बीटीएसका लागि ऊर्जा-दक्ष शक्ति मोड्युलहरू कसरी छनौट गर्ने?

५जी नेटवर्कहरूमा BTS पावर मोड्युल आवश्यकताहरू बुझ्नुहोस्

किन बेस ट्रान्सिभर स्टेशन (BTS) को कार्यभारले डायनामिक पावर दक्षता माग गर्दछ

५जी बेस स्टेशनहरूमा कामको भार वास्तवमै काफी धेरै फरक छ, जुन तिनीहरूले कुनै काम नगर्दा लगभग ३०० वाटबाट सुरु हुन्छ र व्यस्त समयमा कहिलेकाहीँ १५०० वाटभन्दा बढी पनि हुन सक्छ। यसले यी स्टेशनहरू सञ्चालन गर्नको लागि कति खर्च लाग्छ र यसले कस्तो पर्यावरणीय प्रभाव पार्छ भन्ने मा सिधा प्रभाव पार्छ। पुराना नेटवर्क सेटअपहरूले आफ्नो बिजुलीको आवश्यकता फरक तरिकाले फैलाउँछन्, जुन ५जी प्रविधिसँग तुलना गर्दा फरक छ, किनकि ५जी प्रविधि मिलिमिटर वेव सिग्नलहरूमा धेरै निर्भर गर्दछ र ठूला एन्टेना एरे (जसलाई म्यासिभ मिमो भनिन्छ) प्रयोग गर्दछ। यी नयाँ प्रविधिहरूले अधिकांश बिजुली खपतलाई विशिष्ट भागहरूमा केन्द्रित गर्दछन्, जसलाई रेडियो फ्रिक्वेन्सी युनिटहरू वा संक्षिप्तमा एएयू (AAU) भनिन्छ, र यी घटकहरूले प्रत्येक स्थानमा प्रयोग गरिएको बिजुलीको आधा भन्दा बढी खपत गर्दछन्। जब यी बिजुली आपूर्ति एकाधिक क्षमतामा काम गर्दैनन्, तब तिनीहरूले पनि धेरै ऊर्जा बर्बाद गर्दछन्— जब चीजहरू अनुकूल रूपमा सञ्चालन नहुन्छन् तब ४०% सम्मको ऊर्जा हानि हुन सक्छ। यसैले आजका बिजुली मोड्युलहरूले वर्तमान अवस्थाको आधारमा आफ्नो कार्यक्षमता स्तर समायोजित गर्नुपर्छ, जुन कुनै प्रकारको जीवन्त निगरानी प्रणाली मार्फत गर्न सकिन्छ। तिनीहरूले शान्त समयहरूमा ऊर्जा प्रयोग घटाउनुपर्छ, तर नेटवर्क क्षमताको लागि अप्रत्याशित मागको उछाल आउँदा तुरुन्तै उच्च क्षमतामा काम गर्न तयार हुनुपर्छ।

तापीय प्रतिबन्धहरू र विश्वसनीयता: जंक्शन तापमानले पावर मोड्युलको आयुष्यमा कसरी प्रभाव पार्छ

जंक्शन तापक्रमले पावर मोड्युलहरूको आयु कति लामो हुन्छ भन्ने निर्धारण गर्नमा प्रमुख भूमिका खेल्छ। सेमिकन्डक्टरहरूको लागि, १०० डिग्री सेल्सियसभन्दा माथि प्रत्येक १० डिग्री सेल्सियसको वृद्धिले उनीहरूको आयु आधा घटाउँछ। सघाइएका ५जी बेस स्टेशनहरूले गैलियम नाइट्राइड (GaN) र सिलिकन कार्बाइड (SiC) घटकहरूका लागि विशेष चुनौतीहरू सिर्जना गर्छन् किनकि यी घटकहरूले उल्लेखनीय तापीय तनाव उत्पन्न गर्छन्। उच्च आवृत्तिको सिग्नल प्रोसेसिङ्को साथै अक्षम भोल्टेज रूपान्तरणले समस्याहरू सिर्जना गर्छ, विशेषगरी जब निष्क्रिय शीतलन विधिहरू आफ्नो सीमामा पुग्छन्। यो स्थितिले इलेक्ट्रोमाइग्रेसन समस्याहरू छिटो बनाउँछ र पदार्थहरू छिटो फुट्ने बनाउँछ। क्षेत्रमा संकलित डाटा अनुसार, १२५ डिग्री सेल्सियसभन्दा बढी तापमानमा सञ्चालित पावर मोड्युलहरूमा सुरक्षित तापक्रम सीमाभित्र राखिएका मोड्युलहरूको तुलनामा प्रति वर्ष लगभग ३५ प्रतिशत बढी दोषहरू देखिन्छन्। जब कम्पनीहरूले राम्रो हिट सिंक डिजाइन र बाध्य वायु शीतलन प्रणाली जस्ता बुद्धिमान तापीय प्रबन्धन रणनीतिहरू लागू गर्छन्, तब औसतमा हॉटस्पट तापक्रमहरू लगभग २२ डिग्री सेल्सियससम्म घटाउँछन्। यी सुधारहरूले केवल घटकहरूको रक्षा नै गर्दैनन्, तर प्रति वर्ष शीतलन ऊर्जा आवश्यकता पनि लगभग १८ प्रतिशत कम गर्छन्। यी प्रणालीहरूलाई लामो समयसम्म विश्वसनीय रूपमा सञ्चालन गर्न र अत्यधिक रखरखाव लागतबाट बच्न व्यवहार र तापक्रम नियन्त्रण बीच सही सन्तुलन खोज्नु अत्यावश्यक छ।

