Risparmio energetico nelle reti (NES)

Risparmio energetico nelle reti (NES)

Ottimizzazione del consumo energetico delle reti RAN

Efficienza energetica per reti mobili

L'ottimizzazione dei costi e l'impegno verso il net zero hanno fatto dell'efficienza energetica una priorità strategica per gli operatori di rete mobile. In un sondaggio di GSMA Intelligence del 2023, gli operatori hanno classificato la sostenibilità come l'area più importante della trasformazione della rete.

In media, nonostante i continui miglioramenti in termini di efficienza, l'utilizzo di energia rappresenta il 20-40% delle spese operative (OpEx) degli operatori di reti mobili. L'ottimizzazione dei costi è una questione urgente nel contesto della bassa crescita dei ricavi nel settore delle telecomunicazioni, in particolare a fronte della continua pressione esercitata dalle nuove installazioni 5G sulle spese di capitale della rete (CapEx). Eliminando il 5-10% dalle spese operative per l'energia, il flusso di cassa migliorerebbe di 2-3 punti percentuali, anche senza variazioni nella crescita dei ricavi. La sostenibilità è una priorità assoluta anche per i consumatori, con il 30-60% dei clienti delle telecomunicazioni che afferma di essere disposto a pagare supplementi per tariffe mobili a zero emissioni di carbonio.

La rete di accesso radio (RAN) è responsabile della maggior parte dell'energia consumata da un tipico sistema di telecomunicazioni mobili, e le unità radio (O-RU) rappresentano il fattore più significativo del consumo totale di energia. Il consumo energetico della RAN comprende l'utilizzo di energia da parte di BTS, Nodi B, eNodeB e gNodeB, nonché l'energia utilizzata dalle infrastrutture associate, come l'aria condizionata, gli inverter e i raddrizzatori. Include anche l'energia utilizzata dai ripetitori e tutto il consumo energetico associato al trasporto backhaul.

Consumo energetico della rete suddiviso per dominio
Consumo energetico della rete suddiviso per dominio

Efficienza energetica per le unità radio O-RAN

Lo standard Open RAN (O-RAN) costituisce un approccio trasformativo alle reti di telecomunicazione che sostiene:

  • Disaggregazione di componenti hardware e software
  • Adozione di interfacce aperte
  • Utilizzo di virtualizzazione e architetture cloud-native.

Lo standard O-RAN sostituisce i tradizionali sistemi proprietari e promuove l'interoperabilità tra apparecchiature di fornitori diversi. Ciò consente una maggiore innovazione, flessibilità ed efficienza nell'implementazione e nella gestione dei servizi di rete.

Il divario tecnologico tra la RAN tradizionale e la O-RAN si sta riducendo. Alcuni elementi delle reti O-RAN, come le unità radio (RU) macro non complesse e le piattaforme cloud, sono pronti per essere dispiegati su larga scala.

La trasmissione dati 5G è molto più efficiente di quella 4G, ma si prevede che il consumo di energia aumenterà drasticamente man mano che le reti cellulari inizieranno a supportare velocità di trasmissione dati più elevate. Le unità radio O-RAN (O-RU) sono responsabili del 60-80% del consumo energetico totale di una rete mobile 5G. Per questo motivo, l'efficienza energetica delle O-RU è una priorità elevata per gli operatori di rete. L'obiettivo generale è che le reti O-RAN siano altamente efficienti sotto il profilo energetico senza che vengano sacrificati elementi dello standard O-RAN, come il passaggio al cloud e la disaggregazione.

Le vostre sfide per il risparmio energetico nelle reti

Ogni nuova generazione di tecnologia cellulare è più efficiente della precedente. Dal 2G l'efficienza energetica è migliorata notevolmente, grazie a nuove tecniche di modulazione che migliorano la qualità del segnale trasmesso e utilizzano meno energia per bit. Il 4G e il 5G sono almeno cinque volte più efficienti sul piano energetico rispetto al 3G, e il 5G MIMO massiccio (M-MIMO) è almeno tre volte più efficiente, in termini energetici, rispetto al 4G M-MIMO. In assenza di interventi di mitigazione, tuttavia, si prevede che il consumo di energia salga ancora alle stelle, perché le reti cellulari stanno diventando sempre più dense per supportare le velocità di trasmissione dei dati sempre più elevate richieste dagli utenti.

Per densificazione della rete si intende la distribuzione di molte stazioni base di piccole dimensioni (o gNB nel 5G) per aumentare la capacità della rete riutilizzando le frequenze in modo efficiente. Il MIMO massiccio sfrutta grandi array di antenne per creare fasci spaziali stretti e servire simultaneamente più utenti con le stesse risorse di tempo-frequenza. A un maggiore throughput degli utenti corrisponde un maggiore consumo energetico:

  • Le nuove stazioni base e i gNB contribuiscono al consumo di energia.
  • Le stazioni radio base possono essere dotate di grandi array di antenne e ciascuno di questi elementi richiede un hardware che consuma energia.

