Economia de energia das redes (NES)

Eficiência energética para unidades de rádio O-RAN

A RAN aberta (O-RAN) é uma abordagem transformadora para redes de telecomunicações que defende:

• Desagregação de componentes de software e hardware
• Adoção de interfaces abertas
• Uso de virtualização e arquiteturas nativas da nuvem.

A O-RAN rompe os silos privados tradicionais e promove a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fornecedores. Isso permite maior inovação, flexibilidade e eficiência na implementação e no gerenciamento de serviços de redes.

As lacunas tecnológicas entre a RAN tradicional e a O-RAN estão diminuindo. Alguns elementos das O-RAN, como as unidades de rádio (RU) macro não complexas e plataformas em nuvem, estão prontas para implementações em larga escala.

A transmissão de dados 5G é muito mais eficiente do que a 4G, mas espera-se que o consumo de energia aumente drasticamente à medida que as redes celulares comecem a oferecer suporte a taxas de transferência de dados mais altas. As unidades de rádio O-RAN (O-RU) representam de 60 a 80% do consumo total de energia de uma rede móvel 5G. Por isso, a eficiência energética das O-RUs é uma alta prioridade para as operadoras de redes. O objetivo geral é que as redes O-RAN sejam altamente eficientes em termos de energia, sem sacrificar os conceitos de O-RAN, como a migração para a nuvem e a desagregação.

Seus desafios para a economia de energia das redes

Cada nova geração de tecnologia celular é mais eficiente do que a anterior. Desde o 2G, a eficiência energética melhorou consideravelmente - graças às novas técnicas de modulação que melhoram a qualidade do sinal transmitido e usam menos energia por bit. O 4G e o 5G são pelo menos cinco vezes mais eficientes em termos de energia do que o 3G, e o 5G com M-MIMO (múltiplas entradas e múltiplas saídas massivas) é pelo menos três vezes mais eficiente em termos de energia do que o 4G com M-MIMO. No entanto, sem os esforços para redução, espera-se que o consumo de energia ainda aumente muito já que as redes celulares estão ficando mais densas para oferecer suporte às taxas de transferência de dados cada vez mais altas exigidas pelos usuários.

A densificação da rede significa a implantação de muitas estações rádio-base pequenas (ou gNB no 5G) para aumentar a capacidade da rede por meio da eficiente reutilização de frequências. O M-MIMO aproveita grandes conjuntos de antenas para criar feixes espacialmente estreitos e atender simultaneamente a vários usuários com os mesmos recursos de tempo-frequência. Uma maior taxa de transferência para o usuário equivale a um maior consumo de energia:

• Novas estações rádio-base e gNBs contribuem para o consumo de energia.
• Essas estações podem ser equipadas com grandes conjuntos de antenas, e cada um desses elementos de antena requer um hardware que consome energia.

Do ponto de vista de testes e medições, os principais desafios são:

• Monitoramento da tensão, corrente e potência simultaneamente com qualidade (desempenho) de RF sob diferentes condições de carga de tráfego
• Monitoramento dinâmico em tempo real
• Isolamento dos subelementos da rede até o nível do chipset
• Caracterização da RAN virtualizada (vRAN)

Soluções de alto desempenho para economia de energia da rede

Uma fonte de alimentação é a solução mais econômica para medir o consumo de energia das O-RU e das RU. Ela também oferece alta resolução e precisão de medição em períodos de tempo mais longos.

A série de fontes de alimentação R&S®NGP da Rohde & Schwarz fornece uma saída estável para o dispositivo em teste (DUT). O R&S®NGP mede com precisão o consumo geral de energia com resoluções temporais de 8 ms.

Outra opção é usar um osciloscópio com pontas de prova de corrente e tensão. Para isso, nós oferecemos:

• Osciloscópio R&S®RTO6: a melhor ferramenta para correlacionar a dinâmica do consumo de energia às alterações no sinal de RF transmitido
• Osciloscópio MXO4: ideal para monitorar medições de potência dinâmicas, mesmo em mudanças rápidas de carga

Ambos os instrumentos combinam perfeitamente com a ponta de prova de corrente R&S®RT ZC31 e a ponta de prova diferencial de alta tensão R&S®RT ZHD07. Dependendo da sua aplicação, você também pode considerar a ponta de prova de alta potência dinâmica R&S®RT ZVC, que é ideal para depurar o consumo de energia de componentes individuais das O-RU.

Também fizemos uma parceria com a VIAVI Solutions para desenvolver uma solução de teste totalmente automatizada para verificar a eficiência energética das O-RU. Essa configuração inclui o osciloscópio R&S®RTO6 e uma fonte de alimentação R&S®NGP com todas as pontas de prova necessárias. Toda essa configuração é controlada e automatizada pela aplicação O-RU Test Manager (O-RU TMA) da VIAVI, que executa os scripts de teste de eficiência energética definidos pela especificação de teste de conformidade do grupo de trabalho de fronthaul da O-RAN ALLIANCE (O-RAN.WG4.CONF.), casos de teste definidos pelo ETSI (ES 202 706-1) ou scripts de teste específicos do usuário.