Showing posts with label צריכת האנרגיה. Show all posts
Showing posts with label צריכת האנרגיה. Show all posts

Friday, February 21, 2014

צריכת חשמל של תעבורת רשת אינטרנט סלולרית

צמיחת הגדולה של תעבורת אינטרנט הסלולרית היא גם גרמה להגדלת צריכת החשמל של הרשת, ואלינו להתמקד בטכניקות חדשות כדי לשפר את יעילות אנרגיה על פני הרשת - במיוחד בתחנת הבסיס ומעגלי RF להקה
אפל של נפץ-Mobile Data שנמצא בצמיחה.

הפופולריות העצומה של מכשירים ניידים, כגון טלפונים חכמים ומחשבי לוח, ושירותים מבוססי ענן עבור עסק ולשימוש אישי, דוחפת יותר ויותר אנשים כדי לגשת לאינטרנט באמצעות חיבור אלחוטי.

העומס על רשתות סלולריים גדל במהירות. ברחבי העולם, כ1.6 של נתונים ניידים הוא האומדן שנוצר לחודש, על פי דו"ח האינדקס (VNI) של רשת חזותית סיסקו, וזה הוא שיש השפעה דרמטית על צריכת החשמל של הרשת הסלולרית.

כיום, מפעילים מוצאים מוערך בכ -2 מליארד דולרים בשנה כדי להאכיל את הרשתות שלהם ותחנות בסיס צורכות אחוז גבוה של תקציב זה. על פי הנתונים וודאפון, תחנות בסיס מהוות כמעט 60% מצריכת אנרגיה כוללת של הרשת הסלולרית, בעוד 20% נצרכים על ידי הציוד הנייד מיתוג ו-15% בתשתית המרכזית.

יעילות נמוכה של מדרגות העיבוד של RF ופס הבסיס היא הסיבה העיקרית של צריכת חשמל גבוהה יחסית של תחנת הבסיס. EIT כבר דווח כי תחנת בסיס 3G טיפוסית משתמשת על כוח קלט 500W לייצר רק כ 40 ואט של כוח פלט RF.

גם החום שנוצר על ידי הפעולה יעילה יש להסדיר, בדרך כלל על ידי מיזוג אוויר, אשר מגדיל את צריכת האנרגיה הכוללת של תחנת הבסיס נוספת. צריכת האנרגיה השנתית הממוצעת של תחנת בסיס 3G טיפוסית היא בסביבות 4.5MWh.

לכן, לרשת סלולרית דור 3 המשתרע על שטח כמו בריטניה, עם כ 12,000 תחנות בסיס, סך צריכת האנרגיה תהיה יותר 50GWh בשנה. זה עושה הרבה של פליטת CO2, הוצאה שתורמת לעלויות השוטפות של הרשת.

במדינות מתפתחות, ומצד שני, חיבורי חשמל ישירים הם לא תמיד זמינים. על פי מגזין סיינטיפיק אמריקן (טוויד 2013) יש כ 5 מ'תחנות בסיס ברחבי העולם, מתוכם 640,000 לא מחוברים לרשת חשמל ומנוהלים בעיקר על ידי דיזל גנרטורים.

עלויות דלק ותחבורה ובעיות לוגיסטיות הכרוכות בשמירה על תחנות בסיס פעולה רציפות הן גבוהות.

עם העלייה בשימוש בסלולרי ברחבי העולם, ומהירויות 4G/LTE פריסה במדינות מפותחות, הביקוש לנתונים אלחוטיים ממשיך להראות צמיחת ענק. לכן, העלות של קירור מזון ותחנות בסיס סלולריים מוגדרת תמיד במגמה של עליה.

למרות יעילות תחנת הבסיס השתפרה מ -3% ב2,003-12% בשנת 2009 ידוע, שיפורים משמעותיים, במטרה לצמצם את צריכת האנרגיה הכוללת של הרשת ולכן צריך לאפשר למפעילים לשלוט בעלויות התפעול שלהם.

השיפור של תחנת הבסיס וארכיטקטורות רשת

הם מבצעים מספר שיפורים כדי להפחית את צריכת האנרגיה על ידי תחנות בסיס סלולרית. ארכיטקטורת הרשת מתפתחת לארכיטקטורה הטרוגנית (HetNet) הכוללת תחנות בסיס בגדלים שונים.

בHetNet, תאים קטנים יותר הכוללים תחנות בסיס מיקרו או פיקו הם בטווח קצר יותר וקיבולת נמוכה יותר, ועל כן, צריכת חשמל נמוכה יותר, פרוסים בכל רחבי הרשת. זה מאפשר לרשת כדי להתאים באופן רציף לשימוש של המנוי, ולעמוד בדרישות של מנויים תוך שימוש במשאבי חשמל מופחת.

