više od polovine električne energije koja se koristi na svakoj lokaciji. Kada ova napajanja ne rade na punom kapacitetu, oni imaju tendenciju da troše mnogo energije previše možda čak 40% se gubi kada stvari ne rade optimalno. Zato današnji energetski moduli moraju da prilagode svoje nivoe efikasnosti na osnovu trenutnih uslova kroz neku vrstu sistema za praćenje. Treba da smanje potrošnju energije tokom tih mirnih perioda, ali da budu spremni da se ubrzaju kada god dođe do neočekivanog porasta potražnje za kapacitetom mreže.
Termička ograničenja i pouzdanost: Kako temperatura spoja utiče na životni vek modula
Temperatura spoja igra veliku ulogu u određivanju trajanja modula. Za poluprovodnike, svako povećanje od 10 stepeni Celzijusa preko 100 stepeni smanjuje njihov životni vijek na polovinu. Kompaktne 5G bazne stanice predstavljaju posebne izazove za GaN i SiC komponente jer stvaraju značajan toplotni stres. Obrada signala visokog frekvencije u kombinaciji sa neefikasnim pretvaranjem napona stvara probleme, posebno kada pasivne metode hlađenja dostignu svoje granice. Ova situacija ubrzava probleme sa elektromigracijom i uzrokuje brže iscrpljivanje materijala. Prema podacima sa terena, moduli koji rade na temperaturi iznad 125 stepeni Celzijusa imaju oko 35 posto više neuspeha godišnje u poređenju sa onima koji se drže u sigurnim temperaturnim rasponima. Kada kompanije primenjuju pametne strategije upravljanja toplotom kao što su bolji dizajn toplotnih raspoloživača i prisilni sistemi hlađenja vazduhom, obično smanjuju temperature vrućih tačaka u prosjeku oko 22 stepena. Ova poboljšanja ne samo da štite komponente već i smanjuju potrebe za rashladnom energijom za oko 18% godišnje. Pronalaženje prave ravnoteže između performansi i kontrole temperature ostaje ključno ako želimo da ovi sistemi pouzdano rade duže vreme bez pretjeranih troškova održavanja.
Procjena efikasnosti modula za napajanje u realnim BTS-ovim državama rada
Merenje dinamičkih profila snage: prazno, delimično opterećenje i vrhunsko opterećenje pomoću 3GPP TR 36.814 referentnih vrijednosti
Da bi zaista znali da li jedan napajni modul dobro radi, moramo ga testirati kroz tri glavna stanja rada BTS-a koja su priznata od strane industrije: kada samo sedi i ne radi ništa (neaktivno), radi na srednjim nivoima između 40 i 70% kapaciteta (delimično opterećenje) i maksimalno na punom 100% korisničkog Postoji nešto što se zove 3GPP TR 36.814 standard koji nam daje dobre kriterijume za stvaranje realnih 5G scenara za promet. I pogodi šta? Razlike u potrošnji energije između ovih modova mogu skočiti preko 60%, što je prilično značajno. Kada je sistem u mirovanju, efikasni moduli održavaju te osnovne funkcije kontrole, ali ne koriste previše struje, tako da smanjuju potrošnju energije u mirovanju. Testiranje pod parcijalnim opterećenjima pokazuje nam koliko dobro regulacija napona rešava te male skokove snage bez uzrokujući previše gubitaka prekidača. U vrhunskim opterećenjima, tražimo probleme kao što su toplotne udaranja i probleme konverzije jer loši dizajn može završiti gubljenje preko 300 vata svaki sat samo sjedeći tamo. Specijalne simulacije pomoću hardvera u petlji pomažu u provjeri stabilnosti kada se stvari naglo promene, zaustavljajući prelaz napona koji narušava radio performanse. Prolaz kroz sva ova različita stanja osigurava da moduli rade efikasno u mrežama stvarnog svijeta, nešto što direktno utiče na operativne troškove i sprečava opremu da se pregreje.
Ocenjivanje karakteristika upravljanja energijom na nivou hardvera u BTS modulima za napajanje
Moderni moduli za napajanje baznih prijemnih stanica integrisani su u specijalno izgrađene hardverske funkcije kako bi zadovoljili dinamičke zahteve za 5G-om, uravnotežujući odzivnost, efikasnost i toplotnu otpornost.
