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Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2022-02-21 Herkunft:Powered
Ein neues Spektrum namens Millimeter-Welle (mmwave) wird in der fünften Generation der drahtlosen Technologie eingeführt. MMWAVE kann Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gigabits pro Sekunde übertragen, was 100-mal schneller ist als aktuelle Mobilfunknetze. 5G-Basisstationen müssen nahe beieinander liegen, um eine vollständige Abdeckung für einen begrenzten Bereich bereitzustellen. Dies führt zu mehreren Herausforderungen im thermischen Management-Design, das unten diskutiert wird.
Das Institut für Elektro- und Elektronik-Ingenieure (IEEE) definierte zunächst die fünfte Generation der drahtlosen Technologie im Jahr 2016. Im Jahr 2018 hat der internationale Telekommunikationsunion radiocommunicationsektor (ITU-R) eine Reihe von Anforderungen an neue globale Standards genehmigt. Diese höheren Datenraten, niedrigere Latenzzeit, Energieeinsparungen, Kosteneinsparungen und mehr Systemkapazitäten sind unter diesen. Die ITU-R schätzen, dass Peak-Datentraten pro Sekunde (GBPs) 20 Gigabits erreichen werden.
5G ist ein massives Upgrade von der vierten Generation der drahtlosen Technologie, die Daten zu den Raten von bis zu 100 Megabits pro Sekunde (MBPS) übertragen. Diese Technologie wird in Laptops, Smartphones und anderen Geräten verwendet. Die fünfte Generation der drahtlosen Technologie überträgt Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit / s, 100-mal schneller als aktuelle zelluläre Netzwerke. Die Welt wird um diese neue Technologie verrückt.
5G-Basisstationen sind kleine Zell-Radiozugriffsnetze (RAN). Sie sind kleiner als herkömmliche Makrobasisstationen und haben eine begrenzte Abdeckung. Dies erfordert, dass viele Basisstationen, um eine vollständige Abdeckung bereitzustellen.
Die hohen Datenraten und der geringen Latenzzeit der 5G-drahtlosen Technologie erfordern eine neue Art der Basisstation. Die traditionelle Makro-Basisstation kann nicht den erforderlichen Dienst angeben. Darüber hinaus wären die Anzahl der Makro-Basisstationen, die zum Abdecken eines bestimmten Bereichs erforderlich sind, ansehnlich teuer sein.
Die kleine Zellbasisstation ist ein wichtiger Bestandteil der drahtlosen Fünftelinfrastruktur der fünften Generation. Sie sind kostengünstiger für die Bereitstellung und erfordern weniger Leistung als traditionelle Makro-Basisstationen. Sie haben jedoch einige Einschränkungen. Der Abdeckungsbereich ist kleiner und die Datenraten sind niedriger als die mit einer Makrobasisstation erreichbaren.
5G-Basisstationen kommen in zwei Arten:
Dies sind die Grundlagen des Netzwerks. Sie befinden sich in Bereichen mit hoher Nachfrage nach drahtlosen Dienstleistungen wie Innenstadt von städtischen Zentren und Einkaufszentren. Makro-Basisstationen bieten einen Bereich von mehreren Quadratkilometern ab. Diese Stationen bieten eine Abdeckung in Bereichen, die nicht vom kleinen Zellnetz abgedeckt sind. Die Makro-Basisstation wird zentralisiert eingesetzt und ist über ein Glasfaserkabel mit anderen zellulären Infrastrukturkomponenten verbunden.
Micro-Basisstationen befinden sich in Bereichen mit weniger Nachfrage nach drahtlosen Diensten, wie zum Beispiel ländliche oder vorstädtische Standorte. Micro-Basisstationen decken mehrere Quadratmeter ab und verwenden ein dediziertes Spektrum, das nicht mit anderen Benutzern geteilt wird.
Die Micro-Basisstation wird in einer verteilten Mode bereitgestellt und ist über drahtlose Links mit anderen zellulären Infrastrukturkomponenten verbunden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Micro-Basisstation kein Ersatz für die Makrobasisstation ist. Stattdessen bietet es eine Deckung in Bereichen, in denen eine Makrobasisstation nicht wirtschaftlich machbar wäre.
Das führende Gerät für eine 5G-Funk-Basisstation ist die Funkzugriffseinheit (AAU) und die Basisbandeinheit (BBU). Die AAU ist dafür verantwortlich, Datensignale zu senden und zu empfangen. Die BBU ist für die Verarbeitung und Verwaltung des Verkehrs im Netzwerk verantwortlich.
