Nākotnes mobilie tīkli: mazāk bāzes staciju, vairāk ─ saules!

 

Dabas aizsardzība un cīņa pret klimata pārmaiņām ir divi īpaši svarīgi mūsdienu civilizācijas uzdevumi. Arī sakaru tīklu operatoriem ir jāuzņemas sociālā atbildība, rūpes par vides aizsardzību un enerģijas resursu ekonomiju. Un, protams, jāmaksā aizvien pieaugošie elektrības rēķini. Kā ietaupīt enerģiju un nodrošināt stabilas, videi draudzīgas mobilās komunikācijas, optimizējot tīklu un izmantojot alternatīvus enerģijas avotus? Par to ir vērts uzzināt pat tad, ja uzskatāt, ka sakaru nozare salīdzinājumā ar citām patērē mazāk enerģijas un izdala samērā nelielu daudzumu videi kaitīgā oglekļa dioksīda.

 

Un tomēr…

Pēc dažādos avotos publicētiem datiem var spriest, ka mobilās telekomunikācijas ir atbildīgas par aptuveni 0,14 % no globālās CO₂ emisijas un par aptuveni 0,12 % primārās enerģijas patēriņa. Salīdzinājumam – satiksme un transports izraisa 20 % CO₂ emisijas un aptuveni 23 % primārās enerģijas patēriņa. Tomēr, ja saskaitītu kopā CO₂ emisijas apjomu, kas rodas viena vidēji intensīva mobilā tālruņa lietotāja aktivitātes rezultātā, gadā sanāktu iespaidīgs skaitlis – ap 25 kg! Līdzīgu iespaidu uz vidi rada stundu ilga braukšana pa ātrgaitas šoseju vidējas jaudas automašīnā vai 5 W spuldzes kvēlošana cauru gadu.

No otras puses, ir arī tādi statistikas dati, kas liecina, ka daudzi telekomunikāciju operatori intensīvi domā par to, kā ar tehnoloģijas modernizācijas palīdzību noturēt zemu enerģijas patēriņu, un tas viņiem arī izdodas. Daudzi no tiem šobrīd patērē tikpat enerģijas, cik tērēja 1995. gadā, turklāt apkalpojot divreiz vairāk lietotāju. Modernās tehnoloģijas ļauj vēl vairāk samazināt arī CO₂ emisiju visā IKT nozarē. To veicina tehnoloģijas, kuras ir viedtālruņu, gudro māju un biroju pamatā un, jo plašāk tās ieviestos, jo lielāku ieguldījumu tas varētu dot enerģijas taupīšanā un vides pasargāšanā. Nemaz jau nerunājot par to, ka elektroniskā komunikācija savā ziņā glābj vidi no CO₂ piesārņojuma, daudzos gadījumos aizstājot biznesa ļaužu došanos pie darījuma partneriem ar auto.

 

Ericsson optimizētais piedāvājums

Ericsson vairāk nekā desmit gadu ir vadījis mobilo tīklu dzīvescikla vērtēšanas pētījumu. Šī vērtīgā pieredze ir ļāvusi secināt, ka tieši enerģijas patēriņš radiopiekļuves tīklu aktīvajā darbības fāzē rada vislielāko ietekmi uz vidi (radiopiekļuves produkti ir uzņēmuma piedāvājuma lielākā daļa, un tie ir atbildīgi par 75 % netiešās CO₂ emisijas).

Enerģijas efektivitātes optimizācija mobilajās komunikācijās ir trīs soļu process. Pirmais: mobilajos tīklos būtu jāuzstāda pēc iespējas mazāk torņu un bāzes staciju – tikai tik, cik nepieciešams, lai sasniegtu vēlamo pārklājumu, kapacitāti un kvalitāti. Otrais: jāoptimizē gan noteiktu produktu, gan visu bāzes staciju enerģijas efektivitāte, izmantojot nelielus, efektīvus torņus, kur nav vajadzīgas lielas mobilās šūnas, piemēram, kalnainos apvidos vai tur, kur nedaudz iedzīvotāju dzīvo nošķirtās teritorijās. Trešais: pastāvīgi jāturpina pētījumi un izstrādnes, kas saistīti ar tādiem atjaunojamiem enerģijas avotiem kā saule, vējš un biodegviela.

