veröffentlichen Zeit: 2022-02-21 Herkunft: Powered
In der fünften Generation der drahtlosen Technologie wird ein neues Spektrum namens Millimeterwelle (mmWave) eingeführt.mmWave kann Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gigabit pro Sekunde übertragen, was 100-mal schneller ist als aktuelle Mobilfunknetze.5G-Basisstationen müssen nahe beieinander liegen, um eine vollständige Abdeckung eines begrenzten Gebiets zu gewährleisten.Dies führt zu mehreren Herausforderungen beim Design des Wärmemanagements, die im Folgenden erörtert werden.
Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat 2016 erstmals die fünfte Generation der drahtlosen Technologie definiert. Im Jahr 2018 genehmigte die International Telecommunications Union Radiocommunication Sector (ITU-R) eine Reihe von Anforderungen für neue globale Standards.Dazu gehören höhere Datenraten, geringere Latenz, Energieeinsparungen, Kosteneinsparungen und eine größere Systemkapazität.Die ITU-R schätzt, dass die Spitzendatenraten 20 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) erreichen werden.
5G ist eine gewaltige Weiterentwicklung der vierten Generation der drahtlosen Technologie und überträgt Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 Megabit pro Sekunde (Mbps).Diese Technologie wird in Laptops, Smartphones und anderen Geräten verwendet.Die fünfte Generation der drahtlosen Technologie wird Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s übertragen, 100-mal schneller als aktuelle Mobilfunknetze.Die Welt ist verrückt nach dieser neuen Technologie.
5G-Basisstationen sind Small Cell Radio Access Networks (RAN).Sie sind kleiner als herkömmliche Makro-Basisstationen und haben eine begrenzte Abdeckung.Dies macht den Einsatz zahlreicher Basisstationen erforderlich, um eine vollständige Abdeckung zu gewährleisten.
Die hohen Datenraten und die geringe Latenz der 5G-Funktechnologie erfordern einen neuen Typ von Basisstation.Die herkömmliche Makro-Basisstation kann nicht das erforderliche Serviceniveau bieten.Darüber hinaus wäre die Anzahl der Makro-Basisstationen, die zur Abdeckung eines bestimmten Gebiets erforderlich wären, unerschwinglich teuer.
Die Small-Cell-Basisstation ist ein wichtiger Bestandteil der drahtlosen Infrastruktur der fünften Generation.Sie sind kostengünstiger in der Bereitstellung und benötigen weniger Strom als herkömmliche Makro-Basisstationen.Allerdings unterliegen sie einigen Einschränkungen.Der Abdeckungsbereich ist kleiner und die Datenraten sind geringer als die, die mit einer Makro-Basisstation erreichbar sind.
5G-Basisstationen gibt es in zwei Arten:
Dies sind die Grundlagen des Netzwerks.Sie befinden sich in Gebieten mit hoher Nachfrage nach drahtlosen Diensten, beispielsweise in Innenstädten und Einkaufszentren.Makro-Basisstationen decken eine Fläche von mehreren Quadratkilometern ab.Diese Stationen bieten Abdeckung in Gebieten, die nicht vom Small-Cell-Netzwerk abgedeckt werden.Die Makro-Basisstation wird zentral bereitgestellt und über Glasfaserkabel mit anderen Mobilfunk-Infrastrukturkomponenten verbunden.
Mikrobasisstationen befinden sich in Gebieten mit geringerer Nachfrage nach drahtlosen Diensten, beispielsweise in ländlichen oder vorstädtischen Gebieten.Mikro-Basisstationen erstrecken sich über mehrere Quadratmeter und nutzen ein dediziertes Spektrum, das nicht mit anderen Benutzern geteilt wird.
Die Mikrobasisstation wird verteilt eingesetzt und ist über drahtlose Verbindungen mit anderen Mobilfunkinfrastrukturkomponenten verbunden.Es ist wichtig zu beachten, dass die Mikro-Basisstation kein Ersatz für die Makro-Basisstation ist.Stattdessen bietet es eine Abdeckung in Gebieten, in denen eine Makro-Basisstation wirtschaftlich nicht machbar wäre.
Die Hauptausrüstung für eine 5G-Wireless-Basisstation ist die Radio Access Unit (AAU) und die Baseband Unit (BBU).Die AAU ist für das Senden und Empfangen von Datensignalen verantwortlich.Die BBU ist für die Verarbeitung und Verwaltung des Datenverkehrs im Netzwerk verantwortlich.
