EN
Ymmärrä BTS:n tehomoduulien vaatimukset 5G-verkoissa
Miksi tukiaseman lähettimen-vastaajan työmäärät edellyttävät dynaamista tehotehokkuutta
5G-tukiasemien kuorma vaihtelee melko paljon: se on noin 300 wattiä, kun asemat ovat tyhjäkäynnissä, mutta voi nousta yli 1500 wattiin kovien kuormitusaikojen aikana. Tällä on suora vaikutus siihen, kuinka paljon näiden asemien käyttö maksaa ja mikä niiden ympäristövaikutus on. Vanhemmat verkkorakenteet jakavat tehonkulutuksensa eri tavoin kuin 5G-teknologia, joka perustuu voimakkaasti millimetriaaltoihin ja suuriin antenniryhmiin, joita kutsutaan Massive MIMO -antenniryhmiksi. Nämä uudet teknologiat keskittävät suurimman osan tehonkulutuksesta tiettyihin osiin, joita kutsutaan radioaaltoyksiköiksi (RF-yksiköiksi) tai lyhyesti AAU:iksi (Active Antenna Units), ja nämä komponentit kuluttavat yli puolet kunkin sivupaikan kokonaistehosta. Kun nämä virransyöttölaitteet eivät toimi täydellä teholla, ne myös hukkaavat paljon energiaa – jopa 40 % energiaa voi menetä, jos laitteet eivät toimi optimaalisesti. Siksi nykyaikaiset tehomodulit tarvitsevat kykyä säätää tehokkuuttaan nykyisten olosuhteiden mukaan jollakin reaaliaikaisella valvontajärjestelmällä. Niiden tulisi vähentää energiankulutusta hiljaisina aikoina, mutta olla silti valmiita kiihdyttämään suorituskykyään heti, kun verkkokapasiteetin kysyntä nousee yllättäen.
Lämpörajoitukset ja luotettavuus: Kuinka liitoslämpötila vaikuttaa tehomoduulin käyttöiän
Liitoslämpötila vaikuttaa merkittävästi tehomoduulien käyttöiän määrittämiseen. Puolijohdemateriaaleille jokainen lämpötilan nousu 10 astetta yli 100 asteen puolittaa niiden odotettavan käyttöiän. Tiukat 5G-tukiasemat aiheuttavat erityisiä haasteita GaN- ja SiC-komponenteille, koska ne aiheuttavat merkittävää lämpöstressiä. Korkeataajuinen signaalinkäsittely yhdistettynä tehottomaan jännitteenmuunnokseen aiheuttaa ongelmia, erityisesti silloin kun passiiviset jäähdytysmenetelmät saavuttavat rajansa. Tämä tilanne kiihdyttää elektromigraatioongelmia ja aiheuttaa materiaalien nopeampaa kulumista. Kenttätietojen mukaan tehomoduulit, jotka toimivat yli 125 asteen lämpötilassa, kokevat noin 35 prosenttia enemmän vikoja vuodessa verrattuna niihin, jotka pidetään turvallisella lämpötila-alueella. Kun yritykset toteuttavat älykkäitä lämpöhallintastrategioita, kuten parempia lämmönjakajasuunnitteluita ja pakotettua ilmajäähdytystä, ne saavuttavat keskimäärin noin 22 asteen alentuman kuumimmassa kohdassa. Nämä parannukset suojaavat ei ainoastaan komponentteja, vaan vähentävät myös jäähdytyksen energiantarvetta noin 18 prosenttia vuodessa. Oikean tasapainon löytäminen suorituskyvyn ja lämpötilanhallinnan välillä pysyy ratkaisevan tärkeänä, jos haluamme, että nämä järjestelmät toimivat luotettavasti pitkän ajan ajan, ilman liiallisia huoltokustannuksia.