Enerģijas efektivitātes optimizācija ne tikai samazinās ietekmi uz vidi, bet arī mazinās tīkla izmaksas un padarīs komunikācijas pieejamākas visiem. Mobilā tīkla efektivitāte sākas ar labu projektu un turpinās ar optimālu tīkla mezglu veiktspēju. Izmantojot alternatīvos enerģijas avotus – sauli, vēju un biodegvielu –, komunikācijas kļūs pieejamākas un samazināsies atkarība no fosilās degvielas, kas vēl vairāk mazinās iedarbību uz vidi. 

Joprojām ļoti nepieciešami ir jauni risinājumi, kas samazinātu darbības izmaksas un ietekmi uz vidi, izmantojot efektīvākus enerģijas resursus. Aprēķinot perspektīvo klientu bāzi, Ericsson izmantoja no operatoru tīkliem apkopoto radiotorņu, tīkla, klimata un trafika statistiku, lai precīzi noteiktu enerģijas patēriņa palielināšanos. Pamatojoties uz jauno tīkla arhitektūras aprēķinu metodoloģiju, tika radītas tādas radioierīces un bāzes staciju tehnoloģija, kas samazinātu enerģijas patēriņu visā sistēmā – no radioierīcēm, klimata kontroles sistēmām un radiopiekļuves tīkliem (īpaši to izvēršanas laikā) līdz mobilo sakaru tīkliem to darbības laikā.

Ericsson produktu dzīvescikla novērtēšana/noteikšana rāda, ka GSM un WCDMA mobilajos tīklos tieši radiopiekļuves tīkls un konkrēti radio bāzes stacijas (RBS) to lietošanas fāzē izraisa vislielāko CO₂ emisiju – aptuveni divas trešdaļas.

Tāpēc ir pamats uzskatīt, ka ikvienam nopietnam mēģinājumam padarīt mobilās telekomunikācijas efektīvākas un enerģiju taupošākas vajadzētu būt koncentrētam uz radiotīkla veiktspējas palielināšanu, vienlaikus uzlabojot arī citus sektorus, piemēram, bāzes tīklu. Tāpēc svarīgi ir pievērst uzmanību tīkla arhitektūras metodoloģijai, tehniskajiem risinājumiem un alternatīvajiem enerģijas avotiem, kurus var lietot, lai optimizētu mobilā komunikāciju tīkla energoefektivitāti. Starp citu, piesaistot pieredzējušus tīkla konstruktorus jau pašā tīklu būves procesa sākumā, operators parasti var samazināt kopējo tīkla mezglu skaitu tīklā līdz pat 30–50 %. Kā tas panākams? Lūk, kā.

 

Novērtējiet patiesās tīkla vajadzības

Pirms sākat izvērtēt individuālo torņu un iekārtu tehnisko specifikāciju, ieteicams aprēķināt, tieši kāds pārklājums, kapacitāte un kvalitāte tīklam jānodrošina. Vai tiešām pārklājumam visā operatora darbības teritorijā jābūt nepārtrauktam vai arī ir vietas, kur pietiek ar lokālu pārklājumu? Kāda pakalpojuma kvalitāte katrā vietā ir nepieciešama? Vai negaidīts slodzes pieaugums kādā neliela lietojuma teritorijā varētu radīt problēmas? Cik svarīga klientiem ir balss kvalitāte un savienojuma laiks?