Die AAU besteht aus einigen Komponenten, darunter:
Das Funkgerät sendet und empfängt Datensignale.Es wandelt die digitalen Informationen in ein analoges Signal um, das über Funk übertragen wird.
Die Antenne sendet und empfängt HF-Signale von den Benutzergeräten.Es muss an einem Ort mit freier Sichtlinie für die Benutzer angebracht werden.
Das Modem ist für die Modulation und Demodulation der HF-Signale verantwortlich.Aus digitalen Daten werden analoge Signale über Funk übertragen.Außerdem wandelt es das empfangene analoge Signal zurück in eine digitale Form, um es von anderen Basisstationskomponenten verarbeiten zu können.
Für die Verarbeitung der digitalen Daten ist der Auftragsverarbeiter verantwortlich.Es muss leistungsstark genug sein, um den erheblichen Datenverkehr zu bewältigen, der täglich durch eine Basisstation fließt.
Der Transceiver empfängt und sendet HF-Signale von den Benutzergeräten.Durch die Übertragung über Funk wandelt es digitale Daten in ein analoges Signal um.
Die BBU besteht aus folgenden Komponenten:
Der Controller ist für die Verwaltung des Datenverkehrs im Netzwerk verantwortlich.Es weist Bandbreite zu und stellt sicher, dass alle Benutzer auf die erforderlichen Ressourcen zugreifen.
Basisstationen speichern die zu verarbeitenden Daten im Speicher.Es muss über eine große Kapazität verfügen, um den gesamten Datenverkehr zu bewältigen, der täglich eine Basisstation passiert.
Über die Schnittstelle kann die Basisstation eine Verbindung zu anderen Mobilfunkinfrastrukturkomponenten herstellen.Es muss über eine hohe Datenrate verfügen, um den gesamten Datenverkehr zu bewältigen, der täglich eine Basisstation passiert.
Das Netzteil versorgt alle Komponenten der BBU mit Strom.Basisstationen benötigen viel Strom, daher muss das Gerät damit umgehen können.
AAU und BBU sind über ein Glasfaserkabel verbunden.Die Glasfaser überträgt Daten mit sehr hoher Geschwindigkeit von einer Komponente zur anderen.Es ermöglicht auch große Entfernungen zwischen Komponenten, die notwendig sind, um große Gebiete mit drahtlosen Diensten abzudecken.
Glasfasern bestehen aus drei Teilen: einem Kern, einem Mantel und einer Beschichtung.Sowohl die AAU als auch die BBU müssen sich in Bereichen mit klarer Sichtverbindung zwischen ihnen befinden.
Um eine große Fläche abzudecken, benötigt eine 5G-Wireless-Basisstation viel Strom.Das Netzteil muss den hohen Leistungsanforderungen der AAU und BBU gerecht werden.Darüber hinaus muss sich die Basisstation in einem Bereich befinden, in dem sie Zugang zu einer zuverlässigen Stromquelle hat.
Der durchschnittliche Stromverbrauch einer drahtlosen Basisstation der fünften Generation beträgt etwa 500 Watt.Die Anzahl der gewählten Antennen kann sich darauf auswirken, ebenso wie die Art des versorgten Versorgungsbereichs.
Der Stromverbrauch kann in drei Hauptkategorien eingeteilt werden:
Der Rechenleistungsverbrauch ist die Energie, die zur Verarbeitung von Daten benötigt wird.Um einen großen Bereich abzudecken, ist viel Rechenleistung erforderlich.
Dazu gehören Signalmodulation und -demodulation, Fehlererkennung und -korrektur, Ver- und Entschlüsselung und andere Aufgaben.Die Höhe des Rechenleistungsverbrauchs hängt davon ab, wie viel Verkehr in dem von der Basisstation versorgten Gebiet herrscht.
Der Sendeleistungsverbrauch ist die Energie, die benötigt wird, um Signale mit sehr hoher Geschwindigkeit über große Entfernungen von einer Komponente zur anderen über ein Glasfaserkabel oder eine drahtlose Verbindung wie LTE/LTE+ zu übertragen.
Der Sendeleistungsverbrauch hängt davon ab, wie weit die einzelnen Komponenten voneinander entfernt sein müssen, um den gewünschten Bereich abzudecken.
