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Considerando le scosse sismiche che il nostro mondo ha subito negli ultimi due anni, non sembra saggio impegnarsi in previsioni su come sarà tra dieci anni o più.
Ma quello che possiamo prevedere con certezza è che il consumo di energia rimarrà una delle maggiori preoccupazioni dell'umanità. E l'urgenza della lotta al cambiamento climatico sarà ancora più pressante di quanto non lo sia ora.
Date queste due verità, non possiamo più fare affidamento sui combustibili fossili per guidare la crescita economica.
Parlando di crescita, gli esperti prevedono che il settore IT continuerà a crescere. Questa è una buona notizia, poiché le tecnologie digitali contribuiscono a una maggiore efficienza energetica e sostenibilità. Prendi la telepresenza, ad esempio, che può ridurre la nostra necessità di viaggiare.
Tuttavia, la sfida della sostenibilità è così imponente che non possiamo permetterci di ignorare l'impatto ambientale dell'infrastruttura IT stessa.
Fortunatamente, i consumatori e l'industria sono sempre più consapevoli di questo impatto. L'efficienza energetica sta diventando un valido punto di vendita per dispositivi come smartphone e laptop. E soprattutto con il dibattito sul costo ambientale delle criptovalute, nessuno può affermare di ignorare il potenziale impatto dei data center sul nostro consumo energetico globale.
Una delle aree in cui la consapevolezza è relativamente carente è il costo energetico della nostra infrastruttura di rete wireless. I fornitori di stazioni base stanno iniziando a esaminare l'efficienza energetica dei loro dispositivi. Ma gli operatori di rete sono lenti a considerare il costo energetico totale delle loro operazioni.
Dal loro punto di vista, è comprensibile. La complessità di tale considerazione è sostanziale. E quando andremo oltre il 5G, quella complessità aumenterà solo. Le buone notizie? Anche i nostri modelli per la valutazione di tale impatto stanno diventando più sofisticati.
Più stazioni base o più energia?
Sebbene i dettagli siano ancora in discussione, è già chiaro che il 6G comprenderà diverse innovazioni hardware. Esempi sono la condivisione dello spettro e dell'infrastruttura, il MIMO massiccio senza cellule e la convergenza di comunicazione e rilevamento. Ma, soprattutto, il 6G richiederà il passaggio a frequenze più alte, superiori a 100 GHz.
Questi fattori si aggiungeranno all'evoluzione già iniziata con il 5G verso architetture di rete più complesse. Per prima cosa, un passaggio a frequenze (molto) più alte significherà spesso che la portata di ciascuna stazione base diventerà (molto) più breve. Ciò comporta generalmente la necessità di più stazioni base per garantire una copertura completa alla massima capacità.
È una cattiva notizia dal punto di vista del consumo di energia?
La risposta breve è sì. Come regola generale, è più dispendioso aggiungere stazioni base che aumentare la potenza di uscita di una stazione esistente. C'è una semplice ragione per questo:aggiungere più stazioni base significa disaccoppiare risorse condivise come il raffreddamento, il che riduce l'efficienza energetica complessiva.
Questo è uno dei motivi per cui l'enorme MIMO è già una preziosa aggiunta alle tecnologie di connettività wireless per il 5G. Non aumenta il consumo di energia per stazione base. Nel frattempo, amplia la gamma a livello di rete e consente una comunicazione più rapida verso più utenti in parallelo.
Quindi è una buona idea aumentare ulteriormente i livelli di potenza delle stazioni base per ridurre la necessità di stazioni base aggiuntive? Forse, da una prospettiva puramente teorica. Ma nel mondo reale sorgono spesso ostacoli, come le normative locali e internazionali sui campi elettromagnetici che limitano l'esposizione alle radiazioni elettromagnetiche.
Un'altra considerazione del mondo reale nella progettazione di reti wireless va oltre il numero di client all'interno di una determinata area. Tiene conto anche delle loro esigenze di larghezza di banda. Non possiamo dimenticare che il bitrate influisce anche sul consumo energetico delle stazioni base. Sebbene il 6G sarà in grado di offrire velocità astronomiche, dovrebbero essere sempre disponibili ovunque?
Modelli per ottimizzare l'efficienza energetica delle reti 6G
Se vogliamo seriamente limitare l'uso di energia delle complesse infrastrutture di rete wireless di domani, non possiamo continuare ad accontentarci di modelli relativamente semplici e teorici.
La sfida consiste nel trovare l'equilibrio ottimale tra i costi energetici dell'aggiunta di più stazioni base e l'aumento dei livelli di potenza di ciascuna stazione base. Questo è un esercizio che deve essere ripetuto per ogni implementazione concreta. E dobbiamo considerare fattori come l'ambiente fisico, l'infrastruttura esistente, i criteri di installazione predefiniti, le esigenze di larghezza di banda degli utenti umani e non umani, le linee guida EMF e così via.
Il gruppo di ricerca WAVES dell'imec presso l'Università di Ghent ha sviluppato uno strumento di progettazione della rete di accesso radio (RAN) indipendente dalla tecnologia e dal fornitore proprio per questi scopi. La creazione di un modello 3D dell'area e il popolamento di utenti virtuali consente ai progettisti di rete di calcolare la quantità, le posizioni e i livelli di alimentazione delle stazioni base per garantire una copertura ottimale all'interno di una determinata area. Supporta già una varietà di tecnologie e sarà continuamente aggiornato per includere quelle emergenti come mmWave.
Il modo migliore per aumentare l'efficienza energetica 6G
La chiave è utilizzare strumenti in grado di gestire sia la complessità delle nostre reti wireless che quella del mondo reale. Ciò ci consente di limitare al massimo il consumo di energia senza influire sulla qualità del servizio.
Questi strumenti aiuteranno a limitare la parte che la connettività wireless sottrae al bilancio energetico mondiale. Ma ci porterà solo così lontano. A livello di rete, nessuna delle tecnologie considerate per il 6G ci offrirà più gradi di libertà di quelli che abbiamo ora. Questi sono:i livelli di potenza delle stazioni base, le loro posizioni e gli adattamenti intelligenti alle mutevoli esigenze del traffico dati.
Se vogliamo controllare il consumo di energia delle nostre reti wireless, il lavoro pesante dovrà essere fatto a livello di dispositivo. Esplorando nuovi materiali e architetture, dovremmo essere in grado di disconnettere un salto di prestazioni da un aumento proporzionato del consumo di energia. Ad esempio, le tecnologie III/V non consentono solo amplificatori di potenza più efficienti. Inoltre, guidano architetture ottimali verso un numero ridotto di antenne e componenti analogici. + Esplora ulteriormente
