Med tanke på de seismiska chocker som vår värld har utstått enbart under de senaste två åren, verkar det oklokt att ägna sig åt förutsägelser om hur det kommer att se ut om tio år eller mer.

Men vad vi med säkerhet kan förutse är att energiförbrukningen kommer att förbli en av mänsklighetens största bekymmer. Och det brådskande i kampen mot klimatförändringarna kommer att vara ännu mer pressande än det är nu.

Med tanke på dessa två sanningar kan vi inte längre lita på fossila bränslen för att driva ekonomisk tillväxt.

På tal om tillväxt förutspår experter att IT-sektorn fortsätter att blomstra. Det är goda nyheter, eftersom digital teknik bidrar till ökad energieffektivitet och hållbarhet. Ta till exempel telenärvaro, vilket kan minska vårt behov av resor.

Ändå är hållbarhetsutmaningen så massiv att vi inte har råd att ignorera miljöpåverkan från själva IT-infrastrukturen.

Lyckligtvis är konsumenter och industrin alltmer medvetna om denna påverkan. Energieffektivitet håller på att bli ett giltigt försäljningsargument för enheter som smartphones och bärbara datorer. Och särskilt med debatten kring miljökostnaderna för kryptovalutor kan ingen hävda okunnighet om datacenters potentiella inverkan på vår globala energiförbrukning.

Ett av de områden där medvetenheten är relativt bristfällig är energikostnaden för vår trådlösa nätverksinfrastruktur. Leverantörer av basstationer börjar undersöka energieffektiviteten hos sina enheter. Men nätoperatörerna är långsamma att ta hänsyn till den totala energikostnaden för sin verksamhet.

Ur deras synvinkel är det förståeligt. Komplexiteten i ett sådant övervägande är betydande. Och när vi går bortom 5G kommer den komplexiteten bara att öka. De goda nyheterna? Våra modeller för att bedöma den påverkan blir också mer sofistikerade.

Fler basstationer eller mer kraft?

Även om detaljerna fortfarande är under diskussion, är det redan klart att 6G kommer att omfatta flera hårdvaruinnovationer. Exempel är delning av spektrum och infrastruktur, cellfri massiv MIMO och konvergens av kommunikation och avkänning. Men viktigast av allt, 6G kommer att kräva en övergång till högre frekvenser – över 100 GHz.

Dessa faktorer kommer att lägga till den utveckling som redan har börjat med 5G mot mer komplexa nätverksarkitekturer. För det första kommer en övergång till (mycket) högre frekvenser ofta att innebära att varje basstations räckvidd blir (mycket) kortare. Det leder i allmänhet till ett behov av fler basstationer för att säkerställa fullständig täckning med högsta kapacitet.

Är det dåliga nyheter ur energiförbrukningens perspektiv?

Det korta svaret är ja. Som en allmän regel är det mer slösaktigt att lägga till basstationer än att öka uteffekten från en befintlig station. Det finns en enkel anledning till detta:att lägga till fler basstationer innebär att man frikopplar delade resurser som kyla, vilket minskar den totala energieffektiviteten.

Det är en av anledningarna till att massiva MIMO redan är ett värdefullt tillägg till trådlös anslutningsteknik för 5G. Det ökar inte strömförbrukningen per basstation. Samtidigt utökar den räckvidden på nätverksnivå och möjliggör snabbare kommunikation mot flera användare parallellt.

Så är det en bra idé att öka basstationernas effektnivåer ytterligare för att minska behovet av ytterligare basstationer? Kanske ur ett rent teoretiskt perspektiv. Men i den verkliga världen dyker det upp ofta hinder, som lokala och internationella EMF-regler som begränsar exponeringen för elektromagnetisk strålning.

Ett annat övervägande i verkligheten vid design av trådlösa nätverk går utöver antalet klienter inom ett visst område. Det tar också hänsyn till deras bandbreddsbehov. Vi kan inte glömma att bithastigheten även påverkar basstationernas strömförbrukning. Även om 6G kommer att kunna erbjuda astronomiska genomströmningar, borde de vara tillgängliga överallt hela tiden?

Modeller för att optimera energieffektiviteten i 6G-nätverk

Om vi ​​menar allvar med att begränsa energianvändningen av morgondagens komplexa trådlösa nätverksinfrastrukturer, kan vi inte fortsätta att nöja oss med relativt enkla och teoretiska modeller.

Utmaningen ligger i att hitta den optimala balansen mellan energikostnaderna för att lägga till fler basstationer och att öka uteffektnivåerna för varje basstation. Det är en övning som måste upprepas för varje konkret implementering. Och vi måste ta hänsyn till sådana faktorer som den fysiska miljön, befintlig infrastruktur, fördefinierade installationskriterier, bandbreddsbehov för mänskliga och icke-mänskliga användare, EMF-riktlinjer och så vidare.

WAVES-forskargruppen för imec vid Gents universitet har utvecklat ett teknik- och leverantörs-agnostiskt radioaccessnätverk (RAN) designverktyg för just sådana ändamål. Att skapa en 3D-modell av området och fylla den med virtuella användare gör det möjligt för nätverksdesigner att beräkna mängden, platserna och effektnivåerna för basstationer för att säkerställa optimal täckning inom ett givet område. Den stöder redan en mängd olika tekniker och kommer att uppdateras kontinuerligt för att inkludera framväxande sådana som mmWave.

Det bästa sättet att öka 6G-energieffektiviteten

Nyckeln är att använda verktyg som kan hantera både komplexiteten i våra trådlösa nätverk och den i den verkliga världen. Det gör det möjligt för oss att maximalt begränsa energiförbrukningen utan att påverka kvaliteten på tjänsten.

Dessa verktyg kommer att hjälpa till att begränsa den bit som trådlös anslutning tar ut ur världens energibudget. Men det kommer bara att ta oss så långt. På nätverksnivå kommer ingen av de tekniker som övervägs för 6G att erbjuda oss mer frihetsgrader än de vi har nu. Dessa är:basstationernas effektnivåer, deras placering och smarta anpassningar till förändrade datatrafikkrav.

Om vi ​​vill styra energianvändningen i våra trådlösa nätverk måste de tunga lyften göras på enhetsnivå. Genom att utforska nya material och arkitekturer borde vi kunna koppla bort ett språng i prestanda från en motsvarande ökning av energiförbrukningen. Till exempel möjliggör III/V-teknologier inte bara effektivare effektförstärkare. De driver också optimala arkitekturer mot ett minskat antal antenner och analoga komponenter. + Utforska vidare

Använda optisk strålning för att driva en bärbar 5G-basstation