Dal punto di vista dei test e delle misure, le sfide principali sono:

  • Monitoraggio simultaneo di tensione, corrente e potenza con qualità RF (prestazioni) in diverse condizioni di carico del traffico
  • Monitoraggio dinamico in tempo reale
  • Isolamento dei sottoelementi di rete fino al livello del chipset
  • Caratterizzazione della RAN virtualizzata (vRAN)

Soluzioni ad alte prestazioni per il risparmio energetico della rete

La soluzione più economica per misurare il consumo energetico delle unità radio convenzionali o di quelle O-RAN è un alimentatore. Inoltre, offre un'elevata risoluzione e accuratezza di misura per periodi di tempo più lunghi.

La serie di alimentatori R&S®NGP di Rohde & Schwarz fornisce un'uscita stabile al dispositivo in prova (DUT). L'alimentatore R&S®NGP misura con precisione il consumo energetico complessivo con risoluzioni temporali di 8 ms.

Un'altra opzione è quella di utilizzare un oscilloscopio con sonde di corrente e tensione. Per questo, offriamo:

  • Oscilloscopio R&S®RTO6: lo strumento migliore per correlare la dinamica del consumo di energia alle variazioni del segnale RF trasmesso
  • Oscilloscopio MXO4: ideale per monitorare le misure della potenza dinamica anche in caso di rapide variazioni di carico

Entrambi gli strumenti si accoppiano perfettamente con la sonda di corrente R&S®RT ZC31 e con la sonda differenziale ad alta tensione R&S®RT ZHD07. A seconda dell'applicazione, si può prendere in considerazione anche la sonda di potenza ad alta dinamica R&S®RT ZVC, ideale per il debug del consumo di energia di singoli componenti O RU.

In una collaborazione con VIAVI Solutions, inoltre, abbiamo sviluppato una soluzione di test completamente automatizzata per verificare l'efficienza energetica delle O-RU. Questa configurazione comprende l'oscilloscopio R&S®RTO6 e un alimentatore R&S®NGP con tutte le sonde necessarie. L'intera configurazione è controllata e automatizzata da O-RU Test Manager Application (O-RU TMA) di VIAVI, che esegue gli script di test di efficienza energetica definiti dalla specifica di test dell'O-RAN ALLIANCE Fronthaul Working Group Conformance (O-RAN.WG4.CONF.), i casi di test definiti dall'ETSI (ES 202 706-1) o script di test specifici dell'utente.

Oscilloscopio R&S®RTO6

Debug veloce con larghezze di banda fino a 6 GHz e misure di potenza con trigger di eventi

Informazioni sul prodotto

Oscilloscopio MXO4

La frequenza di aggiornamento in tempo reale più veloce al mondo con alta risoluzione per misure di potenza precise

Informazioni sul prodotto

Famiglia di alimentatori R&S®NGP800

Uscita stabile per l'alimentazione di (O-)RU con collegamento in serie/parallelo per alta tensione/corrente

Informazioni sul prodotto

Software esploratore dei segnali vettoriali R&S®VSE

Software per l'oscilloscopio R&S®RTO6 utilizzato per l'analisi della qualità RF dei dati trasmessi

Informazioni sul prodotto

Generatore di segnali vettoriali R&S®SMM100A

Eccellenti caratteristiche RF sull'intera gamma di frequenze con supporto per i casi di test O-RAN

Informazioni sul prodotto

Analizzatore di spettro e segnali R&S®FSVA3000

Larghezza di banda più ampia della categoria ed eccellenti prestazioni RF e usabilità

Informazioni sul prodotto

I vantaggi delle nostre soluzioni per il risparmio energetico della rete

Le soluzioni Rohde & Schwarz offrono funzionalità complete per la misura del consumo energetico di RU e O-RU. La nostra configurazione completamente automatica con VIAVI Solutions supporta la specifica di test dell'O-RAN ALLIANCE Fronthaul Working Group Conformance (O-RAN.WG4.CONF.) e i casi di test ETSI ES 202 706-1 V1.6.1 (2021-01).

Tra gli altri vantaggi vi sono:

  • Facilità d'uso: una vera e propria soluzione SPOC (Single Point of Control) che supporta O-RU R&D e test di conformità
  • Completa automazione: costi operativi ridotti
  • Scalabilità dalla ricerca e sviluppo ai test di conformità: rispondenza agli standard industriali e normativi
  • Assistenza clienti: eccellenti supporto tecnico e risorse su scala mondiale

Volete discutere i vostri casi specifici di test con i nostri esperti?

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Network energy saving testing
Video: Network energy saving testing

In this demo, Rohde & Schwarz and VIAVI Solutions in collaboration with Analog Devices are showcasing how advanced energy saving features on an O-RU platform save energy under real-world traffic loads.

Watch Video

Video: Test di efficienza energetica O-RU

Guardate questo video e scoprite come gli strumenti R&S NGP alimentano l'unità radio e monitorano le statistiche di tensione e corrente nel tempo.

Guarda un video

Scheda applicativa: Verifica dell'efficienza energetica delle unità radio O-RAN

Le unità radio O-RAN (O-RU) contribuiscono in modo significativo all'elevato consumo energetico delle reti 5G. Rendere le O-RU efficienti dal punto di vista energetico senza sacrificare le innovazioni delle O-RAN è una priorità assoluta.

Maggiori informazioni

Poster: Topologia di rete RAN aperta

Scaricate questo poster per una panoramica dell'architettura O-RAN disaggregata RAN, delle varie opzioni di suddivisione dei livelli inferiori (LLS) e dell'interfaccia di fronthaul O-RAN.

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