Rad u stanju mirovanja: Latentnost u odnosu na uštedu energije u GaN-basiranim modulima snage
Gallijum nitrid tehnologija omogućava brzo prebacivanje između aktivnog i nisko napajanja stanja spavanja, što pomaže da se smanji trošenje energije kada bazne transceiver stanice nisu aktivno prenosi signale. Ima i zamka. Kada sistemi pređu u režim dubokog sna, mogu uštedjeti oko 70% energije, ali onda im treba oko 5 do 8 milisekundi da se ponovo probude. S druge strane, držanje stvari u laganom snu održava vreme odziva ispod jedne milisekunde, ali ne štedi toliko energije. Sve ove konstante prekidače između stanja zapravo podižu temperature komponenti zbog svih ciklusa grijanja i hlađenja, što nije dobro ni za dugoročnu pouzdanost. Operatori mreže moraju odlučiti kako postaviti ove parametre spavanja na osnovu onoga što je najvažnije za njihovu konkretnu situaciju. Neki bi mogli želeti super brze odgovore za one usluge komunikacije sa kritičnim zadatkom, ultra pouzdane, sa niskom kašnjenjem, dok drugi koji koriste velike kule za pokrivanje verovatno brinu više o maksimalnoj mogućoj uštedi energije čak i ako to znači malo sporije vreme pokretanja.
Adaptivno skalanje napona i tehnike smanjenja snage za smanjenje vrhunaca do 22%
Dinamičko skalanje napona i frekvencije, ili DVFS, radi konstantnim prilagođavanjem količine energije koja se šalje procesorima na osnovu onoga što oni zapravo rade u danom trenutku. Ovaj sistem gleda unaprijed i na radna opterećenja, tako da zna kada će biti mirnih perioda u prometu podataka i može sigurno smanjiti nivo napona, štedeći oko 12 do 18 posto ukupne energije. Povezivanje sa nečim što se zove "discounting" čini stvari još boljim. Diskontiranje energije uključuje stvaranje sitnih padova napona koji traju samo mikrosekunde u onim kratkim trenucima kada procesor nije zauzet. Ova kombinacija smanjuje potrošnju energije u vrhuncu do 22 posto u nekim slučajevima. Za gradove pune servera i opreme, ovakve vrste ugrađenih mjera efikasnosti su veoma važne. Tradicionalna rashladna rješenja više ne mogu u mnogim situacijama jer ili zauzimaju previše prostora ili jednostavno koštaju previše novca za pravilno ugradnju.
U skladu sa člankom 6. stavkom 1.
Razgradnja pristupa uštede energije na modularne komponente čini bazne prijemne stanice mnogo zelenijim. Kada inženjeri odvoje stvari kao što su konverteri DC-DC, digitalni kontroleri i jedinice za upravljanje toplotom, dobiju priliku da pojedinačno precizno podešavaju svaki dio, nešto što nije moguće sa tradicionalnim sistemima sve u jednom. Uzmimo na primjer nivoa upravljanja energijom. Lokalni podkontroleri upravljaju efikasnošću na nivou modula kroz tehnike kao što je podešavanje kada moduli automatski idu u stan. U isto vreme, postoji glavni kontroler koji se brine kako se snaga balansira kroz cijeli sistem. Prema nekim terenskim testovima GSMA-e 2023. godine, ova postavka smanjuje potrošnju energije tokom perioda neaktivnosti za oko 19%. Držeći svaki modul energije toplotno izoliran sprečava da se toplota širi i kroz opremu. To znači da nam treba manje agresivna rashladna rješenja, što smanjuje troškove hlađenja za oko 30%. Mogućnost da se komponente skaliraju odvojeno je još jedan veliki plus za dugoročno planiranje. Operatori mreže ne moraju da zamene čitave sisteme kada neki delovi počnu da se bore pod velikim opterećenjima. Mogu zamijeniti problematična područja kao što su konverteri za vrhunski opterećenje. Za deset godina, to štedi između 8 i 12 tona elektronskog otpada po lokaciji. Sve ove poboljšanja znače duže trajanje hardvera, manji ugljenični otisak i bolju spremnost na sve nove zahteve za energijom koje dolaze zajedno sa napredovanjem 5G tehnologije.
