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Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2022-02-21 Origen:Sitio
Se introduce un nuevo espectro llamado milímetro (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 para un área limitada. Esto conduce a varios desafíos en el diseño de la gestión térmica, que se discutirá a continuación.
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrones (IEEE) definió por primera vez la quinta generación de tecnología inalámbrica en 2016. En 2018, el Sector Internacional de Radiocomunicaciones de la Unión de Telecomunicaciones (UIT-R) aprobó un conjunto de requisitos para nuevos estándares globales. Las mayores tasas de datos, menor latencia, ahorro de energía, ahorro de costos y mayor capacidad del sistema se encuentran entre estos. El UIT-R estima que las tasas de datos máximas alcanzarán los 20 gigabits por segundo (GBPS).
5G es una actualización masiva de la cuarta generación de tecnología inalámbrica, transmitiendo datos a tasas 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 rápidas que las redes celulares actuales. El mundo se está volviendo loco por esta nueva tecnología.
Las estaciones base 5G son pequeñas redes de acceso a la radio celular (RAN). Son más pequeños que las estaciones de base macro tradicionales y tienen cobertura limitada. Esto requiere la necesidad de muchas estaciones base para proporcionar cobertura completa.
Las altas tasas 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 estaciones base macro necesarias para cubrir un área determinada sería prohibitivamente costosa.
La estación base de células pequeñas es un componente vital de la infraestructura inalámbrica de quinta generación. Son menos costosos de desplegar y requieren menos energía que las estaciones de base macro tradicionales. Sin embargo, tienen algunas limitaciones. El área de cobertura es menor, 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 del centro y centros comerciales. Las estaciones base macro proporcionan cobertura a un área de varios kilómetros cuadrados. Estas estaciones proporcionan cobertura en áreas no cubiertas por la red de células pequeñas. La estación base macro se implementa de forma centralizada y está conectada a otros componentes de infraestructura celular a través del cable de fibra óptica.
Las estaciones de base de micro se encuentran en áreas con menos demanda de servicios inalámbricos, como ubicaciones rurales o suburbanas. Las estaciones de base micro cubren varios metros cuadrados y usan un espectro dedicado que no se comparte con otros usuarios.
La estación de micro base se implementa de manera distribuida y está conectada a otros componentes de infraestructura celular a través de enlaces inalámbricos. Es importante tener en cuenta que la estación Micro Base no es un reemplazo para la estación base macro. En su lugar, proporciona 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 a la radio (AAU) y la unidad de banda base (BBU). El AAU es responsable de transmitir y recibir señales de datos. La BBU es responsable de procesar y administrar el tráfico en la red.
El AAU consiste en algunos componentes, incluyendo:
La radio transmite y recibe señales de datos. Convierte la información digital en una señal analógica transmitida sobre las ondas aéreas.
La antena transmite y recibe señales de RF de los dispositivos de usuario. Debe ubicarse 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 a partir de los datos digitales. También convierte la señal analógica recibida de nuevo en un formulario digital para ser procesado por otros componentes de la estación base.
El procesador es responsable de procesar los datos digitales. Debe ser lo suficientemente poderoso como para manejar el tráfico significativo que pasa a través de una estación base diariamente.
El transceptor recibe y transmite señales de RF desde los dispositivos de usuario. Transmitiendo sobre las ondas aéreas, convierte los datos digitales en una señal analógica.
La BBU consiste en los siguientes componentes:
El controlador es responsable de administrar el tráfico en la red. Asignación de ancho de banda y garantiza que todos los usuarios acceden a los recursos requeridos.
Las estaciones base almacenan los datos que se procesan en la memoria. Debe tener una gran capacidad para manejar todo el tráfico que pasa a través de una estación base diariamente.
La interfaz permite que la estación base se conecte a otros componentes de la infraestructura celular. Debe tener una alta velocidad de datos para manejar todo el tráfico que pasa a través de una estación base diariamente.
La fuente de alimentación proporciona electricidad para todos los componentes en la BBU. Las estaciones base requieren una gran cantidad de energía, por lo que el dispositivo debe poder manejarlo.
El AAU y la BBU están conectados 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, que 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 ubicados en áreas con una línea de visión clara entre ellos.
