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Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2022-02-21 Origen:Sitio
Se introduce un nuevo espectro llamado onda milimétrica (mmWave) en la quinta generación de tecnología inalámbrica.mmWave puede transmitir datos a velocidades de hasta 20 gigabits por segundo, que es 100 veces más rápido que las redes celulares actuales.Las estaciones base 5G deben estar juntas para proporcionar una cobertura completa en un área limitada.Esto genera varios desafíos en el diseño de la gestión térmica, que se analizarán a continuación.
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) definió por primera vez la quinta generación de tecnología inalámbrica en 2016. En 2018, el Sector de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-R) aprobó un conjunto de requisitos para nuevos estándares globales.Entre estos se encuentran velocidades de datos más altas, latencia más baja, ahorro de energía, ahorro de costos y mayor capacidad del sistema.El ITU-R estima que las tasas máximas de datos alcanzarán los 20 gigabits por segundo (Gbps).
5G es una actualización masiva de la cuarta generación de tecnología inalámbrica, que transmite datos a velocidades de hasta 100 megabits por segundo (Mbps).Esta tecnología se utiliza en computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y otros dispositivos.La quinta generación de tecnología inalámbrica transmitirá datos a velocidades de hasta 20 Gbps, 100 veces más rápido que las redes celulares actuales.El mundo se está volviendo loco con esta nueva tecnología.
Las estaciones base 5G son redes de acceso de radio de celdas pequeñas (RAN).Son más pequeñas que las estaciones base macro tradicionales y tienen una cobertura limitada.Esto requiere la necesidad de muchas estaciones base para proporcionar una cobertura completa.
Las altas velocidades de datos y la baja latencia de la tecnología inalámbrica 5G requieren un nuevo tipo de estación base.La estación base macro tradicional no puede proporcionar el nivel de servicio requerido.Además, el número de macroestaciones base necesarias para cubrir un área dada sería prohibitivamente costoso.
La estación base de celda pequeña es un componente vital de la infraestructura inalámbrica de quinta generación.Son menos costosos de implementar y requieren menos energía que las macro estaciones base tradicionales.Sin embargo, tienen algunas limitaciones.El área de cobertura es más pequeña y las tasas de datos son más bajas que las que se pueden lograr con una estación base macro.
Las estaciones base 5G vienen en dos tipos:
Estos son los fundamentos de la red.Están ubicados en áreas con alta demanda de servicios inalámbricos, como centros urbanos céntricos y centros comerciales.Las macroestaciones base brindan cobertura a un área de varios kilómetros cuadrados.Estas estaciones brindan cobertura en áreas no cubiertas por la red de celdas pequeñas.La estación base macro se implementa de forma centralizada y se conecta a otros componentes de la infraestructura celular a través de un cable de fibra óptica.
Las microestaciones base están ubicadas en áreas con menor demanda de servicios inalámbricos, como zonas rurales o suburbanas.Las microestaciones base cubren varios metros cuadrados y usan un espectro dedicado que no se comparte con otros usuarios.
La microestación base se implementa de forma distribuida y se conecta a otros componentes de la infraestructura celular a través de enlaces inalámbricos.Es importante tener en cuenta que la microestación base no sustituye a la macroestación base.En cambio, brinda cobertura en áreas donde una estación base macro no sería económicamente factible.
El equipo principal para una estación base inalámbrica 5G es la unidad de acceso por radio (AAU) y la unidad de banda base (BBU).La AAU es responsable de transmitir y recibir señales de datos.La BBU es responsable de procesar y administrar el tráfico en la red.
La AAU consta de algunos componentes, que incluyen:
La radio transmite y recibe señales de datos.Convierte la información digital en una señal analógica transmitida a través de las ondas de radio.
La antena transmite y recibe señales de RF de los dispositivos del usuario.Debe estar ubicado en un lugar con una línea de visión clara para los usuarios.
El módem es responsable de modular y demodular las señales de RF.Las señales analógicas se transmiten a través de las ondas de radio a partir de datos digitales.También convierte la señal análoga recibida nuevamente en una forma digital para ser procesada por otros componentes de la estación base.
El procesador es responsable de procesar los datos digitales.Debe ser lo suficientemente potente como para manejar el tráfico significativo que pasa diariamente a través de una estación base.
El transceptor recibe y transmite señales de RF desde los dispositivos del usuario.Transmitiendo a través de las ondas de radio, convierte los datos digitales en una señal analógica.
La BBU consta de los siguientes componentes:
El controlador es responsable de administrar el tráfico en la red.Asigna ancho de banda y garantiza que todos los usuarios accedan a los recursos necesarios.
Las estaciones base almacenan los datos a procesar en la memoria.Debe tener una gran capacidad para manejar todo el tráfico que pasa diariamente por una estación base.
La interfaz permite que la estación base se conecte a otros componentes de la infraestructura celular.Debe tener una tasa de datos alta para manejar todo el tráfico que pasa a través de una estación base diariamente.
La fuente de alimentación proporciona electricidad para todos los componentes de la BBU.Las estaciones base requieren mucha energía, por lo que el dispositivo debe poder manejarla.
