Investigación de Bell Labs descubre que utilizar una combinación de frecuencias de radio en las redes móviles puede entregar ahorros de energía de hasta 50%

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Foto Alcatel-Lucent y proyecto IntelliSpektrumEl proyecto de investigación IntelliSpektrum observa la colaboración de Bell Labs con el Instituto Fraunhofer para la Física Aplicada al Estado Sólido, el Instituto Fraunhofer Heinrich-Hertz e Intel Mobie Communications GmbH.

 

México D.F. y Stuttgart, Alemania, 3 de Febrero de 2015.- Bell Labs, ha descubierto que las redes móviles de banda ultraancha de hoy pueden producir ahorros significativos de energía y ganancias de desempeño al desplegar una combinación de macro y pequeñas bases de radio celular.

El Descubrimiento es el resultado de un proyecto de investigación –IntelliSpektrum– que reunió en colaboración conjunta a Bell Labs, al Instituto Fraunhofer de Física Aplicada al Estado Sólido, al Instituto Fraunhofer Heinrich-Hertz y a Intel Mobile Communications GmbH.

El objetivo del proyecto era demostrar cómo, incluso con el incremento de tráfico de datos móviles y el aumento de dispositivos móviles conectándose a la red, las estaciones pueden adaptarse dinámicamente para mejorar las cargas de tráfico y ahorrar energía sin afecciones adversas a la calidad del servicio a los usuarios. Los hallazgos en el reporte de la investigación son los siguientes:

  • Es posible tener ahorros significativos de energía en redes móviles heterogéneas (HetNet) que estén compuestas de una combinación de estaciones de radio, incluyendo Macro, Metro, Pico y Femto.
  • Ahorros de energía de más de 50% fueron observados en redes móviles con un número mayor de células pequeñas en comparación con aquellas compuestas únicamente de macro estaciones base. Desde entonces IntelliSpektrum ha transferido estos resultados en el estudio GreenMeter de la iniciativa GreenTouch™. Esto ha mejorado el acercamiento de simulación que será utilizado y distribuido en las publicaciones de GreenTouch.
  • Las redes HetNet son capaces de hacer un uso más eficiente de la infraestructura porque pueden adaptarse mejor a situaciones de cargas con mucho o poco tráfico.
  • Mientras el número de estaciones base de radio en cercanía con las redes actuales de banda ultraancha puede crear un riesgo de interferencia entre células (ICI) y mermar la calidad en el servicio, cuando la coordinación de la interferencia es empleada no sólo reduce el riesgo de ICI sino que también muestra ganancia en energía desempeño; ganancias en el rendimiento de 10% en enlaces descendentes (cuando el dispositivo móvil se conecta a la estación base) fueron observadas.

CITAS:

Marcus Weldon, Presidente de Bell Labs y CTO de Alcatel-Lucent, dijo: “El proyecto de investigación IntelliSpektrum es un ejemplo perfecto de la manera en que Alcatel-Lucent y Bell Labs están colaborando con otros líderes de la industria para innovar. Estamos comprometidos con la investigación y el desarrollo de productos eficientes en energía y tecnologías que ofrecen un desempeño de redes mejorado. Los descubrimientos del proyecto resaltan la importancia crítica de las células pequeñas y prueba que al desarrollar una combinación de operadores de estaciones base de radio veremos una mejor eficiencia de la energía y un desempeño de redes mejorado, lo cual a su vez mejora la experiencia de sus clientes e incrementa la eficiencia”.

 

El Doctor Vincenzo Carrubba, Científico en el Instituto de Física Aplicada al Estado Sólido dijo: “Nuestra investigación está enfocada en hacer contribuciones importantes a campos que incluyen la energía, las comunicaciones y la movilidad. Intentamos usar los descubrimientos de la investigación para entregar mejorías en las comunicaciones que hagan un poco más sencilla la vida para muchas personas”.

 

El Doctor Thomas Haustein, Jefe de Redes Inalámbricas en el Instituto Fraunhofer Heinrich-Hertz, dijo: “Nuestros descubrimientos científicos nos ayudan a entregar soluciones de comunicaciones que cambian el juego. Esta investigación nos permite mostrar las posibilidades de HetNets en términos de optimización de procesamiento de señal y de redes inalámbricas en general”.

