EN
Forstå kravene til strømmoduler for BTS i 5G-nettverk
Hvorfor krever basetransceiverstasjonsbelastninger dynamisk strømeffektivitet
Arbelastningen på 5G-basestasjoner varierer ganske mye – fra ca. 300 watt når de står i ro og ikke gjør noe, til over 1500 watt under travle perioder. Dette har en direkte innvirkning på driftskostnadene for disse stasjonene og på den miljøpåvirkningen de forårsaker. Eldre nettverksoppsett fordeler sin effektbehov annerledes enn 5G-teknologien, som er sterkt avhengig av millimeterbølgesignaler og store antennearrayer kalt Massive MIMO. Disse nyere teknologiene konsentrerer det meste av strømforbruket i spesifikke deler, kjent som RF-enheter (radiofrekvensenheter) eller AAU-er (Active Antenna Units) for forkortet, og disse komponentene forbruker langt mer enn halvparten av elektrisiteten på hver enkelt stedsplassering. Når disse strømforsyningene ikke opererer med full kapasitet, går ofte mye energi tapt – kanskje opptil 40 % går tapt når driften ikke er optimal. Derfor må dagens strømmoduler justere sin virkningsgrad basert på gjeldende forhold ved hjelp av et slags sanntidsovervåkningsystem. De bør redusere energiforbruket under stille perioder, men likevel være klare til å raskt øke ytelsen når det oppstår en uventet økning i behovet for nettverkskapasitet.
Termiske begrensninger og pålitelighet: Hvordan spenningskoblings-temperatur påvirker levetiden til kraftmoduler
Junksjonstemperaturen spiller en viktig rolle for å bestemme hvor lenge effektmoduler varer. For halvledere reduseres levetiden med halvparten for hver økning på 10 grader Celsius over 100 grader. Kompakte 5G-basestasjoner stiller særlige krav til GaN- og SiC-komponenter, fordi de genererer betydelig termisk stress. Høyfrekvent signalbehandling kombinert med ineffektiv spenningsomforming skaper problemer, spesielt når passiv avkjøling når sine grenser. Denne situasjonen akselererer elektromigrasjonsproblemer og fører til raskere slitasje på materialene. Ifølge feltdata opplever effektmoduler som driftes ved temperaturer over 125 grader Celsius omtrent 35 prosent flere feil per år sammenlignet med moduler som holdes innenfor trygge temperaturområder. Når bedrifter implementerer smarte termiske styringsstrategier, som forbedret design av varmeutvekslere og tvungen luftavkjøling, reduseres vanligvis hotspot-temperaturene i gjennomsnitt med rundt 22 grader. Disse forbedringene beskytter ikke bare komponentene, men reduserer også energibehovet for avkjøling med ca. 18 prosent hvert år. Å finne riktig balanse mellom ytelse og temperaturkontroll forblir avgjørende hvis vi ønsker at disse systemene skal fungere pålitelig over lengre perioder uten unødige vedlikeholdsutgifter.
Vurdere effektmodulens effektivitet i ulike reelle BTS-driftstilstander
Måling av dynamiske effil profiler: hvilemodus, delvis belastning og maksimal belastning ved bruk av 3GPP TR 36.814-benchmarktester
For å virkelig vite om en kraftmodul fungerer godt, må vi teste den gjennom tre hoveddriftstilstander for BTS som bransjen anerkjenner: når den bare står der uten å gjøre noe (inaktiv), kjører på middels nivå mellom 40 og 70 % kapasitet (delvis belastning) og er maksimalt belastet ved full 100 % brukerkapasitet (toppbelastning). Det finnes en standard kalt 3GPP TR 36.814 som gir oss gode referanseverdier for å lage realistiske 5G-trafikksenarioer. Og vet du hva? Energiforbruksforskjellene mellom disse driftstilstandene kan overstige 60 %, noe som er ganske betydningsfullt. Når systemet er inaktivt, holder effektive moduler de viktige kontrollfunksjonene i gang, men trekker ikke for mye strøm, slik at unødvendig energiforbruk i hviletilstand reduseres. Testing under delvis belastning viser oss hvor godt spenningsreguleringen håndterer små kraftspisser uten å føre til for mange brytertap. Ved toppbelastning ser vi etter problemer som termisk nedregulering (thermal throttling) og konverteringsproblemer, fordi dårlige design kan ende opp med å kaste bort over 300 watt hver time – selv når systemet står stille. Spesielle Hardware-in-the-Loop-simulasjoner hjelper til å sjekke stabiliteten når ting endrer seg plutselig, og forhindrer spenningsoverskudd som påvirker radioperformansen negativt. Å gå gjennom alle disse ulike driftstilstandene sikrer at modulene fungerer effektivt i virkelige nettverk – noe som direkte påvirker driftskostnadene og hindrer utstyr fra å overopphetes.