वास्तविक दुनिया को BTS सञ्चालन अवस्थाहरूमा पावर मोड्युलको दक्षता मूल्याङ्कन गर्नुहोस्

गतिशील पावर प्रोफाइलहरूको मापन: 3GPP TR 36.814 बेन्चमार्क प्रयोग गरेर निष्क्रिय, आंशिक लोड, र शिखर लोड

एउटा पावर मोड्युल कति राम्रोसँग काम गर्दछ भनेर वास्तवमै जान्नको लागि, हामीले यसलाई उद्योगद्वारा मान्यता प्राप्त तीनवटा प्रमुख BTS सञ्चालन अवस्थाहरू मार्फत परीक्षण गर्नुपर्छ: जब यो केवल त्यहाँ बसेर कुनै काम नगर्दै छ (निष्क्रिय), ४० देखि ७०% क्षमताको बीचमा मध्यम स्तरमा सञ्चालन हुँदैछ (आंशिक लोड), र पूर्ण १००% उपयोगकर्ता क्षमतामा अधिकतम सीमासम्म पुगेको छ (चरम लोड)। ३जीपीपी टीआर ३६.८१४ मानक भन्ने एउटा चीज छ जसले हामीलाई वास्तविक ५जी ट्राफिक दृश्यहरू सिर्जना गर्नको लागि राम्रो आधारभूत मापदण्डहरू प्रदान गर्दछ। र के अनुमान गर्नुहोस्? यी अवस्थाहरू बीचको ऊर्जा खपतमा ६०% भन्दा बढीको फरक हुन सक्छ, जुन काफी महत्त्वपूर्ण छ। जब प्रणाली निष्क्रिय अवस्थामा हुन्छ, कुशल मोड्युलहरूले आवश्यक नियन्त्रण कार्यहरू जारी राख्दछन् तर धेरै विद्युत प्रवाह निकाल्दैनन्, जसले विश्राम अवस्थामा बर्बाद भएको ऊर्जा घटाउँदछ। आंशिक लोडमा परीक्षण गर्दा हामीले देख्छौं कि भोल्टेज नियन्त्रण कति राम्रोसँग ती साना शक्ति चोटहरूसँग सँगै काम गर्दछ जसले धेरै स्विचिङ नोक्सानीहरू नपुर्याउने गरी। चरम लोडमा, हामी तापीय थ्रटलिङ र रूपान्तरण समस्याहरू जस्ता समस्याहरूको खोजी गर्छौं किनभने खराब डिजाइनहरूले त्यहाँ बस्दै घण्टामा ३०० वाटभन्दा बढी ऊर्जा बर्बाद गर्न सक्छन्। विशेष हार्डवेयर-इन-द-लूप सिमुलेशनहरूले अचानक परिवर्तनहरूको समयमा स्थिरता जाँच गर्न मद्दत गर्दछन्, जसले रेडियो प्रदर्शनलाई बिगार्ने भोल्टेज ओभरशूटहरू रोक्छ। यी सबै विभिन्न अवस्थाहरू मार्फत जाने हुँदा मोड्युलहरूले वास्तविक विश्वका नेटवर्कहरूमा कति कुशलतापूर्ण रूपमा काम गर्दछन् भनेर सुनिश्चित गरिन्छ, जुन सीधा रूपमा सञ्चालन लागतहरूमा प्रभाव पार्दछ र उपकरणहरूको अत्यधिक तापनबाट बचाउँदछ।