 

Stefan Wolff, Vicepresidente del Grupo de Ingeniería de Plataforma de Intel, dijo: “la línea de productos Intel XMM™ entrega poderosas plataformas para módems móviles, smartphones, tablets y computadoras convertibles 2 en 1 con una huella de carbono pequeña y muy poco consumo de energía. Para entregar una experiencia de usuario excelente, las redes inalámbricas del futuro necesitarán dispositivos más inteligentes. Este proyecto proporciona algunas nuevas características para poder hacerlo posible, y contribuye con nuestros esfuerzos actuales para incrementar la eficiencia en la energía y en la experiencia de los usuarios de nuestros SoCs de comunicaciones inalámbricas”.

 

El proyecto de investigación IntelliSpektrum fue fundado a través del Ministerio Federal Alemán de Asuntos Económicos y Energía. El programa “IT2Green” del Ministerio tiene como objetivo desarrollar tecnología que habilite una administración inteligente del espectro y entregue un acceso a servicios optimizados eficientes en energía para tener redes móviles jerárquicas y flexibles. El proyecto concluyó oficialmente en Septiembre de 2014 cuando los resultados fueron compartidos durante un taller público.

 

Antecedentes Técnicos

Como parte del proyecto de investigación, las compañías han desarrollado muchos artículos de prototipos de hardware y software:

 

  • Bell Labs:
    • Para el transmisor de la estación base, fue utilizado un módulo amplificador de banda dual que cubre las bandas de frecuencia I (2.1 GHz) y la banda 7 (2.6 GHz). Para el estado final del amplificador, se desarrollaron distintas soluciones de amplificador basadas en banda dual capaz GaN, como Class-ABJ (FhG-IAF Freiburg).
    • El módulo receptor de la estación base utiliza un amplificador de banda ancha de bajo ruido basado en GaN (FhG-IAF Freiburg), combinado con soluciones de filtro de triple banda, soportando las bandas de frecuencia I (1900 MHz), banda 5 (800 MHz) y la banda 7 (2500 MHZ).
    • Fue desarrollada una aproximación linealizada al amplificador basado en red neural para las distintas características del amplificador. La linealización fue aplicada al amplificador Class-ABJ (IAF) investigando el potencial para mejorar la linealidad y la eficiencia de la energía.
    • Fue diseñado un software de administración y control para adaptar de forma dinámica la estación base a la situación de la red. Fue demostrado al controlar el transceptor flexible y adaptando los escenarios simulados.

  • Fraunhofer para Física Aplicada al Estado Sólido:
    • Para el transmisor de la estación base (TX), fue diseñado un módulo amplificador de poder (PA) de alta eficiencia energética y estado final flexible, utilizando un novedoso concepto de banda dual Class-ABJ. El módulo de banda dual Class-ABJ entrega una alta eficiencia de hasta 60% y una salida de poder de hasta 30W mientras que mantiene una alta linealidad y ganancia mayor a 10 dB en la frecuencia objetivo Banda I (UMTS – 2100 MHz) y la banda de frecuencia 7 (LTE – 2600 MHz). Varios diseños y módulos PA han sido desarrollados utilizando la innovadora tecnología de Nitruro de Galio (GaN).
    • Para el receptor de la estación base (RX), se diseñó un módulo amplificador integrado LNA (Amplificador de Bajo Ruido) MMIC (Circuito Integrado de Microondas Monolítico) con una ganancia muy alta G mayor a 30 dB y una figura de bajo ruido NF menor a 1 dB para la banda ancha de frecuencia 0.4-3 GHz. Varios conceptos MMIC LNA, de nuevo con tecnología AlGaN/GaN, han sido implementados, integrados y ajustados.

  • Instituto Fraunhofer Heinrich-Hertz:
    • Una referencia de implementación del modelo de canal QuaDRiGa fue publicado bajo la Licencia Pública Lesser GNU.

  • Intel Mobile Communications:
    • Una novedosa tecnología para monitorear el estado de consumo de energía del módulo celular en terminales junto con información de contexto del ambiente de la red, estado de la terminal y contexto de aplicación.
    • Prototipos de circuitos de monitor integrados actuales. Estos circuitos permiten observar la sustracción actual de los bloques de construcción actuales del módem celular.
    • La certeza de la novedosa tecnología de monitoreo permite a las terminales tener reacciones más rápidas a las transiciones de la red. Los monitores pueden habilitarse e inhabilitarse bajo demanda y su granularidad puede adaptarse para proporcionar soluciones ligeras y escalables requeridas para dispositivos celulares competitivos.