Com a adoção de tecnologias como MIMO em larga escala, o consumo de eletricidade deve crescer cinco vezes ou mais que nos sistemas anteriores

O 5G está finalmente decolando. Temos presenciado exemplos de implementações-piloto nas áreas mais movimentadas de cidades como Londres, Mineápolis e Chicago. Recentemente, o programa BBC Breakfast apresentou a primeira transmissão ao vivo do Reino Unido utilizando o 5G, e as operadoras norte-americanas gastaram bilhões em licenças de espectro para implantações dessa tecnologia em bandas de 24 e 28 GHz. 

Toda a rede está em sua transição inicial. A primeira onda de telefones 5G requer um modem específico que consome muita energia, além de um chip que lida com processamento, gráficos e conectividade 4G LTE. E há a necessidade de novas infraestruturas para suporte de conexões 5G. Antes de as operadoras desenvolverem e implementarem essas redes, elas precisam resolver três desafios: energia, backhaul e aquisição de sites. Este artigo se concentra em ajudar a resolver o problema de energia do 5G.

A indústria tem feito barulho quando o assunto é o potencial do 5G. Há questões como redução de latência, uso da Internet das Coisas e transmissão de grandes quantidades de dados a velocidades muito mais altas. Para isso, os sites utilizarão muito mais rádios utilizando a tecnologia MIMO (sigla em inglês para multiple input, multiple output). No entanto, ela consome cinco vezes ou mais energia que os sistemas anteriores.

Assim, no futuro próximo, os milhões de sites de células no coração de uma rede 5G exigirão mais energia do que seus predecessores LTE. Consumidores que utilizam alto fluxo de dados e dispositivos de IoT comandarão mais de um milhão de dispositivos por quilômetro quadrado, consumindo toda essa largura de banda, o que impulsiona a necessidade dos novos rádios e de fontes de energia adicionais.

Repensando como a energia é entregue ao topo da torre 
Ao atualizar suas redes, as operadoras buscam maneiras de levar energia para o topo da torre de uma forma mais tecnicamente viável e de baixo custo.  Desde o advento do 3G, os rádios migraram do solo para as unidades remotas de rádio (RRUs). Isso reduziu o consumo de energia no total (sem perda no sistema de cabeamento que sobe na torre).

No entanto, separados da unidade de banda base, cada RRU precisa de energia própria. Essa demanda cresceu de 300-600 watts em sistemas LTE para mais de 1000 watts, para uma solução MIMO em larga escala. Nessa arquitetura de site, a energia é convertida de AC para DC na parte inferior da torre e grandes cabos de energia são usados para entregar a energia até o topo.

Dado que 60% de toda a energia nas células é consumida pelos amplificadores de equipamentos de rádio, as operadoras de rede estão buscando a maneira mais eficiente de obter energia para os rádios, enquanto são limitados em voltagem por protocolos de segurança. Para ajudar as operadoras a reutilizar o poder existente nessa infraestrutura de cabos, ao mesmo tempo que permitem o uso de novos rádios de MIMO massivo, especialistas da GE Power, empresa adquirida pela ABB, juntaram-se aos engenheiros de sistema da CommScope para criar a PowerShift, a primeira fonte de alimentação DC inteligente da indústria.

A tecnologia resultante é uma solução dinâmica de fornecimento de energia para redes celulares que otimiza a energia fornecida às unidades de rádio automaticamente, contabilizando o comprimento do cabo e a queda de tensão. Isso elimina a necessidade de condutores de maior calibre quando ocorrer a instalação do novo cabeamento e aumenta o comprimento utilizável dos cabos em mais de quatro vezes. 

O tempo de atividade da bateria de radiofrequência é estendido em até 35%. Nas aplicações de torre de células, onde as centrais de rádio remotas estão sendo atualizadas, o uso da tecnologia PowerShift pode reduzir o tempo de implantação do rádio em até 90%, sem a necessidade de instalação de um novo cabeamento de sistemas.

Exemplos da vida real 
Com milhares de implementações, as operadoras americanas tier one e internacionais estão criando um modelo para redes 5G que economizará em despesas de capital e operacionais. Com o PowerShift, esses provedores de serviços podem economizar milhões por ano. Como exemplo, ela possibilita a instalação de um cell site em uma cobertura que segue requisitos estéticos do proprietário do imóvel. Ela permite o uso de cabos de energia de menor diâmetro e assim evita a quebra de paredes para instalação de cabos maiores. 

Com a implantação de rádios mais potentes nos cell sites – seja para adicionar nova frequências de banda, introduzir MIMO massivo ou implantar serviços 5G – as operadoras de rede devem reavaliar seus sistemas de fornecimento de energia. Se a indústria mantiver o ritmo atual de inovação de rádio necessária para implementações de 5G, a inovação na área de suprimento energia precisa ser proporcional.

Morgan Kurk

Morgan Kurk

Morgan Kurk é  Chief Technology Officer da CommScope