बीटीएस पावर मोड्युलहरूमा हार्डवेयर-स्तरीय पावर प्रबन्धन विशेषताहरूको मूल्याङ्कन गर्नुहोस्

आधुनिक बेस ट्रान्सीभर स्टेशन पावर मोड्युलहरूले ५जीको गतिशील पावर आवश्यकताहरू पूरा गर्नका लागि उद्देश्य-निर्मित हार्डवेयर विशेषताहरू समावेश गर्छन्—प्रतिक्रियाशीलता, दक्षता र थर्मल प्रतिरोधको सन्तुलन कायम गर्दै।

सुत्ने मोडको प्रदर्शन: गैलियम नाइट्राइड (GaN)-आधारित पावर मोड्युलहरूमा विलम्बता बनाम ऊर्जा बचत

गैलियम नाइट्राइड प्रविधि एक्टिभ र कम शक्ति वाला स्लीप अवस्थाबीच छिटो स्विचिङ्ग सम्भव बनाउँछ, जसले बेस ट्रान्सीभर स्टेशनहरूले संकेतहरू सक्रिय रूपमा प्रसारण नगर्दा बरबाद हुने ऊर्जालाई कम गर्न मद्दत गर्छ। तर यसमा एउटा समस्या छ। जब प्रणालीहरू गहिरो स्लीप मोडमा जान्छन्, तब लगभग ७०% ऊर्जा बचत गर्न सकिन्छ, तर फेरि सक्रिय अवस्थामा आउनमा लगभग ५ देखि ८ मिलिसेकेण्डसम्मको समय लाग्छ। अर्कोतर्फ, हल्का स्लीपमा राख्नाले एक मिलिसेकेण्डभन्दा कमको तुरुन्त प्रतिक्रिया समय कायम राख्न सकिन्छ, तर ऊर्जा बचत धेरै कम हुन्छ। यी अवस्थाहरूबीचका निरन्तर स्विचिङ्गहरूले घर्मन र शीतलनका चक्रहरूको कारणले घटकहरूको तापमान बढाउँछ, जुन दीर्घकालीन विश्वसनीयताका लागि पनि राम्रो छैन। नेटवर्क अपरेटरहरूले आफ्नो विशिष्ट परिस्थितिका आधारमा यी स्लीप पैरामिटरहरू कसरी सेट गर्ने भन्ने निर्णय गर्नुपर्छ। केही अपरेटरहरूले मिशन-महत्त्वपूर्ण, अत्यधिक विश्वसनीय, कम विलम्बता भएका सञ्चार सेवाहरूका लागि अत्यन्त छिटो प्रतिक्रिया चाहन्छन्, जबकि ठूलो कवरेज क्षेत्र भएका टावरहरू सञ्चालन गर्ने अरू अपरेटरहरूले थोडा ढिलो स्टार्टअप समयको बावजूद पनि अधिकतम सम्भव ऊर्जा बचतलाई प्राथमिकता दिन सक्छन्।

अनुकूलनशील भोल्टेज स्केलिङ र पावर डिस्काउन्ट प्रविधिहरू २२% सम्मको शीर्ष घटाउने क्षमताका लागि

