LTE筆記: 6G Sustainable Networks -Eenergy Model
在 2023 年的最後一天, 也就把這一系列文章做個總結吧,
近來幾個月, 因為工作的堆積與忙碌,
許多手邊待看的文章都是半完成品狀態, 尚未系統性的整理,
時間的缺少, 與缺乏整理, 多少也影響了撰寫的文章品質...
新的 2024 年, 雖說預期應該是越來越忙碌,
但還是希望可以分享更多有趣的無線通訊內容.
雖然, 在 blogger 文章中, 盡量不提演算法部分的內容,
不過對於通訊問題來說, 在進行問題討論前, 最重要的兩件事就是:
1) 定義模型: 描述觀察值與待測物之間的關係
2) 定義情境: 給定位提的討論設定, 提供公平比較的基準
在上一篇文章中, 我們說到網路節能的目標情境, 雖說不太完整, 但至少有些方向,
在這一篇文章中, 我們就來討論一下基地台的能源消耗模型.
首先, 為什麼是基地台?
如前所述, 無線接取網路佔 80% 能源消耗, 而基地台又是其中的要角,
所以, 當討論能源消耗模型時, 自然是從基地台下手.
至於此能源模型的定義, 則是由 3GPP TR 38.864 進行,
其文件名稱為: “Study on network energy savings for NR (Release 18)”
其文件名稱為: “Study on network energy savings for NR (Release 18)”
來自: MTK 吳威德博士演說
在 3GPP 的能源消耗模型中, 按照慣例, 不會給每個參數明確數值,
但是, 我們可以看到, 有哪些因子會影響基地台的能源消耗:
其中, 我們先看功率項, 包含: 靜態 (static), 天線 (ante), 資源分配 (joint),
靜態功率可以想像是基地台開機就需要的作工, 包含: 冷卻, 電源供應, 等.
天線功率則包含每一組天線的射頻模組功耗, 包含, 放大器, 振盪器等,
最後, 資源分配相關功率則包含了使用的頻譜大小, 以及頻譜功率密度.
(*PSD = Power Spectral/Spectrum Density)
此三個項次, 又可以對應於四種節能的方式:
空間: 漸少活躍的天線個數, 天線功率對應的 Sa 下降.
時間: 有一段時間不傳資料, 等校的 Sa 下降. (若是關機可以省下靜態功率)
傳輸功率: 減少天線的發送功率, 頻譜功率密度對應 Sp 下降.
頻寬: 減少使用的通訊頻寬, 頻譜大小對應的 Sf 下降.
透過上述能源使用模型, 由於 Sp 和 Sf 都在括弧內,
我們也可以發現在進行網路節能時四種節能方式的效率:
時間 >= 空間 > 傳輸功率 = 頻寬
來自: MTK 吳威德博士演說
增加傳輸能源使用, 或是增加通訊的頻寬, 即可在同樣通訊品質下, 增進能源使用效率.
換句較為平易近人的說法就是: 使用(趨近於)全向天線, 並增大功率/頻寬使用.
這樣的作法, 帶我們回到了 4G LTE 的通訊網路世界,
然而, 事實上 5G NR 耗能的原因, 也就是使用多天線技術,
在有限的頻寬與功率 (訊號覆蓋與干擾抑制) 下, 增進使用者的吞吐量 (throughput).
考慮到至少在 eMBB 的架構中, 多天線的使用已是無可取代,
我們也只有透過對於不同負載需求時, 切換不同的通訊技術節能.
這也就是很多時候, 實務走在研究之前的地方,
當我們還在討論 NES 的當前, 電信營運商不就只在城市布建 5G,
在市郊/鄉下 (較低負載區域) 只使用 4G, 甚至 3G 進行網路覆蓋?
這樣的布建架構, 可說是一種靜態/以空間區分的網路節能技術.
只能說, 在金錢 (營運成本) 的壓力下, 技術自然可以找到出路,
對於 NES 的研究而言, 更重要的是一個計算框架, 提供動態且即時的控管吧!
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