Die AAU besteht aus einigen Komponenten, darunter:
Das Funkgerät sendet und empfängt Datensignale. Es konvertiert die digitalen Informationen in ein analoges Signal, das über die Luftwellen übertragen wird.
Die Antenne sendet und empfängt HF-Signale von den Benutzergeräten. Es muss sich an einem Ort mit einer klaren Sichtlinie an den Benutzern befinden.
Das Modem ist für das Modulieren und den Demodulieren der HF-Signale verantwortlich. Analoge Signale werden über die Luftwellen von digitalen Daten übertragen. Sie konvertiert auch das empfangene analoge Signal wieder in ein digitales Formular, das von anderen Basisstationskomponenten verarbeitet werden soll.
Der Prozessor ist für die Verarbeitung der digitalen Daten verantwortlich. Es muss kraftvoll genug sein, um den erheblichen Verkehr umzugehen, der täglich durch eine Basisstation durchläuft.
Der Transceiver empfängt und überträgt HF-Signale von den Benutzergeräten. Übertragen über die Luftwellen, er wandelt digitale Daten in ein analoges Signal um.
Die BBU besteht aus den folgenden Komponenten:
Der Controller ist für den Verwalten des Verkehrs im Netzwerk verantwortlich. Es weist Bandbreite zu und stellt sicher, dass alle Benutzer auf die erforderlichen Ressourcen zugreifen.
Basisstationen speichern die Daten, die im Speicher verarbeitet werden sollen. Es muss eine große Kapazität haben, um den gesamten Verkehr durch eine Basisstation täglich durch eine Basisstation zu verarbeiten.
Die Schnittstelle ermöglicht es der Basisstation, mit anderen zellulären Infrastrukturkomponenten herzustellen. Es muss eine hohe Datenrate haben, um den gesamten Verkehr durch eine Basisstation täglich durch eine Basisstation zu verarbeiten.
Die Stromversorgung bietet Strom für alle Komponenten in der BBU. Basisstationen erfordern viel Strom, sodass das Gerät damit umgehen kann.
Die AAU und BBU sind über ein optisches Faserkabel verbunden. Die optische Faser überträgt Daten von einer Komponente mit sehr hohen Geschwindigkeiten mit einem anderen. Es ermöglicht auch lange Entfernungen zwischen Komponenten, die für große Bereiche mit drahtlosen Diensten erforderlich sind.
Die Faseroptik besteht aus drei Teilen: einem Kern, einer Mantel und einer Beschichtung. Sowohl der AAU als auch die BBU müssen sich in Bereichen mit einer klaren Sichtlinie zwischen ihnen befinden.
Um eine Berichterstattung für einen großen Bereich bereitzustellen, erfordert eine 5G-Funk-Basisstation viel Kraft. Die Stromversorgung muss den hohen Leistungsanforderungen der AAU und der BBU umgehen. Darüber hinaus muss sich die Basisstation in einem Bereich befinden, in dem er Zugang zu einer zuverlässigen Stromquelle hat.
Der durchschnittliche Stromverbrauch einer drahtlosen Fünftation der fünften Generation beträgt etwa 500 Watt. Die Anzahl der ausgewählten Antennen kann dies beeinflussen, da der Typ des Abdeckungsbereichs serviert wird.
Der Stromverbrauch kann in drei Hauptkategorien eingestuft werden:
Der rechnerische Stromverbrauch ist die Energie, die zur Verarbeitung von Daten erforderlich ist. Um eine Abdeckung für einen großen Bereich bereitzustellen, ist eine Menge Verarbeitungsleistung erforderlich.
Dazu gehören Signalmodulation und Demodulation, Fehlererkennung und Korrektur, Verschlüsselung und Entschlüsselung sowie andere Aufgaben. Der Betrag des Rechenleistungsverbrauchs hängt davon ab, wie viel Verkehr in dem Bereich der Basisstation serviert wird.
Der Übertragungsleistungsverbrauch ist die Energie, die erforderlich ist, um Signale von einer Komponente von einer Komponente mit sehr hohen Geschwindigkeiten über einen über langen Entfernungen über ein optisches Faserkabel oder einen drahtlosen Link wie LTE / LTE + zu übertragen.
Der Übertragungsstromverbrauch hängt davon ab, wie weit voneinander auseinander entfernt werden muss, dass jede Komponente den gewünschten Bereich Deckung bereitstellen muss.
