Чем больше вышек 5G будет построено на единицу площади, тем сильнее сократится общее энергопотребление сетей базовых станций и увеличится время автономной работы телефонов. Исследователи из США с помощью моделирования рассчитали, насколько энергоэффективными будут эти вышки и какую пользу они принесут владельцам смартфонов.
Базовая станция — важнейший компонент любой мобильной связи, представляющий собой комплекс антенн, которые принимают и передают радиосигналы от одного телефона к другому. Эти антенны устанавливаются на вышки высотой от 70 до 100 метров. На одной вышке может быть несколько базовых станций, работающих в стандартах 2G, 3G, 4G или 5G.
Когда телефон абонента принимает звонок или делает вызов, он ищет ближайшую базовую станцию и посылает на нее сигнал. Станция обрабатывает этот сигнал, отправляет его в центр коммуникации, определяет оператора сети и переключает разговор на ближайшую станцию с сильным сигналом.
Беспроводные системы связи потребляют много энергии, особенно на «последней миле» — участке сети, где данные передаются от провайдера к конечному пользователю. Вышки излучают радиоволны во всех направлениях, и большая часть энергии тратится впустую, поскольку сигнал сталкивается с препятствиями и рассеивается. Из-за этого телефон разряжается быстрее, а базовые станции потребляют больше энергии.
Чтобы минимизировать потери сигнала и повысить энергоэффективность, необходимо сократить расстояние передачи данных. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили установить больше вышек 5G, но меньшего размера, которые будут ближе к пользователям. Это позволит уменьшить высоту вышек до 15 метров, и такие антенны можно будет размещать на деревьях или фонарных столбах.
Используя программное обеспечение Sionna для моделирования передачи данных, ученые выяснили, что плотные покрытия 5G снижают потери энергии на «последней миле». Замена одной крупной базовой станции несколькими меньшими позволяет экономить энергию и увеличивать время работы телефонов. В результате можно добиться трехкратной экономии электроэнергии и увеличить время автономной работы смартфонов на 50%. Если телефон раньше держал заряд 12 часов, то с 5G-сетями это время увеличится до 18 часов.
Эти результаты достигаются благодаря снижению мощности передачи данных смартфонами на 10-15 децибел, поскольку новые базовые станции будут располагаться ближе к пользователям. Сегодня сети 5G активно развиваются по всему миру, особенно в городах Западной Европы, США, Индии и Китае. В России массовое развертывание сетей 5G планируется на 2024 год, пока что они доступны только в нескольких крупных городах, таких как Москва и Санкт-Петербург.