Чем плотнее развернуты 5G-вышки на единицу площади, тем меньше энергии потребляют сети базовых станций и дольше работают телефоны без подзарядки. Такой вывод сделали американские исследователи.
В любой мобильной сети ключевым элементом является базовая станция — комплекс антенн, отвечающий за прием и передачу радиосигналов между телефонами. Антены размещают на опорах высотой от 70 до 100 метров (хотя в реальности высота может быть меньше). На одной вышке могут находиться несколько базовых станций, работающих по разным стандартам связи: 2G, 3G, 4G или 5G.
При поступлении звонка или совершении вызова аппарат подключается к ближайшей базовой станции, передавая ей сигнал «идентификации». Станция принимает его, обрабатывает и направляет в центр коммуникации для определения оператора мобильной сети. Затем разговор переключается на базу с самым сильным сигналом оператора, расположенную ближе всего к абоненту.
Системы для беспроводного соединения со смартфонами расходуют большое количество энергии. Исследования установили, что энергопотребление возрастает особенно сильно на «последнем километре» — части сети, через которую информация передаётся от провайдера конечным пользователям.
Вышки излучают радиоволны во все стороны, которые доходят до всех телефонов в округе. Только телефон пользователя, узнавший код, переданный смартфоном на базовую станцию, отвечает на сигнал. В итоге большая часть энергии тратится без толку: распространяясь, сигнал сталкивается с препятствиями, поглощается, отражается и рассеивается, то есть теряется значительная часть данных.
Поиск одним телефоном конкретного сигнала через беспроводную сеть, используемую базой станции и смартфонами для обмена данными, ускоряет разрядку аккумулятора телефона. Также возрастает потребление энергии «от сети» и самой базовой станции, которая работает дольше.
Для оптимизации энергопотребления базовых станций и продления времени работы смартфонов от одного заряда батареи важно минимизировать потери беспроводного сигнала. Это достигается сокращением расстояния передачи данных по воздушному каналу. Такой подход позволит уменьшить размер сотовых вышек, что приведет к снижению их энергопотребления. опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv, рассказали исследователи из Калифорнийского университета (США).
Специалисты применили программное обеспечение Sionna для моделирования передачи данных от базовых станций к мобильным телефонам и протестировали разные сетевые конфигурации на 3D-моделях городов из OpenStreetMap. Задача исследователей состояла в изучении влияния покрытия разными стандартами мобильной связи на расход энергии.
Проблема энергоэффективности мобильной связи может быть решена с помощью более плотного покрытия. Специалисты в эпоху стандарта 4G предлагали увеличивать число сотовых вышек, однако при таком подходе технология не позволит телефону достаточно быстро переключаться с одной вышки на другую, что необходимо при уплотнении сети. Решение этой проблемы возможно с помощью 5G, которое позволяет быстро увеличить количество базовых станций и повысить энергоэффективность. пояснилАгрим Гупта, автор исследования.
В ходе моделирования американские ученые установили, что наилучшее снижение потери энергии на «последней миле» достигается плотным 5G покрытием, которое создаётся заменой одной большой базовой станции несколькими меньшими. Эксперимент показал возможность уменьшения высоты размещения баз до 15 метров. Это позволит устанавливать комплексы небольших антенн на деревьях или фонарных столбах, исключая необходимость в специальных вышках для этих систем.
Также учёные выяснили, что такое уплотнение сокращает потребление электроэнергии в сетях базовых станций примерно в три раза и продлевает автономную работу телефона на 50 процентов. Если батарея смартфона работает 12 часов, то с такой сетью время её работы увеличится до 18 часов.
Авторы исследования утверждают, что эти показатели достигаются благодаря резкому снижению мощности передачи данных смартфонов на 10-15 децибел. Это связано с тем, что небольшие базовые станции будут располагаться в среднем в пять раз ближе к мобильным телефонам, чем нынешние вышки.
В мире увеличивается число подключений к сетям пятого поколения. Больше всего таких сетей функционирует в городах Запада Европы, Соединенных Штатов Америки, Индии и Китая. В России развертывание сетей 5G происходит сравнительно массово. намеченоЭта технология до конца 2024 года будет действовать только в некоторых больших городах, например Москве и Санкт-Петербурге.