Der zusätzliche Stromverbrauch ist die Energie, die zur Stromversorgung aller Komponenten in der BBU erforderlich ist. Dies umfasst Dinge wie den Controller, den Speicher, die Schnittstelle und die Stromversorgung. Der Betrag des zusätzlichen Stromverbrauchs hängt davon ab, wie viele Komponenten in der BBU und deren Leistungsanforderungen enthalten sind.
Um eine Abdeckung für einen großen Bereich bereitzustellen, ist eine Menge Kraft erforderlich. Die Stromversorgung muss den hohen Energiebedarf sowohl der AAU als auch der BBU umgehen. Darüber hinaus muss sich die Basisstation in einem Bereich befinden, in dem er Zugang zu einer zuverlässigen Stromquelle hat.
Die drahtlose Basisstation der fünften Generation werden immer komplexer, und dadurch erzeugen sie mehr Wärme. Dies stellt viele Herausforderungen für die Designer dieser Systeme dar.
Eine Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Komponenten in der BBU nicht überhitzen. Dies kann durch die Verwendung von flüssigen kalten Platten erfolgen, um die AAU und BBU zu kühlen. Eine flüssige Kaltplatte ist eine Vorrichtung, die eine flüssige Kühlung verwendet, um Wärme von elektronischen Komponenten abzuleiten.
Die Flüssigkeit wird durch kleine Röhrchen gepumpt, die in die kalte Platte eingebettet sind. Wärme ist in die umgebende Luft dispergiert, indem die Röhrchen an einen Kühler angeschlossen werden.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die flüssigen kalten Platten den hohen Energiebedarf sowohl der AAU als auch des BBU bewältigen können. Darüber hinaus müssen sie sich in einem Bereich befinden, in dem sie Zugang zu einer zuverlässigen Quelle von flüssigem Kühlfluid wie Wasser oder Ethylenglykol haben.
Das flüssige Kaltplatten-Design sollte auch Kosten-, Gewichts- und Größenbeschränkungen berücksichtigen. Die in der kalten Platte eingebetteten Flüssigkeitsröhren müssen flexibel genug sein, um sich für einander zu bewegen, ohne Beschädigungen oder Lecks zu verursachen. Es sollte auch nicht zu viel zusätzliches Gewicht auf bereits schwere Komponenten wie Antennen und Batterien hinzufügen, die für Backup-Netzteile verwendet werden.
Eine Lösung für diese Probleme ist eine flüssige Kühlung. Flüssigkeitskühlung verwendet Flüssigkeit, um Wärme von elektronischen Komponenten abzubauen, die zu viel Wärme erzeugt, und es an anderer Stelle löschen, normalerweise in die umgebende Luft oder Flüssigkeit.
Dies ermöglicht höhere Leistungsdichten, da kein Luftstrom durch einen Kühlkörper erforderlich ist, der Widerstand und Turbulenz erzeugt. Die flüssige Kühlung ermöglicht auch einen ruhigeren Betrieb, da Flüssigkeit kein Geräusch macht, wenn es sich bei hohen Geschwindigkeiten mit hohen Geschwindigkeiten bewegt, wie Luft über einen Bereich mit Lüfter oder anderen Geräten wie Windturbinen geblasen würde.
Liquidkühllösungen werden in der IT-Branche immer beliebter, da sie viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Luftkühlmethoden bieten, z. B. geringere Geräuschpegel und höhere Zuverlässigkeit, da die Flüssigkeit weniger anfällig ist als Luftströme, die Turbulenzen verursachen, die mit der Zeit einen Verschleiß an Bauteilen verursachen.
Außerdem ermöglichen die flüssigen kalten Platten eine effizientere Nutzung des Raums, da Flüssigkeit bei der Aufheizung viel weniger Raum als Luft aufnimmt. Dies ist wichtig für eingeschränkte Umgebungen wie Rechenzentren und drahtlose Basisstationen.
Zusammenfassend ist die flüssige Kühlung eine praktikable Lösung für das Problem der Überhitzung in 5G drahtlosen Basisstationen. Die flüssige Kühlung ermöglicht eine höhere Leistungsdichte aufgrund seiner Fähigkeit, die Wärme von elektronischen Komponenten abzubauen und an anderer Stelle ohne Widerstand oder Turbulenz zu leiten, ohne dass die Luft stattdessen verwendet wurde. Die oben genannten Herausforderungen und Lösungen sollten in Betracht gezogen werden, wenn Sie eine flüssige Kühllösung für die drahtlose Basisstation der fünften Generation entwerfen.