डायनामिक भोल्टेज-फ्रिक्वेन्सी स्केलिङ (DVFS), छोटोमा DVFS, प्रोसेसरहरूमा कति धेरै बिजुली पठाउने भन्ने कुरा प्रत्येक क्षणमा तिनीहरूको वास्तविक कार्यलाई आधार बनाएर निरन्तर समायोजन गरेर काम गर्दछ। यो प्रणाली कार्यभारहरूको पूर्वानुमान पनि गर्दछ, जसले गर्दा यसले डाटा ट्राफिकमा शाम्पत अवधिहरू कहिले हुने भन्ने कुरा पहिले नै थाहा पाउँछ र त्यस समयमा भोल्टेज स्तरहरू सुरक्षित रूपमा घटाउन सक्छ, जसले गर्दा कुल मिलाएर लगभग १२ देखि १८ प्रतिशतसम्म ऊर्जा बचत गर्न सकिन्छ। यसलाई 'पावर डिस्काउन्टिङ' भनिने कुरासँग जोड्दा यसको प्रभाव अझ बढी हुन्छ। पावर डिस्काउन्टिङ भनेको प्रोसेसर अल्प समयका लागि व्यस्त नभएको अवस्थामा माइक्रोसेकेण्डको क्रममा भोल्टेजमा साना-साना घटाउ गर्ने प्रक्रिया हो। यस दुवै प्रणालीको संयोजनले कतिपय अवस्थाहरूमा चरम (पीक) बिजुली प्रयोगलाई अधिकतम २२ प्रतिशतसम्म कम गर्न सक्छ। सर्भरहरू र अन्य उपकरणहरूले भरिएका शहरहरूका लागि यस्ता आन्तरिक दक्षता उपायहरू धेरै महत्त्वपूर्ण हुन्छन्। धेरै अवस्थाहरूमा पारम्परिक शीतलन समाधानहरू अब पर्याप्त छैनन् किनकि तिनीहरू वा त धेरै ठाउँ ओगट्छन् वा फेरि उचित रूपमा स्थापना गर्न धेरै धन खर्च गर्नुपर्छ।

स्थायी BTS तैनाथीको लागि मोड्युल स्तरमा ऊर्जा-बचत रणनीतिहरूको तुलना गर्नुहोस्

ऊर्जा बचतका उपायहरूलाई मोड्युलर घटकहरूमा विभाजन गर्दा आधार ट्रान्सीभर स्टेशनहरू समग्ररूपमा धेरै अधिक हरित बन्छन्। जब इन्जिनियरहरू डीसी-डीसी कन्भर्टरहरू, डिजिटल नियन्त्रकहरू र थर्मल प्रबन्धन एकाइहरू जस्ता चीजहरूलाई अलग गर्छन्, तिनीहरूले प्रत्येक भागलाई व्यक्तिगत रूपमा सटीक रूपमा समायोजित गर्ने अवसर पाउँछन्—जुन पारम्परिक सबै-इन-वन प्रणालीहरूमा सम्भव छैन। उदाहरणका लागि, स्तरीकृत बिजुली प्रबन्धन लिनुहोस्। स्थानीय उप-नियन्त्रकहरूले मोड्युल स्तरमा दक्षता सुनिश्चित गर्न आफैंमा सुत्ने समय समायोजन जस्ता तकनीकहरू प्रयोग गर्छन्। यसै बेला, एउटा मुख्य नियन्त्रक पूरै प्रणालीमा बिजुलीको सन्तुलन कसरी गर्ने भन्ने हेर्छ। GSMA ले २०२३ मा गरेका केही क्षेत्रीय परीक्षणहरू अनुसार, यो व्यवस्थाले निष्क्रिय अवस्थामा बर्बाद हुने ऊर्जालाई लगभग १९% सम्म कम गर्छ। प्रत्येक बिजुली मोड्युललाई थर्मल रूपमा अलग राख्दा तापको सम्पूर्ण उपकरणमा फैलिने समस्या पनि रोकिन्छ। यसले हामीलाई कम कठोर शीतलन समाधानहरूको आवश्यकता पर्छ, जसले शीतलन लागतलाई लगभग ३०% सम्म घटाउँछ। घटकहरूलाई अलग-अलग स्केल गर्न सक्ने क्षमता दीर्घकालीन योजना बनाउनका लागि अर्को ठूलो फाइदा हो। जब कुनै विशिष्ट भागहरू भारी भार तल झुक्न थाल्छन्, तब नेटवर्क सञ्चालकहरूले पूरै प्रणालीहरू नै प्रतिस्थापन गर्नुपर्दैन। उनीहरूले केवल ती समस्याग्रस्त क्षेत्रहरू—जस्तै चरम भार कन्भर्टरहरू—मात्र प्रतिस्थापन गर्न सक्छन्। दस वर्षसम्ममा, यसले प्रत्येक स्थानमा इलेक्ट्रोनिक कचरा ८ देखि १२ टनसम्म बचाउँछ। यी सबै सुधारहरूले उपकरणहरूको आयु बढाउँछ, कार्बन पदचिह्न घटाउँछ र ५जी प्रविधिको अग्रगामी विकाससँगै आउने कुनै पनि नयाँ बिजुलीको मागका लागि राम्रो तयारी गर्न सक्छन्।