Vurdere funksjoner for strømstyring på maskinvare-nivå i BTS-strømmoduler
Moderne strømmoduler for baseoverføringsstasjoner integrerer spesialbygde maskinvarefunksjoner for å oppfylle 5Gs dynamiske strømkrav – og balansere responsivitet, effektivitet og termisk motstandsdyktighet.
Ytelse i søvemodus: Latens versus energibesparelser i GaN-baserte strømmoduler
Galliumnitrid-teknologien tillater rask veksling mellom aktive og lavstrøm-slått-til-stander, noe som hjelper til å redusere spillet energi når basestasjoner ikke aktivt sender signaler. Det er imidlertid en ulempe. Når systemene går inn i dyp søvnmodus, kan de spare omtrent 70 % energi, men det tar da ca. 5–8 millisekunder å våkne igjen. På den andre siden opprettholder en lett søvn-nivå nesten øyeblikkelige respons-tider under én millisekund, men gir ikke like stor strømbesparing. Alle disse konstante vekslingene mellom tilstander øker faktisk komponenttemperaturene på grunn av de gjentatte oppvarmings- og avkjølings-syklusene, noe som heller ikke er gunstig for langtidspålitelighet. Nettverksoperatører må bestemme hvordan de skal sette disse søvnparametrene basert på hva som er viktigst i deres spesielle situasjon. Noen kan ønske ekstremt raske respons-tider for kritiske tjenester som krever svært høy pålitelighet og lav latenstid, mens andre som driver store dekningsområder med master, sannsynligvis legger større vekt på maksimal mulig energibesparing, selv om det betyr litt langsommere oppstartstider.
Adaptiv spenningsjustering og strømfordringsmetoder for inntil 22 % reduksjon av toppbelastning
Dynamisk spennings- og frekvensjustering, eller DVFS for kort, fungerer ved å jevnlig justere hvor mye strøm som sendes til prosessorer basert på hva de faktisk gjør i hvert øyeblikk. Dette systemet ser også fremover på arbeidsbelastninger, slik at det vet når det vil være stille perioder i datatrafikken og trygt kan senke spenningsnivåene da, noe som gir en total energibesparelse på omtrent 12 til 18 prosent. Å kombinere dette med noe som kalles strømavslag gjør tinga enda bedre. Strømavslag innebär små, mikrosekundlange spenningsnedgangar under de korte øyeblikkene når prosessoren ikke er i bruk. Denne kombinasjonen kan redusere toppstrømforbruket med opptil 22 prosent i noen tilfeller. For byer som er fylt med servere og utstyr, er slike innebygde effektivitetsforbedringer svært viktige. Tradisjonelle kjøleløsninger holder ikke lenger i mange situasjoner, fordi de enten tar opp for mye plass eller rett og slett koster for mye penger å installere ordentlig.
Sammenlign energibesparende strategier på modulnivå for bærekraftig BTS-utplassering
Å bryte ned energibesparingsmetoder i modulære komponenter gjør basestasjoner mye mer miljøvennlige totalt sett. Når ingeniører skiller ut ting som DC-DC-omformere, digitale kontrollere og termiske styringsenheter, får de mulighet til å finjustere hver enkelt del individuelt – noe som ikke er mulig med tradisjonelle alt-i-én-systemer. Ta for eksempel trinnvis strømstyring. Lokale underkontrollere håndterer effektiviteten på modulnivå ved hjelp av teknikker som automatisk justering av når moduler går i dvale. Samtidig finnes det en hovedkontroller som styrer hvordan strømmen balanseres over hele systemet. Ifølge noen felttester fra GSMA i 2023 reduserer denne oppsettet spillet energi under inaktive perioder med ca. 19 %. Å holde hver strømmodul termisk isolert hindrer også varmeoverføring til resten av utstyret. Dette betyr at vi trenger mindre kraftige kjøleløsninger, noe som reduserer kjølekostnadene med ca. 30 %. Muligheten til å skalere komponenter separat er en annen stor fordel for langsiktig planlegging. Nettoperatører trenger ikke å erstatte hele systemene når visse deler begynner å slite under tunge belastninger. De kan i stedet bare bytte ut de problematiske områdene, som for eksempel konvertere for toppbelastning. Over ti år sparene dette mellom 8 og 12 tonn elektronisk avfall per lokasjon. Alle disse forbedringene betyr lengre levetid for maskinvaren, lavere karbonavtrykk og bedre forberedelse på hvilke som helst nye strømkrav som kommer sammen med den videreutviklingen av 5G-teknologien.