חוץ מזה שמאפשר למרחקים קצרים אלחוטיים יעילים יותר, מאקרו תאים קטן יותר להוריד את התנועה ומאפשרת שימוש רב יותר בניהול אנרגיה כדי להפחית את צריכת אנרגיה של כל מאקרו תאים נוסף.

בתוך תחנת הבסיס, השיפורים במעבד הראשי של יחידת המידע יכולים להגביר את היעילות של ניהול הנתונים. על מנת למקסם את היתרונות של שיפורים אלה, היכולת להרחיב את ארכיטקטורת המעבד לשימוש בתחנות בסיס מאקרו תאים קטנים יותר או מאפשרת את אותן טכניקות לחיסכון באנרגיה כדי להיות מיושמות במהירות וביעילות בכל רחבי הרשת.

יעילות צריכת חשמל של מגבר

חלק RF של תחנות הבסיס צורך יותר ממחצית מהכח המוחלט, בעיקר בשל חוסר היעילות של AP והביקוש לקצבי נתונים מוגברים ולאלץ את רוחב פס גדול יותר פונקצית המגבר באזור שלך לא לינארית. יחס השיא הממוצע הכוח (PAPR) יכול להיות על 6-10dB.

טכניקות נפוצות כוללות דיגיטלי טרום דיסטורשן (DPD), אשר מראש מפצה את הליניאריות של הרשות החשמל, וקרסט מקדם הפחתה (CFR), שמנתקת את הפסגות של האות כדי לשמור על הגודל של וקטור השגיאה בתוך גבולות 3GPP. ניתן לבצע אלגוריתמי CFR וDPD בחזית דיגיטלית מודול (DFE) מיושם בדרך כלל בתחנת בסיס הרדיו.

DFE קווי קונבנציונלי מוגבל ביכולתה לתמוך במספר רב של להקות תדר, תקני אוויר וסוגים של הרשות. כדי להתגבר על אתגרים אלה, LSI טכנולוגית SoftDFE ® מציג פתרון זריז מאפשר למהנדסים לפתח מודולים ספציפיים ליישום כוח RF DFE-יעיל לרשות.

הוא מסוגל לתמוך בכל האלגוריתמים, כגון DPD ונדרש לCFR DFE כדי להגביר את יעילות מגבר מעל 50%.

יתר על כן, ה-DFE הרך הוא לתכנות כדי לאפשר האלגוריתמים להיות מותאמים, וגם מעודכנים בתחום, במידת צורך - בקלות רבה יותר מאשר אפשרי עם יישום חלופי המבוסס על FPGA.

יכול להיות מיושם LSI רך הבלוק DFE על התקן נפרד, יכול לשמש ככרטיס מרחוק רדיו ראש או תחנת בסיס רדיו מאקרו, או יכול להיות משולב כחלק ממערכת גדול יותר על שבב (SoC) , יחד עם פס בסיס תחנת בסיס שיא יחידה (BBU) תוכנן סביב יעילות גבוהה להקת בסיס ארכיטקטורת מעבד LSI.

עיבוד מאקרו תאים הטוב ביותר

תחנת בסיס טיפוסית BBU אחראית על שיכבה 1, שכבות 2 ושכבת 3 עיבוד, ותומכת בפרוטוקולים אלחוטיים כדוגמת LTE, LTE-, WCDMA (ו-WiFi בתחנות בסיס סלולרי קטנות). האפשרויות פתוחות בפני מעצבים של ציוד, ולכן עיבוד מאקרו תאים הוא בראש הדברים שצריך לעשות, יש בדרך כלל היו גם פתרון לתכנות מבוסס FPGA או ASIC מותאם אישית ומעבדי DSP הניתנים לתכנות.

לאחרונה, מכשירים גדולים ומעבד DSP מרובות ליבות משולבות הפועלים בתדר שעון גבוה מוצבים כפתרון לעיבוד פס בסיס.

FPGA הוקם או אפשרויות ASIC נוטים לכפות מעצבים לסחור פעמי ההסתגלות המספקת FPGA, למשל לתמוך בתקנים ופרוטוקולים המתעוררים כנגד יתרונות ביצועים ויעילים המוצעים באופן מסורתי על ידי פתרון מבוסס ASIC המותאם אישית. עם זאת, אף אחת מהגישות הללו עונה על כל הצרכים של ביצועים גבוהים, גמישות וחיסכון באנרגיה.

LSI Axxia טכנולוגיה מציגה ארכיטקטורה חדשה שעונה לדרישות ביצועים הגוברת הנגרמות על ידי שירותי נתונים ניידים בכל מקום, תוך מתן גמישות ויכולת הרחבה להסתגל ולייעל את עיבוד מאקרו תאים ותמיכה יעילה לניהול אנרגיה.