La AAU y la BBU están conectadas a través de un cable de fibra óptica.La fibra óptica transmite datos de un componente a otro a velocidades muy altas.También permite largas distancias entre componentes, lo cual es necesario para cubrir grandes áreas con servicios inalámbricos.
La fibra óptica se compone de tres partes: un núcleo, un revestimiento y un revestimiento.Tanto la AAU como la BBU deben estar ubicadas en áreas con una línea de visión clara entre ellas.
Para brindar cobertura en un área grande, una estación base inalámbrica 5g requiere mucha energía.La fuente de alimentación debe manejar los requisitos de alta potencia de AAU y BBU.Además, la estación base debe estar ubicada en un área donde tenga acceso a una fuente confiable de electricidad.
El consumo medio de energía de una estación base inalámbrica de quinta generación es de unos 500 vatios.La cantidad de antenas elegidas puede afectar esto, al igual que el tipo de área de cobertura a la que se sirve.
El consumo de energía se puede clasificar en tres categorías principales:
El consumo de potencia computacional es la energía que se requiere para procesar los datos.Proporcionar cobertura para un área grande requiere mucha potencia de procesamiento.
Esto incluye modulación y demodulación de señales, detección y corrección de errores, cifrado y descifrado, y otras tareas.La cantidad de consumo de energía computacional depende de la cantidad de tráfico que haya en el área atendida por la estación base.
El consumo de energía de transmisión es la energía requerida para transmitir señales de un componente a otro a velocidades muy altas en largas distancias a través de un cable de fibra óptica o un enlace inalámbrico como LTE/LTE+.
El consumo de energía de transmisión depende de la distancia que necesita cada componente para proporcionar cobertura para el área deseada.
El consumo de energía adicional es la energía necesaria para alimentar todos los componentes de la BBU.Esto incluye elementos como el controlador, la memoria, la interfaz y la fuente de alimentación.La cantidad de consumo de energía adicional depende de cuántos componentes se incluyen en la BBU y sus requisitos de energía.
Proporcionar cobertura para un área grande requiere mucha energía.La fuente de alimentación debe manejar los requisitos de alta potencia tanto de la AAU como de la BBU.Además, la estación base debe estar ubicada en un área donde tenga acceso a una fuente confiable de electricidad.
Las estaciones base inalámbricas de quinta generación son cada vez más complejas y, como resultado, generan más calor.Esto presenta muchos desafíos para los diseñadores de estos sistemas.
Un desafío es garantizar que los componentes de la BBU no se sobrecalienten.Esto se puede hacer usando placas frías líquidas para enfriar la AAU y la BBU.Una placa fría líquida es un dispositivo que utiliza refrigeración líquida para disipar el calor de los componentes electrónicos.
El líquido se bombea a través de pequeños tubos incrustados en la placa fría.El calor se dispersa en el aire circundante conectando los tubos a un radiador.
Otro desafío es garantizar que las placas frías líquidas puedan manejar los requisitos de alta potencia tanto de AAU como de BBU.Además, deben estar ubicados en un área donde tengan acceso a una fuente confiable de líquido refrigerante, como agua o etilenglicol.
El diseño de la placa fría para líquidos también debe tener en cuenta las limitaciones de costo, peso y tamaño.Los tubos de líquido incrustados en la placa fría deben ser lo suficientemente flexibles para moverse entre sí sin causar daños ni fugas.Además, no debería agregar demasiado peso adicional a los componentes que ya son pesados, como antenas y baterías que se usan para las fuentes de alimentación de respaldo.
Una solución a estos problemas es la refrigeración líquida.La refrigeración líquida utiliza líquido para transferir el calor lejos de los componentes electrónicos que generan demasiado calor y lo disipan en otros lugares, generalmente en el aire o el líquido circundante.
Esto permite densidades de potencia más altas porque no hay necesidad de flujo de aire a través de un disipador de calor que crea resistencia y turbulencia.La refrigeración líquida también permite un funcionamiento más silencioso, ya que el líquido no hace ningún ruido cuando se mueve a través de los tubos a altas velocidades, como si el aire soplara sobre un área con ventiladores u otros dispositivos como turbinas eólicas.
Las soluciones de refrigeración líquida se están volviendo cada vez más populares en la industria de TI porque ofrecen muchas ventajas sobre los métodos tradicionales de refrigeración por aire, como niveles de ruido más bajos y mayor confiabilidad debido a que el líquido es menos propenso que las corrientes de aire a causar turbulencias que provocan el desgaste de los componentes con el tiempo.
Además, las placas frías para líquidos permiten un uso más eficiente del espacio, ya que el líquido ocupa mucho menos espacio que el aire cuando se calienta.Esto es importante para entornos restringidos como centros de datos y estaciones base inalámbricas.
En conclusión, la refrigeración líquida es una solución viable al problema del sobrecalentamiento en las estaciones base inalámbricas 5G.La refrigeración líquida permite densidades de potencia más altas debido a su capacidad para transferir el calor de los componentes electrónicos y disiparlo en otros lugares sin crear la resistencia o la turbulencia que se produciría si se utilizara aire en su lugar.Los desafíos mencionados anteriormente y las soluciones deben tenerse en cuenta al diseñar una solución de refrigeración líquida para una estación base inalámbrica de quinta generación.
