Configurazioni fitte per reti 5G energeticamente efficienti
La sfida principale relativa alla prossima generazione di sistemi di comunicazione wireless (5G) è quella di fornire accesso a dati ad alta velocità a più utenti mobili, garantendo al contempo qualità del servizio punto a punto. Sebbene la tecnologia 5G prometta di fornire maggiore velocità e una connettività universale, presenta inevitabilmente una serie di sfide: i consumi di energia e le emissioni di biossido di carbonio stanno salendo bruscamente in rapporto all’aumento dell’utilizzo digitale da parte dei clienti. I punti di accesso a piccola cella e la tecnologia di antenne multiple e massicce (MIMO) costituiscono due vie percorribili ai fini dell’ottenimento di distribuzioni fitte in quanto a collegamenti, promettendo enormi miglioramenti in fatto di produttività ed efficienza energetica. Nell’ambito del progetto DENSE4GREEN (Dense deployments for green networks) gli scienziati hanno utilizzato strumenti matematici avanzati e sviluppato nuovi modelli per simulare le prestazioni di tali fitte reti e valutare la robustezza alle interferenze. In primo luogo, è stato derivato un nuovo modello di consumo di energia totale delle reti a piccola cella e MIMO comprensivo di tutti i componenti digitali e analogici. Questo modello si è quindi rivelato utile per massimizzare l’efficienza energetica delle reti in funzione di densità relativa alle stazioni di base, potenza di trasmissione, numero di antenne relative alle stazioni di base, numero di utenti per cella, e fattore di riuso pilota per l’acquisizione di canali. I risultati hanno dimostrato che le piccole celle possono senza dubbio aumentare l’efficienza energetica; tuttavia, la potenza del circuito elettronico non deve superare la potenza relativa alla trasmissione delle celle. L’aggiunta di antenne MIMO extra ha portato a ulteriori miglioramenti nell’efficienza energetica. Il team DENSE4GREEN ha sviluppato nuovi algoritmi lineari che consentono di ridurre al minimo i consumi di energia totali della rete, considerando diversi gradi di cooperazione relativi alle stazioni di base: nessuna cooperazione, piena cooperazione e scambio di informazioni sullo stato del canale. La cooperazione delle stazioni di base è stata ulteriormente classificata a seconda che l’elaborazione della banda base venga eseguita localmente alle singole stazioni di base o presso una singola unità centrale (elaborazione centralizzata e decentralizzata). Un altro punto focale riguarda l’impatto relativo alla mobilità dell’utente in fatto di consumi di energia di rete. Gli scienziati hanno studiato i consumi di energia di una rete eterogenea in cui un livello denso di punti di accesso relativi a piccole celle si sovrappone a un enorme livello di antenne MIMO massicce, mediante l’utilizzo di un backhaul wireless per il traffico. I risultati hanno dimostrato che quando la mobilità dell’utente raggiunge un valore critico aumenta rapidamente il potere di tutti i trasmettitori. Il team DENSE4GREEN ha sviluppato inoltre un quadro per comprendere come dovrebbe essere una rete cellulare progettata per la massima efficienza energetica. L’analisi dimostra che riducendo le dimensioni della cella, la strada verso un’elevata efficienza energetica è fuori da ogni dubbio, ma l’effetto positivo di aumentare la densità della stazione di base satura quando la potenza del circuito sovrasta la potenza di trasmissione. Un ulteriore salto di efficienza energetica in genere può essere raggiunto aggiungendo antenne extra relative alle stazioni di base per multipolare più utenti per ogni cella, dimostrando che la fitta distribuzione di piccole celle e le antenne MIMO massicce possono amplificare significativamente le capacità di rete, assicurando che i consumi di energia di rete non siano proporzionali al volume del traffico gestito.
Parole chiave
Reti fitte, 5G, piccole celle, efficienza energetica, DENSE4GREEN, MIMO massicce