Der zusätzliche Stromverbrauch ist die Energie, die benötigt wird, um alle Komponenten in der BBU mit Strom zu versorgen.Dazu gehören Dinge wie Controller, Speicher, Schnittstelle und Stromversorgung.Die Höhe des zusätzlichen Stromverbrauchs hängt davon ab, wie viele Komponenten in der BBU enthalten sind und welchen Strombedarf sie haben.
Um eine große Fläche abzudecken, ist viel Strom erforderlich.Das Netzteil muss den hohen Leistungsanforderungen sowohl der AAU als auch der BBU gerecht werden.Darüber hinaus muss sich die Basisstation in einem Bereich befinden, in dem sie Zugang zu einer zuverlässigen Stromquelle hat.
Die Funkbasisstationen der fünften Generation werden immer komplexer und erzeugen dadurch mehr Wärme.Dies stellt die Entwickler dieser Systeme vor viele Herausforderungen.
Eine Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Komponenten in der BBU nicht überhitzen.Dies kann durch den Einsatz flüssiger Kühlplatten zur Kühlung von AAU und BBU erreicht werden.Eine Flüssigkeitskühlplatte ist ein Gerät, das Flüssigkeitskühlung nutzt, um Wärme von elektronischen Bauteilen abzuleiten.
Die Flüssigkeit wird durch kleine Röhrchen gepumpt, die in der Kühlplatte eingebettet sind.Durch den Anschluss der Rohre an einen Heizkörper wird die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die flüssigen Kühlplatten den hohen Leistungsanforderungen sowohl der AAU als auch der BBU gerecht werden.Darüber hinaus müssen sie sich in einem Bereich befinden, in dem sie Zugang zu einer zuverlässigen Quelle flüssiger Kühlflüssigkeit wie Wasser oder Ethylenglykol haben.
Beim Design der Flüssigkeitskühlplatte sollten auch Kosten-, Gewichts- und Größenbeschränkungen berücksichtigt werden.Die in der Kühlplatte eingebetteten Flüssigkeitsschläuche müssen flexibel genug sein, um sich gegenseitig zu bewegen, ohne Schäden oder Undichtigkeiten zu verursachen.Außerdem sollte es nicht zu viel zusätzliches Gewicht zu bereits schweren Komponenten wie Antennen und Batterien für die Notstromversorgung hinzufügen.
Eine Lösung für diese Probleme ist die Flüssigkeitskühlung.Bei der Flüssigkeitskühlung wird Flüssigkeit verwendet, um Wärme von elektronischen Bauteilen wegzuleiten, die zu viel Wärme erzeugen, und diese an anderer Stelle abzugeben, normalerweise in die umgebende Luft oder Flüssigkeit.
Dies ermöglicht höhere Leistungsdichten, da kein Luftstrom durch einen Kühlkörper erforderlich ist, der Widerstand und Turbulenzen erzeugt.Die Flüssigkeitskühlung ermöglicht außerdem einen leiseren Betrieb, da die Flüssigkeit keine Geräusche erzeugt, wenn sie sich mit hoher Geschwindigkeit durch Rohre bewegt, so wie Luft über einen Bereich mit Ventilatoren oder anderen Geräten wie Windkraftanlagen geblasen würde.
Flüssigkeitskühlungslösungen erfreuen sich in der IT-Branche immer größerer Beliebtheit, da sie viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Luftkühlungsmethoden bieten, z. B. einen geringeren Geräuschpegel und eine höhere Zuverlässigkeit, da die Flüssigkeit weniger anfällig für Turbulenzen ist als Luftströmungen, die im Laufe der Zeit zu einem Verschleiß der Komponenten führen.
Darüber hinaus ermöglichen Flüssigkeitskühlplatten eine effizientere Raumnutzung, da Flüssigkeit beim Erhitzen viel weniger Platz einnimmt als Luft.Dies ist wichtig für eingeschränkte Umgebungen wie Rechenzentren und drahtlose Basisstationen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Flüssigkeitskühlung eine praktikable Lösung für das Problem der Überhitzung in 5G-Wireless-Basisstationen ist.Flüssigkeitskühlung ermöglicht höhere Leistungsdichten, da sie Wärme von elektronischen Bauteilen ableiten und an anderer Stelle ableiten kann, ohne Widerstand oder Turbulenzen zu erzeugen, die bei Verwendung von Luft auftreten würden.Die oben genannten Herausforderungen und Lösungen sollten bei der Entwicklung einer Flüssigkeitskühllösung für eine drahtlose Basisstation der fünften Generation berücksichtigt werden.
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