Vienlaikus ar šo jautājumu izvērtējumu jāņem vērā arī pašreizējā un perspektīvā biznesa vide. Vai šī paša tirgus segmenta konkurenti ir tikuši jums priekšā, atpaliek vai atrodas līdzīgā situācijā? Vai lielākas kapacitātes prasības nozīmē pārklājuma samazinājumu? Vai būs iespējams paplašināt vai pārbūvēt torņus, palielinoties kapacitātes pieprasījumam tirgū? Un tikai tad, kad rūpīgi izvērtēti visi šie faktori, operators varētu sākt izstrādāt tīkla arhitektūru, iepriekš pārbaudot alternatīvo projekta versiju kopējās izmaksas.

 

Tīkla mezglu optimizācija

Iespējams, varētu domāt, ka 25 gadus pēc pirmo mobilo tālruņu parādīšanās masveida tirgū bāzes, pārraides un radiotīkla iekārtas ir kļuvušas par plaša patēriņa precēm. Taču, kamēr iekārtas vēl darbojas brieduma fāzē un to piedāvājums tirgū ir pietiekami plašs, joprojām ir taisnība, ka kopējie tīkla risinājumi ir labāki nekā to atsevišķo daļu summa. Optimizējot risinājumus, lai panāktu minimālu kopējā īpašuma vērtību (TCO – total cost of ownwership), jāpārvērtē viss projekts un katra komponenta tehniskais risinājums.

Jāatceras, ka, apvienojot labākos vai lētākos komponentus vienā paketē, tas ne vienmēr dod labākos rezultātus. Piemēram, mūsdienīgas mobilās bāzes stacijas, radiotorņi un pārraides iekārtas parasti ir nodrošinātas ar akumulatoru dublēšanas ierīcēm (BBU), gaisa kondicionēšanas iekārtām, kas ļauj pagarināt akumulatoru darbības laiku, un dīzeļģeneratoriem, kas ļauj uzlādēt akumulatorus ilgāku energopiegādes pārtraukumu gadījumos vai arī vietās, kur tiešs pieslēgums energotīklam nav pieejams. 

 

Ericsson piedāvā energoefektīvu risinājumu

Radio bāzes stacijas (RBS) sistēmas eksistē jau labu laiku, bet brīdi pa brīdim tiek izstrādātas jaunas tehnoloģijas, kas uzlabo izejas veiktspēju un energoefektivitāti (skat. 4. attēlu). Piemēram, energoefektivitāti iespējams uzlabot ar galvenā attālinātā risinājuma (main remote solution) palīdzību. Tas ir tornī iebūvēts radiorisinājums, kas var samazināt enerģijas patēriņu par divām trešdaļām. Tradicionālajās radio bāzes stacijās visa aparatūra ir izvietota telpās vai ārpusē uzbūvētā RBS tornī. Radioierīces ir savienotas ar antenām, izmantojot barošanas bloka/palīglīnijas kabeļus, kuri var būt vairākus desmitus metru gari. Parasti puse enerģijas no radioraidītājiem iet zudumā palīglīnijas kabeļos.

Pateicoties mūsdienīgajām integrācijas un miniaturizācijas tendencēm, galveno bloku (main unit) tagad var ievietot tādā kā apvalkā, kurš pārsedz tornī iebūvētos attālināti vadāmos radioblokus (remote radio units), kā parādīts attēlā. Tas nozīmē, ka var divkārt samazināt ieejas jaudu vai arī divreiz palielināt izejas jaudu, ieejas jaudai paliekot nemainīgai. Vārdu sakot, var efektīvi lietot tos milzīgos enerģijas zudumus, kas, neizmantojot šo risinājumu, vienkārši izkūpētu gaisā.

Turklāt šajā gadījumā stipri vienkāršojas gan torņa plānošana, gan uzstādīšana, jo RBS faktiski nav nekādas videi kaitīgas emisijas. Nav vajadzīgas arī dzesēšanas iekārtas, jo galveno bloku var atdzesēt ar dabisko konvekciju.

