Що більше веж 5G буде побудовано на одиницю площі, то сильніше скоротиться загальне енергоспоживання мереж базових станцій і збільшиться час автономної роботи телефонів. Такого висновку дійшли дослідники зі США. За допомогою моделювання вчені розрахували, наскільки ці вежі будуть енергоефективними і яку користь можуть принести власникам смартфонів.
Один із найголовніших компонентів будь-якого мобільного зв’язку – базова станція, тобто комплекс антен, які приймають і передають радіосигнали від телефону до телефону. Такі антени встановлюють на спеціальні вежі висотою від 70 до 100 метрів (утім, на практиці вежі бувають і нижчими за 70 метрів). На одній вежі може стояти кілька базових станцій, що працюють в одному з декількох стандартів зв’язку – 2G, 3G, 4G або 5G.
Коли на телефон абонента надходить дзвінок або він набирає номер, апарат відшукує найближчу до нього базову станцію і посилає на неї сигнал “ідентифікації”. Станція приймає цей сигнал, обробляє, а потім перенаправляє в центр комунікації для визначення оператора мобільної мережі і перемикає розмову на найближчу до абонента базову станцію з найсильнішим сигналом оператора.
Системи, які забезпечують бездротовий зв’язок зі смартфонами, споживають багато енергії. Останні дослідження показали, що це споживання особливо збільшується на “останній милі” – ділянці мережі, де дані надходять від провайдера до кінцевого користувача.
Вежі випромінюють радіохвилі в усіх напрямках, вони доходять до всіх телефонів в окрузі. Але відгукується на сигнал тільки телефон користувача, який упізнав у цьому сигналі код, який смартфон передав на базову станцію. Інакше кажучи, на “останній милі” більша частина енергії витрачається “даремно”: поширюючись у просторі, сигнал стикається з різними перешкодами, внаслідок чого він поглинається, відбивається і розсіюється, тобто відбувається втрата значної частини даних.
Оскільки базова станція і смартфони обмінюються даними бездротовою мережею, пошук телефоном одного конкретного сигналу швидше розряджає його акумулятор, крім того, зростає споживання енергії “від мережі” і самої базової станції (вона працює довше).
Щоб забезпечити більш економічне використання енергії базовими станціями і збільшити час роботи смартфонів від одного заряду батареї, необхідно звести до мінімуму втрату бездротового сигналу. Домогтися цього можна, якщо скоротити відстань передачі даних бездротовим середовищем. У такому разі стільникові вежі можна буде зменшити в розмірі, через що вони стануть споживати набагато менше енергії. Про це у своїй статті, опублікованій на сайті електронного архіву препринтів arXiv, розповіли дослідники з Каліфорнійського університету (США).
Вчені використовували програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом Sionna для моделювання передачі даних від базових станцій на мобільні телефони та протестували різні конфігурації мереж на 3D-моделях реальних міст з OpenStreetMap (некомерційний веб-мартографічний проєкт). Метою фахівців було зрозуміти, як покриття різних стандартів мобільного зв’язку скоротить споживання енергії.
Під час моделювання американські вчені з’ясували, що найкраще ефект втрати енергії на “останній милі” знижують щільні покриття 5G, які забезпечуються завдяки заміни однієї більшої базової станції кількома меншими. Експеримент показав, що завдяки такому покриттю можна буде зменшити необхідну висоту розміщення базових станцій до 15 метрів. Це дасть змогу встановлювати комплекс невеликих антен на деревах або вуличних ліхтарних стовпах, тобто для цих систем більше не будуть потрібні спеціальні вежі.
Крім того, вчені дізналися, що таке “ущільнення” призводить приблизно до триразової економії електроенергії в мережах, які використовуються базовими станціями, а також до збільшення часу автономної роботи телефону на 50 відсотків. Якщо заряд батареї смартфона “тримається” 12 годин, то завдяки такій мережі час його роботи збільшиться до 18 годин.
За словами авторів дослідження, ці показники забезпечуються завдяки різкому зниженню потужності передавання даних смартфонами на 10-15 децибел, оскільки невеликі базові станції розташовуватимуться в середньому вп’ятеро ближче до мобільних телефонів, ніж зараз знаходяться вежі.
Сьогодні кількість підключень до мереж 5G зростає в усьому світі. Найбільше цих мереж діє в містах Західної Європи, США, Індії, Китаю.