JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
söndag 15 september 2019 VECKA 37
Ericssons basstationer ska bli hälften så strömkrävande, räknat från 2005 till 2008. Effektivitetsspecialisten Tomas Edler vet hur det ska gå till i praktiken.
Lite elakt räknat har en 3G-basstation bara några få procents verkningsgrad. Den förbrukar mellan 1 och 10 kW, och uteffekten till antennerna är inte mer än typiskt mellan 40 och 120 W, beroende på modell och installation. Bara det är ju ingenjörsmässiga incitament till förbättring.
Image
Tomas Edler

Började på Ericsson 1990. Första uppgiften var strömförsörjning för radiobasstationer.

Har idag titeln "Senior Specialist, RAN Energy Efficiency". Har tidigare jobbat med många olika radiosystem, som D-AMPS, PDC, WCDMA och Wimax.

Tomas är civilingenjör från Elektro, KTH

Därtill kommer kundernas krav. Ty för kunderna - operatörerna - är faktiskt elräkningen i samma storleksordning som kostnaden för själva basstationen.

Och som om inte det räcker finns förstås det faktum att låg energiförbrukning leder till miljövinster, vilket gynnar alla från marknadsavdelningen till hela mänskligheten.

I mobilnätets infrastruktur står basstationerna för mer än 90 procent av strömförbrukningen. Så ska man få fram strömsnålare nät är sålunda basstationen ett logiskt ställe att jobba på. Såväl Ericsson som dess konkurrenter har hållit på i flera år.

- Vi gjorde en rad förbättringar redan på GSM-tiden. Vi var inte lika systematiska då som vi är nu, så vi blev faktiskt lite överraskade över hur bra det blev. Numera har vi ett mer organiserat effektiviseringsarbete, berättar Tomas Edler, specialist på energieffektivitet för radionät på Ericsson.

Resultat snabbare än väntat

Från 2001 till 2005 lyckades Ericsson nästan halvera strömförbrukningen - den minskade med 40 procent. Och målen framöver är inte mindre tuffa.

- Vi räknar med ytterligare en halvering från 2005 till 2008. Vi lovade 25 procents förbättring mellan 2005 och 2006 - det blev kring 35 procent. Så förbättringarna har kommit tidigare än vi vågade hoppas på, säger Tomas Edler.
 "WCDMA lika snålt som konkurrenterna"

Nyligen publicerade analysföretaget ABI Research en jämförelse mellan energieffektiviteten i olika typer av höghastighetsnät, som WCDMA, HSPA och Wimax. Enligt den analysen är både Wimax och storskalig wlan mer effektiva än såväl HSPA som WCDMA. Men Tomas Edler ställer sig skeptisk till den slutsatsen.

- När ny teknik kommer så finns många hajpade budskap. Vi ser inte att Wimax kommer att avvika från HSPA vad gäller energieffektivitet, säger han.

Han tror att samma sak kommer att gälla ytterligare en mobilgeneration framåt, för det som kallas LTE, Long Term Evolution, ibland även kallat Super 3G, HSOPA eller 3,9G. LTE och Wimax använder samma moduleringsmetod, OFDM, vilket gör dem lättare att jämföra. Tomas Edlers slutsats är att basstationerna för LTE och Wimax blir ungefär lika strömkrävande, medan Wimax får stryk av LTE på terminalsidan.

- OFDM ställer höga krav på PA-steget, eftersom crestfaktorn (skillnaden mellan maxeffekt och snitteffekt) är så hög. Det går att klara i basstationen. Men det blir tuffare för upplänken, alltså från terminalerna där LTE är lite enklare att implementera på ett strömsnålt sätt, säger han.

Inte heller mobil-tv ändrar ekvationen till 3G-basstationernas nackdel. För mobilen blir det förstås mer krävande, men eftersom mobilens kapacitet begränsar bithastigheten som ska ut från basstationen så blir ingen större påverkan på denna, åtminstone inte om man räknar per användare.

- Men mobil-tv är en teknik i sin linda, så det är svårt att säga exakt var den tar vägen, säger Tomas Edler.

Ericsson har valt att mäta energieffektiviteten som typiska medelvärden för alla installerade radionätsprodukter. Det innebär att det tar ett tag för nya produkter att påverka siffrorna. Företagets tredje generations basstationer, RBS3000, drar mellan 35 och 50 procent mindre ström än föregångaren. Men eftersom den produktserien lanserades i slutet av 2005 och levererades i volymer under 2006 är det först i den färskaste statistiken som besparingarna syns.

- Framöver tittar vi framför allt på att förbättra radion. På relativt kort sikt kan vi minska strömförbrukningen i själva radiodelen med cirka 35 procent.

- I första hand jobbar vi med effektför-stärkarna, PA-stegen. De har höga krav på linearitet, och där utvecklar vi egen teknik, alltså algoritmer och analoga halvledare som vi tar fram själva. Vi är teknikledande på detta område, säger Tomas Edler.

Doherty nyckeln till förra genombrottet

Just effektförstärkarna var en av de viktigaste förbättringarna i RBS3000. Då införde Ericsson förstärkare av typen Doherty, en teknik som förenklat går ut på att dela uteffekten mellan olika förstärkare i flera steg för att få totalt högre effektivitet för en given signaltyp. Dohertyförstärkare är åtminstone 25 procent effektivare än föregångarna, men är till sin natur ickelinjära, vilket ställer höga krav på lineariseringsalgoritmerna.

Tomas Edler påpekar att Ericsson var först ut på marknaden med Doherty i verkliga produkter, trots att flera konkurrenter pratat och gjort reklam för tekniken tidigare.