Arvioi tehomoduulin tehokkuutta eri todellisissa BTS-toimintatiloissa
Dynaamisten tehoprofiilien mittaaminen: lepotila, osittainen kuorma ja huippukuorma käyttäen 3GPP TR 36.814 -viitearvoja
Jotta voimamoduulin toimintaa voidaan todella arvioida, sen on kuljettava kolmen teollisuuden tunnustaman BTS-toimintatilan läpi: kun se vain seisoo paikallaan tekemättä mitään (tyhjäkäyntitila), kun se toimii keskitasoisella teholla 40–70 % kapasiteetista (osittainen kuorma) ja kun se on käytössä täydellä 100 % käyttäjäkapasiteetilla (huippukuorma). On olemassa 3GPP TR 36.814 -standardi, joka tarjoaa hyviä vertailukohtia realististen 5G-liikennetilanteiden luomiseen. Ja mitä uskomattavampaa, energiankulutuksen erot näiden tilojen välillä voivat ylittää 60 %, mikä on melko merkittävää. Tyhjäkäyntitilassa tehokkaat moduulit pitävät käynnissä ne olennaiset ohjaustoiminnot, mutta eivät vedä liikaa virtaa, jolloin hukkaan menevä energia lepotilassa vähenee. Osittaiskuorman testaus kertoo, kuinka hyvin jännitteen säätö selviää pienistä tehonpikkuista ilman liiallisia kytkentähäviöitä. Huippukuormassa tarkastellaan ongelmia, kuten lämpötilan rajoittumia ja muuntamisongelmia, sillä huonosti suunnitellut ratkaisut voivat tuhlata yli 300 wattiä joka tunti pelkästään seisomalla paikallaan. Erityiset Hardware-in-the-Loop -simulaatiot auttavat tarkistamaan vakautta äkillisten muutosten aikana ja estävät jännitteen ylityksiä, jotka heikentävät radio-ohjelman suorituskykyä. Kaikkien näiden eri tilojen läpikäyminen varmistaa, että moduulit toimivat tehokkaasti todellisissa verkkojen olosuhteissa – tämä vaikuttaa suoraan käyttökustannuksiin ja estää laitteiston ylikuumenemisen.
Arvioi BTS:n tehomoduulien laitteistotasoisia virranhallintatoimintoja
Nykyiset kantaverkkolaitteiden (BTS) tehomoduulit sisältävät tarkoitukseen suunniteltuja laitteistotoimintoja, jotka täyttävät 5G-verkkojen dynaamiset tehovalinnat – tasapainottaen reagointikykyä, tehokkuutta ja lämmönkestävyyttä.
Levottomuustilaan siirtymisen suorituskyky: viivettä vastaan energiansäästöä GaN-pohjaisissa tehomoduuleissa
Galliumnitridi-teknologia mahdollistaa nopean vaihtamisen aktiivisen ja matalan tehon lepotilojen välillä, mikä auttaa vähentämään hukkaan menevää energiaa silloin, kun kantaverkkovakioita ei käytetä aktiivisesti signaalien lähettämiseen. On kuitenkin yksi ongelma: kun järjestelmät siirtyvät syvälepotilaan, ne voivat säästää noin 70 % energiaa, mutta herääminen takaisin kestää noin 5–8 millisekuntia. Toisaalta kevyt lepotila säilyttää lähes välittömän vastausajan alle yhden millisekunnin, mutta energiansäästö ei ole yhtä suuri. Nämä jatkuvat tilojen väliset vaihdokset nostavat komponenttien lämpötilaa lämmön- ja jäähdytysjaksojen vuoksi, mikä ei myöskään edistä pitkän aikavälin luotettavuutta. Verkkotoimijoiden on päätettävä, miten nämä lepotilaparametrit asetetaan sen perusteella, mikä on tärkeintä heidän erityisessä tilanteessaan. Jotkut saattavat haluta erinomaisen nopeat vastaukset tehtävänkriittisiin, erinomaisen luotettaviin ja pienen viiveen vaativiin tiedonsiirtopalveluihin, kun taas toiset, jotka käyttävät laajaa kattavuusaluetta kattavia tukiasemia, saattavat pitää tärkeimpänä mahdollisimman suurta energiansäästöä, vaikka se tarkoittaisikin hieman hitaampaa käynnistystä.
