Alcatel-Lucent: Leistungsaufnahme um 50 Prozent reduziert

Die Leistungsaufnahme von Mobilfunkhetzen der vierten Generation um die Hälfte zu senken? Dass dies möglich ist, zeigte Ulrich Barth von den Bell Labs in Stuttgart auf dem Bell Labs Open Day 2010.

Die größte Leistung innerhalb des Mobilefunknetzes nimmt die Basisstation auf, die allein schon 70 bis 80 Prozent der Gesamtleistung schluckt. Davon wiederum wandern 50 bis 80 Prozent in den Leistungsverstärker. Im Rahmen des EARTH-Projekts (Energy Aware Radio and Network Technologies) haben sich die Ingenieure der Bell Labs verschieden Methoden überlegt, wie die Leistungsaufnahme um den Faktor 2 reduziert werden kann. Damit sind sie den ersten Schritt auf dem Weg gegangen, die Leistungsaufnahme in den Mobilfunknetzen drastisch – bis um den Faktor 10.000 – zu senken. Mehr dazu lesen Sie hier.

Eine nahe liegende Idee: Die Funkzellen kleiner zu machen, dann reduziert sich auch die Leistungsaufnahme der Leistungsverstärker, denn sie haben nun weniger Fläche abzudecken. Allerdings sind dann mehr Zellen erforderlich, deren Leistungssaufnahme im Standby-Betrieb  die Gesamtrechnung leider wieder verdirbt.

Viel versprechender ist es daher, kleine und große Zellen zu kombinieren und intelligent zu steuern. Die einzelnen kleinen Zellen im heterogenen Netzwerk dann je nach Bedarf in Schlafmodi zu versetzen und die Bandbreite dem aktuellen Bedarf anzupassen, könnte deutlich Energie sparen. Doch es gibt natürlich Hürden, etwa die Leistungsverstärker selber. Sinkt die Bandbreite von 20 MHz auf 5 MHz, dann sinkt ihr Wirkungsgrad ebenfalls deutlich ab, was wieder Energie kostet.
Also arbeiten die Forscher daran, Leistungsverstärker zu entwickeln, die über einen weiten Lastbereich einen hohen Wirkungsgrad erreichen. »Wir haben bereits gezeigt, dass ein Leistungsverstärker, der seinen Arbeitspunkt der Last anpasst, die Leistungsaufnahme gegenüber herkömmlichen Verstärkern, deren Arbeitspunkte auf die maximale Leistung optimiert sind, um 29 Prozent senken«, sagt Ulrich Barth.

Class-S: ein effizienter digitaler Verstärker
 
Weiter zur Energiereduktion tragen die neuen Class-S-Verstärker bei, die theoretisch einen Wirkungsgrad von 100 Prozent, in der Praxis von bis zu 80 Prozent erzielen. Die Hürde hier: Es sind Transistoren mit einer sehr hohen Schaltgeschwindigkeit erforderlich.

Doch Ulrich Barth sieht das EARTH-Projekt auf einem guten Weg: Algorithmen und Methoden zur vollautomatischen Optimierung von Mobilfunkzellen hat Alctel Lucent auf dem Open Bell Labs Day 2010 präsentiert. Außerdem zeigten die Bell Labs eine Konzeptstudie zur Steigerung der Energieeffizienz heterogener Netzwerke durch optimale Zellgrößen und lastdynamischen Betrieb, genauso wie die Energieersparnis durch dynamische Bandbreitenanpassung. Mit diesen drei Ansätze, da ist sich Barth sicher, dürfte es kein Problem sein, die Energieaufnahme in 4G-Netzen schon bald um die Hälfte zu drücken.