בנוסף, הארכיטקטורה היא מדרגי מנת לעמוד בדרישות העיבוד של שני מאקרו תאים ותאים קטנים יותר המשמש לשיפור היעילות הכוללת של הרשת.

גמישות ושילוב של פלטפורמת עיבוד נתונים בעלי ביצועים גבוהים משתמשת, כפי שמוצגים, יוצרים פתרון מאוד חסכונית באנרגיה עבור משימות עיבוד נתונים על הסף.

ליבות אלה בשילוב עם טכנולוגית  הצינור וירטואלית מאיצי LSI מורכב מחומרה מבוססת יעילות גבוהה למישור נתוני רשת עיבוד ביצועים גבוהים.

מאיצים אלה כוללים עיבוד מנוע מסוגל פרוטוקול רב ביצועים עד 50Gbit / s, תפקודים מוטוריים של 20Gbit / שעות וייעודיות לניהול תנועה, בדיקת תוכן וחבילות מיתוג מנות אינטליגנטיות.

פלטפורמת Axxia מייצגת את המופע הראשון של ביצועים גבוהים CoreLink ™ CCN-504 תואם עם QoS השהיה הנמוך ARM קישוריות זיכרון קוהרנטי. ממשק זה משמש לקשר את כל זיכרון העיבוד וSoC הגדול.

טכנולוגית LSI וירטואלית צינור ומנועי האצה ייעודיים מאפשרים לפתרון צריכת חשמל נמוך במיוחד בהשוואה למכשירים שרק להשתמש במספר גדול של ליבות מעבד. ליבות CPU מנוהלות בדרך כלל בתדרים גבוהים, ולכן, צריכה של כמויות גדולות של אנרגיה לביצוע עד לנתונים שאינם מתאימים.

יתר על כן, צינורות וירטואליים האצת מנוע נועדו להיות מודולרית כך שהמעבד וניתן לשנותם לרמות גבוהות יותר של ביצועים בלי יותר מדי צריכת חשמל גובר.

ההתרחבות של מטוס גרעין שליטת Cortex-A15 ומשאבי Axxia ארכיטקטורת צינור הוירטואלי מאפשרת למהנדסים ליצור פתרון מתאים מערכת על שבב לכל תחנת בסיס גודל מ3G או ה-LTE מאקרו תאים הגדלים של הטלפונים הקטנים ביותר בשימוש בארכיטקטורה הטרוגנית.

מספר ממשקי שכבה הפיזיים ועל השבב יכול גם לייעל את הפונקציות דיגיטליות. בנוסף, יש לי יצרני ציוד את הגמישות להוסיף תכונות מותאמות אישית ללוקי עיבוד baseband חומרת פונקציה קבועה, ליבות DSP הניתנים לתכנות ותוכנה כדי להתאים אישית או לשפר את האינטגרציה SoC.

התמיכה בתוכנה לפרוטוקולי תחבורה ונפוצים, כגון IPSec, IPv4, IPv6 וביטחון LTE MAC כבר מסופקת, נותנת גמישות רבה יותר כדי להתאים את העצמה וביצועים על ידי הורדת פונקציות מטוס נתונים חדשות.
יחידה משולבת-SoC Baseband

יחד, הטכנולוגיה רכה DFE ופלטפורמת עיבוד LSI Axxia יכולים להגיע עד הפחתת 50% בצריכת החשמל על ידי מעגלי RF ופס בסיס של 3G או ה-LTE המאקרו תא.

מפעילי מתן עם רשת יקרת ערך - בשילוב עם הרווחים יעילות הניתנים על ידי הארכיטקטורה של רשת HetNet, מנצל את תחנת בסיס מעבד בקנה מידה קטנה יותר Axxia, גידול משמעותי ביעילות הכוללת של רווח אנרגיה יכולה להיות מושגת שליטה נוספת על הוצאות תפעוליות.

מסקנה

כמו הפופולריות של אינטרנט אלחוטי ממשיכה לגדול בפיצוץ ברחבי העולם, את הכוח הנצרך על ידי תחנות בסיס סלולריות מייצג שיעור הולך וגדל של צריכת אנרגיה הכוללת של הרשת. זה חשוב ביותר עבור מפעילי רשת כדי לשפר את היעילות של הרשתות שלהם ותחנות בסיס.

משלים את ההגירה של ארכיטקטורת רשת יעילה יותר, יעילות חומרה משופרת מציעים מבוסס ארכיטקטורת מעבד חדשני עם הגמישות וכושר ההסתגלות של תחנת שילוב פתרון הזה יכול לעזור להחזיר שליטה על צריכת החשמל של התחנה הנוכחית ספירלת הבסיס RF ומעגלי של מאקרו התא.