Galvenais attālinātais risinājums dod iespēju izmantot alternatīvos enerģijas avotus. Torņa galā uzstādīta bāzes stacija, – piemēram, četru transīveru (TRX) RBS, kas nodrošina 33 dBm pie antenas vai divu transīveru RBS, kas nodrošina 43 dBm pie antenas, – patērē mazāk nekā 200 W uz katru radiobloku (unit). Ja nepieciešams, RBS var sadalīt divos sektoros (šūnās). Tas vajag tikai ~ 600 W enerģijas (plus pārraide/pārsūtīšana). Ar tik zemu patēriņu saules vai kombinētie saules un vēja enerģijas risinājumi (plus akumulatori) kļūst pieejami nomaļākās vietās, kur nav tīkla pārklājuma.

Radioierīču energopatēriņu var pazemināt arī ar gaidīšanas režīma vadības sistēmu. RBS ir projektētas tā, lai tiktu galā ar intensīvu komunikāciju slodzes stundās. Parastā triju sektoru šūnā ar četriem TRX katrā sektorā pavisam ir 12 transīveri, kuri ir nepārtrauktā darbības režīmā, lai gan tas ne vienmēr ir vajadzīgs. Ieviešot progresīvas energoresursu vadības shēmas, mazākas slodzes periodos vienu TRX katrā sektorā var ieprogrammēt gaidīšanas režīmā. Tādējādi iespējams ietaupīt 15–25 % enerģijas, turklāt tas nemaz neiespaido pakalpojuma kvalitāti.

Ja šis Ericsson piedāvātais risinājums pilnībā tiktu ieviesta visās GSM bāzes stacijās, būtu iespējams samazināt CO₂ emisiju par miljonu tonnu gadā. Tas ir pielīdzināms emisijai no 330 000 automašīnām, kuras vidēji gadā nobrauc 16 000 kilometru katra.

 

Alternatīvā enerģija mobilajos tīklos

Vietās, kur bāzes stacijas atrodas ārpus elektrības tīkla sniedzamības zonas vai tur, kur energopiegāde nav stabila, bet dīzeļģeneratoru regulāra uzraudzība un degvielas piegāde lielā attāluma dēļ ir pārāk sarežģīta, ir iespējams izmantot vairākus alternatīvos enerģijas veidus, kas turklāt ir pietiekami lēti. Alternatīvā enerģijas avota izvēle ir atkarīga no konkrētās vietas apstākļiem.

Saules enerģijas izmantošana dīzeļģeneratoru vietā ir pazīstama tehnoloģija, kuru jau sen lieto mazas vai vidējas jaudas bāzes stacijās. Mūsdienīgām saules baterijām vairs nav jābūt neizmērojami lielām: vidējas jaudas bāzes stacijai pietiek ar 50 m² lielu siltumu akumulējošo paneli (pirms pieciem gadiem – 200 m²).  

Vēja enerģijas izmantošanas pamatkritērijs ir pareizā (rentablākā) lieluma vēja ģeneratora turbīnas izvēle. Ja rezultāts ir veiksmīgs, vēja ģeneratorus var sekmīgi izmantot arī lielas jaudas bāzes stacijās. Mīnuss – bezvēja gadījumā bez dīzeļa turbīnas neiztikt.

Biodegvielas kategorijā ietilpst: biodīzelis, augu eļļa, metanols, metanols, biogāze u. c. Teorētiski biodīzeli var izmantot parastā dīzeļģeneratoratora motorā bez izmaiņām, tomēr tas jāapstiprina ģeneratoru pārdevējam. Augu eļļas izmantošanas mīnuss ir tāds, ka eļļas augstās viskozitātes dēļ dīzeļa motors ir jāpārveido vai jāizmanto cits dīzeļa motors. Biodīzelis nesatur svinu un sēru, tas nav toksisks un izplūdes gadījumā sadalās 21 dienas laikā.

 

Sagatavots pēc Ericsson pētījuma

Sustainable energy use in mobile communications

 

 

Ericsson Latvia

Duntes ielā 6

Rīgā, LV – 1013

Tālr. 67 09 00 00
Fakss 67 09 00 01
e-pasts: ericsson.latvia@ericsson.com
http://www.ericsson.com/lv