Para proporcionar cobertura para un área grande, una estación base inalámbrica 5G requiere mucha potencia. La fuente de alimentación debe manejar los requisitos de alta potencia del AAU y BBU. Además, la estación base debe estar ubicada en un área donde tenga acceso a una fuente confiable de electricidad.
El consumo de energía promedio de una estación base inalámbrica de quinta generación es de aproximadamente 500 vatios. El número de antenas elegidas puede afectar esto, al igual que el tipo de área de cobertura que se sirve.
El consumo de energía se puede clasificar en tres categorías principales:
El consumo de energía computacional es la energía que se requiere para procesar los datos. Para proporcionar cobertura para un área grande requiere mucha potencia de procesamiento.
Esto incluye la modulación de la señal y la demodulación, detección de errores y corrección, cifrado y descifrado, y otras tareas. La cantidad de consumo de energía computacional depende de la cantidad de tráfico que está siendo atendido 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 sobre 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 de cada componente que necesita proporcionar cobertura para el área deseada.
El consumo de energía adicional es la energía requerida para alimentar todos los componentes en la BBU. Esto incluye cosas como el controlador, la memoria, la interfaz y la fuente de alimentación. La cantidad de consumo de energía adicional depende de la cantidad de componentes que se incluyen en la BBU y sus requisitos de energía.
Para proporcionar cobertura para un área grande requiere mucha potencia. La fuente de alimentación debe manejar los requisitos de alta potencia tanto de la AAU como de 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 se están volviendo cada vez más complejas, y como resultado, están generando más calor. Esto presenta muchos desafíos para los diseñadores de estos sistemas.
Un desafío es asegurarse de que los componentes en la BBU no se sobrecalienten. Esto se puede hacer utilizando placas líquidas en frío para enfriar el AAU y la BBU. Una placa fría líquida es un dispositivo que utiliza enfriamiento líquido 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 asegurarse de que las placas frías líquidas puedan manejar los requisitos de alta potencia tanto de la AAU como de BBU. Además, deben ubicarse en un área donde tengan acceso a una fuente confiable de líquido líquido de enfriamiento, como agua o etilenglicol.
El diseño de la placa de frío líquido también debe considerar las restricciones de costos, peso y tamaño. Los tubos líquidos incrustados en la placa fría deben ser lo suficientemente flexibles como para moverse entre sí sin causar daños o fugas. Además, no debe agregar mucho peso adicional sobre componentes ya pesados como las antenas y las baterías utilizadas para las fuentes de alimentación de respaldo.
Una solución a estos problemas es el enfriamiento líquido. El enfriamiento líquido utiliza líquido para transferir el calor de los componentes electrónicos que generan demasiado calor y lo disipe en otros lugares, generalmente en el aire circundante o el líquido.
Esto permite las densidades de potencia más altas porque no hay necesidad de flujo de aire a través de un disipador de calor que cree resistencia y turbulencia. El enfriamiento líquido también permite una operación más silenciosa, ya que el líquido no hace ningún ruido cuando se mueve a través de los tubos a altas velocidades, como el aire, se soplaría sobre un área con ventiladores u otros dispositivos como aerogeneradores.
Las soluciones de enfriamiento líquido se están volviendo cada vez más populares en la industria de TI porque ofrecen muchas ventajas sobre los métodos de enfriamiento de aire tradicionales, como menores niveles de ruido y una mayor confiabilidad debido al líquido, siendo menos propensos que las corrientes de aire que causan la turbulencia que causa el desgaste en los componentes a lo largo del tiempo.
Además, las placas líquidas en frío 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 los entornos limitados como los centros de datos y las estaciones base inalámbricas.
En conclusión, el enfriamiento líquido es una solución viable al problema del sobrecalentamiento en estaciones base inalámbrica 5G. El enfriamiento líquido permite una mayor densidad de potencia debido a su capacidad para transferir calor lejos de los componentes electrónicos y disiparlo en otros lugares sin crear resistencia o turbulencia que se produzca si se usara el aire. Los desafíos mencionados anteriormente y las soluciones deben considerarse al diseñar una solución de enfriamiento líquido para una estación base inalámbrica de quinta generación.
