Considerando os choques sísmicos que nosso mundo sofreu nos últimos dois anos, parece imprudente fazer previsões sobre como será em dez anos ou mais.
Mas o que podemos prever com certeza é que o consumo de energia continuará sendo uma das maiores preocupações da humanidade. E a urgência da luta contra as mudanças climáticas será ainda mais premente do que é agora.

Dadas essas duas verdades, não podemos mais confiar nos combustíveis fósseis para impulsionar o crescimento econômico.

Falando em crescimento, os especialistas prevêem que o setor de TI continue crescendo. Isso é uma boa notícia, pois as tecnologias digitais contribuem para uma maior eficiência energética e sustentabilidade. Veja a telepresença, por exemplo, que pode reduzir nossa necessidade de viajar.

No entanto, o desafio da sustentabilidade é tão grande que não podemos ignorar o impacto ambiental da própria infraestrutura de TI.

Felizmente, os consumidores e a indústria estão cada vez mais conscientes desse impacto. A eficiência energética está se tornando um ponto de venda válido para dispositivos como smartphones e laptops. E especialmente com o debate em torno do custo ambiental das criptomoedas, ninguém pode alegar desconhecimento do impacto potencial dos data centers em nosso consumo global de energia.

Uma das áreas em que a conscientização está relativamente ausente é o custo de energia de nossa infraestrutura de rede sem fio. Os fornecedores de estações base estão começando a analisar a eficiência energética de seus dispositivos. Mas as operadoras de rede demoram a considerar o custo total de energia de suas operações.

Do ponto de vista deles, isso é compreensível. A complexidade de tal consideração é substancial. E quando formos além do 5G, essa complexidade só aumentará. As boas notícias? Nossos modelos para avaliar esse impacto também estão se tornando mais sofisticados.

Mais estações base ou mais energia?

Embora os detalhes ainda estejam em discussão, já está claro que o 6G englobará várias inovações de hardware. Exemplos são o compartilhamento de espectro e infraestrutura, MIMO massivo sem células e a convergência de comunicação e sensoriamento. Mas, o mais importante, o 6G exigirá uma mudança para frequências mais altas - acima de 100 GHz.

Esses fatores se somarão à evolução que já começou com o 5G em direção a arquiteturas de rede mais complexas. Por um lado, uma mudança para frequências (muito) mais altas geralmente significa que o alcance de cada estação base ficará (muito) menor. Isso geralmente leva à necessidade de mais estações base para garantir uma cobertura completa com a mais alta capacidade.

Isso é uma má notícia do ponto de vista do consumo de energia?

A resposta curta é sim. Como regra geral, é mais dispendioso adicionar estações base do que aumentar a potência de saída de uma estação existente. Há uma razão direta para isso:adicionar mais estações base significa desacoplar recursos compartilhados, como resfriamento, o que diminui a eficiência energética geral.

Essa é uma das razões pelas quais o MIMO maciço já é uma adição valiosa às tecnologias de conectividade sem fio para 5G. Não aumenta o consumo de energia por estação base. Enquanto isso, ele expande o alcance no nível da rede e permite uma comunicação mais rápida para vários usuários em paralelo.

Portanto, é uma boa ideia aumentar ainda mais os níveis de potência das estações base para diminuir a necessidade de estações base adicionais? Talvez, de uma perspectiva puramente teórica. Mas no mundo real, os obstáculos aparecem com frequência, como os regulamentos EMF locais e internacionais que limitam a exposição à radiação eletromagnética.

Outra consideração do mundo real no projeto de redes sem fio vai além do número de clientes em uma determinada área. Também leva em consideração suas necessidades de largura de banda. Não podemos esquecer que a taxa de bits também afeta o consumo de energia das estações base. Embora o 6G possa oferecer rendimentos astronômicos, eles devem estar disponíveis em todos os lugares o tempo todo?

Modelos para otimizar a eficiência energética de redes 6G

Se levarmos a sério a limitação do uso de energia das complexas infraestruturas de rede sem fio de amanhã, não podemos continuar nos contentando com modelos relativamente simples e teóricos.

O desafio está em encontrar o equilíbrio ideal entre os custos de energia de adicionar mais estações base e aumentar os níveis de potência de cada estação base. Esse é um exercício que deve ser repetido para cada implementação concreta. E precisamos considerar fatores como ambiente físico, infraestrutura existente, critérios de instalação predefinidos, necessidades de largura de banda de usuários humanos e não humanos, diretrizes EMF e assim por diante.

O grupo de pesquisa WAVES do imec na Universidade de Ghent desenvolveu uma ferramenta de projeto de rede de acesso de rádio (RAN) independente de tecnologia e fornecedor para precisamente esses fins. Criar um modelo 3D da área e preenchê-lo com usuários virtuais permite que os projetistas de rede calculem a quantidade, os locais e os níveis de energia das estações base para garantir a cobertura ideal em uma determinada área. Ele já suporta uma variedade de tecnologias e será continuamente atualizado para incluir as emergentes, como mmWave.

A melhor maneira de aumentar a eficiência energética 6G

A chave é usar ferramentas que possam gerenciar tanto a complexidade de nossas redes sem fio quanto a do mundo real. Isso nos permite limitar ao máximo o consumo de energia sem afetar a qualidade do serviço.

Essas ferramentas ajudarão a limitar a fatia que a conectividade sem fio tira do orçamento mundial de energia. Mas isso só nos levará até certo ponto. No nível da rede, nenhuma das tecnologias consideradas para o 6G nos oferecerá mais graus de liberdade do que as que temos agora. São eles:os níveis de energia das estações base, suas localizações e adaptações inteligentes às demandas de tráfego de dados em constante mudança.

Se quisermos controlar o uso de energia de nossas redes sem fio, o trabalho pesado terá que ser feito no nível do dispositivo. Ao explorar novos materiais e arquiteturas, devemos ser capazes de desvincular um salto no desempenho de um aumento proporcional no consumo de energia. Por exemplo, as tecnologias III/V não permitem apenas amplificadores de potência mais eficientes. Eles também direcionam arquiteturas ideais para um número reduzido de antenas e componentes analógicos. + Explorar mais

Usando o feixe óptico para alimentar uma estação base 5G portátil