Att man koncentrerar sig på radion är inte så konstigt eftersom den står för upp till 85 procent av basstationens energiförbrukning. Men det går att spara ström även på andra sätt, exempelvis genom smartare sätt att reglera trafikens hastighet. En konsekvens är att Ericssons produkter för HSPA inte drar mer ström än produkterna för standard-WCDMA.

- Vi har en så effektiv trafikkontroll att kan vi införa HSPA i befintliga WCDMA-basstationer utan någon extra bärvåg (carrier). Det sparar väldigt mycket effekt. Vad jag vet är vi ensamma om detta, andra tillverkare måste lägga till en bärvåg. Då blir basstationen större och mer effektkrävande.

Dela upp radio och styrning

Ett annat sätt att minska effekten är att separera funktionerna så att radion placeras nära antennen och styrning med mera förläggs till en huvudenhet. Då får man en arkitektur som Ericsson kallar "main-remote", och som också tillåter att man har flera radioenheter inom samma basstation. Det ger bättre täckning i radiomässigt knepiga miljöer samtidigt som energiåtgången minskas.

- När radion sitter nära antennen blir förlusterna mindre i matarkabeln (feedern) före antennen, och då behövs ett mindre PA-steg för att ge samma uteffekt.

Då slipper man också använda luftkonditionering, ett tillbehör som kan stå för upp till en tredjedel av energiförbrukningen i en normal 3G-basstationsanläggning.

En ytterligare förbättringsmetod är optimerad trafikstyrning. Här har Ericsson länge jobbat med att minimera strömförbrukningen när en enhet har låg belastning. Det gäller att kunna stänga av redundanta enheter eller försätta dem i vänteläge.

- Idag har vi en bra arkitektur och bra basfunktioner för detta. Det vi kan förbättra är automatiseringen.

Det sker dels genom att Ericssons egna ingenjörer jobbar vidare på styrprogrammen, och dels genom att Ericsson ökar kraven på underleverantörerna så att deras rf-transistorer och förstärkarenheter kan jobba effektivare i ett större lastområde.

- Som köpare driver vi på utvecklingen ganska hårt här.

Egen hårdvara kan spara energi

En del egen hårdvara utvecklar Ericsson också, just med syftet att spara energi. En asic kan exempelvis vara strömsnålare än en DSP. Fast samtidigt ger asicen längre utvecklingstider och mindre flexibilitet, så det är en ständig avvägning.

- Vi jobbar mycket med så kallade Flexasics, där vi kan blanda egenskaper från såväl asic- som DSP-sidan, berättar han.

Flexasic är ett slags halvfabrikatskretsar från halvledarbolaget Easic. Alla metallager är fördefinierade, det enda användaren kan påverka är ett vialager och en bitström som programmerar logiken.

När det gäller nya typer av halvledare tror Tomas Edler också mycket på galliumnitrid. Kiselkarbid, som det forskas mycket på i Sverige, är inte aktuellt på Ericsson för dessa tillämpningar och frekvenser. Idag dominerar kisel, LDMOS, i varje fall upp till 2,7 GHz.

- För högre frekvenser tror vi att effektförstärkare i galliumnitrid har potential till både höga uteffekter och höga verkningsgrader. Vi testar det idag, när det kommer i produkter kan jag inte säga något om.

- Hur stora behoven blir vet vi inte. 3G, inklusive HSPA, ligger typiskt kring 2,1 GHz. Och för nästa steg, LTE, tror vi mycket kommer att ligga kring 2,5 GHz. Det är fortfarande under 2,7 GHz, konstaterar han.

Se på helheten och jobba där det ger effekt

Tomas Edler poängterar vikten av att under hela utvecklingen se på helheten, så att man är säker på att man sätter in sina resurser på rätt ställe. Ericsson har lagt ner mycket tid på att i detalj mäta upp den faktiska strömförbrukningen, och utifrån dessa data definiera vad det är man vill åstadkomma.

- Idag kan vi estimera effektiviteten med god noggrannhet. Det har tagit oss flera år att nå dit, men vi tycker vi ligger långt framme numera, säger han.

I helhetssynen ingår att alla berörda delar av företaget blir inblandade. Konstruktörer av radio, strömförsörjning och annan hårdvara är självklara, men även de som gör programvara och kabinett ska med. Tomas Edler tycker att Ericsson numera har goda möjligheter att styra utvecklingsarbetet dit insatserna ger bäst resultat.

- Vi lägger mest resurser på massprodukter, sådant som går i stor volym.

Hans ansträngningar att minimera energin sträcker sig även till fastnätsidan.

- De har av tradition haft en annan filosofi än radiosidan och inte arbetat lika mycket med energieffektivisering. Men vi jobbar på att överföra tankegångarna även dit.

Mobil-tv bidrar till en grönare värld

Han är dock fast övertygad om att det finns storskaliga energivinster att göra i takt med att människan blir mer mobil, eftersom mobilvärlden generellt är mer strömsnål. En mobil är i viloläge när den inte används, och en basstation anpassar sin uteffekt efter trafikbehovet. Ett modem för fast bredband är alltid på och drar runt 10 W dygnet om.

Samma resonemang kan tillämpas på tv. En katodstråle-tv drar kanske 120 W, en LCD-tv 200 W och en plasma-tv upp till 800 W. På mobilen drar tv:n någon watt.

- Totalt blir det mindre energi. Och vi ser många sådana möjligheter att spara energi när mobil teknik tar över delar av det som idag går i annan typ av infrastruktur.

Räknat på det sättet bidrar ju faktiskt telekomindustrin till en bättre värld. Trots att basstationerna även framöver får en verkningsgrad på bara några få procent.
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)