Adaptiiviset jännitteen säätö- ja tehon alennustekniikat jopa 22 %:n huipputehon vähentämiseksi
Dynaaminen jännite-taajuus säätö, lyhennettynä DVFS, toimii jatkuvasti säätämällä prosessoreihin syötettävän tehon määrää sen mukaan, mitä prosessorit juuri sillä hetkellä tekevät. Tämä järjestelmä ennustaa myös työkuormia eteenpäin, joten se tunnistaa aikajaksoja, jolloin tietoliikenteessä on hiljaisia hetkiä, ja voi turvallisesti alentaa jännitetasoja näillä aikakausilla, mikä säästää yhteensä noin 12–18 prosenttia energiasta. Kun tämä yhdistetään niin sanottuun tehon alennukseen (power discounting), tulokset paranevat entisestään. Tehon alennus tarkoittaa hyvin pieniä, vain mikrosekuntien kestäviä jännitteen alentamisia niinä lyhyinä hetkinä, jolloin prosessori ei ole kuormitettu. Tämä yhdistelmä voi vähentää huipputehon käyttöä jopa 22 prosenttia joissakin tapauksissa. Kaupungeissa, joissa on tiukkaan pakattu paljon palvelimia ja laitteita, tällaiset sisäänrakennetut tehostustoimet ovat erityisen tärkeitä. Perinteiset jäähdytysratkaisut eivät enää riitä monissa tilanteissa, koska ne joko vievät liikaa tilaa tai niiden asennuksesta aiheutuu liian suuria kustannuksia.
Vertaa energiansäästöstrategioita moduulitasolla kestävän BTS:n käyttöönoton tukemiseksi
Energiansäästöä koskevien lähestymistapojen jakaminen modulaarisiksi komponenteiksi tekee perusaseman (BTS) kokonaisuudessaan paljon ympäristöystävällisemmäksi. Kun insinöörit erottavat toisistaan esimerkiksi DC-DC-muuntajat, digitaaliset ohjaimet ja lämmönhallintayksiköt, he voivat säätää jokaista osaa erikseen – mikä ei ole mahdollista perinteisissä yhdistetyissä järjestelmissä. Otetaan esimerkiksi portaatun tehonhallinnan käyttö. Paikallisesti toimivat alaohjaimet varmistavat tehokkuuden moduulitasolla esimerkiksi säätämällä automaattisesti, milloin moduulit siirtyvät lepotilaan. Samanaikaisesti keskitetty pääohjain hallinnoi tehon jakautumista koko järjestelmän tasolla. Joissakin GSMA:n vuonna 2023 suorittamissa kenttätesteissä todettiin, että tämä ratkaisu vähentää turhaan kulutettua energiaa odotusjaksojen aikana noin 19 prosentilla. Jokaisen tehomoduulin lämpöeristäminen toisistaan estää lämmön leviämisen laitteiston läpi. Tämä tarkoittaa, että jäähdytysratkaisuja ei tarvita yhtä voimakkaita, mikä alentaa jäähdytyskustannuksia noin 30 prosentilla. Komponenttien erillinen skaalautuvuus on myös merkittävä etu pitkän aikavälin suunnittelussa. Verkko-operaattoreiden ei tarvitse vaihtaa kokonaisia järjestelmiä, kun tietyt osat alkavat taipua suurten kuormitusten alla. He voivat vaihtaa ainoastaan ongelmalliset osat, kuten huippukuormituksen muuntajat. Kymmenen vuoden aikana tämä säästää 8–12 tonnia sähköisten laitteiden jätemäisiä jätteitä paikkaa kohden. Kaikki nämä parannukset johtavat kestävämpiin laitteisiin, pienempiin hiilijalanjälkiin ja parempaan valmiuteen vastata kaikkiin uusiin teho- ja energiantarpeisiin, joita 5G-teknologian edistymisestä seuraa.
