Atualizar torres de celular pode economizar energia suficiente para abastecer cidades inteiras

A atualização para torres de rádio celular mais eficientes pode economizar eletricidade suficiente para abastecer cidades como Phoenix, Nova Orleans ou Seattle, de acordo com um novo estudo produzido pela empresa de pesquisa estadunidense J. Gold Associates.

Anualmente, as torres de celular dos EUA usam um total de quase 21 milhões de megawatts-hora (MWh) de energia. Isso é o equivalente à energia média usada por quase dois milhões de residências.

“Os serviços celulares tornaram-se um componente crítico de infraestrutura da vida moderna. É difícil imaginar não poder se comunicar em qualquer lugar com nossos dispositivos móveis ou, cada vez mais, por meio de um gateway doméstico sem fio, permitindo serviços de Internet para clientes residenciais e comerciais”, disse o relatório. “Mas não é discutido com frequência o fardo que as inúmeras estações de celular colocam no fornecimento de eletricidade necessário para mantê-las alimentadas e os custos associados à energia fornecida”.

Cada redução de 10% na energia total da torre de celular resulta em energia suficiente economizada para abastecer o equivalente a 195.000 residências. E uma redução de 40% fornece eletricidade suficiente para abastecer o equivalente a quase 782.000 residências, de acordo com o estudo “US Cell Sites – a Sustainability Analysis”.

Ao atualizar o hardware de rádio e o software de gerenciamento, cada estação base de celular poderia economizar até 40% de suas necessidades de eletricidade, afirma o relatório.

“A reutilização sustentável da eletricidade pode ser usada para abastecer um grande número de residências equivalentes sem a necessidade de novas fontes de energia”, disse o relatório. “A quantidade e o custo da eletricidade para operar nossa moderna infraestrutura celular é enorme e afeta os custos de assinatura dos usuários, bem como a carga na rede elétrica e a criação de gases de efeito estufa a partir da geração de energia.

“Seria benéfico para a indústria avançar nessa direção o mais rápido possível”, conclui o estudo.

Uma típica torre de celular moderna e de alto desempenho provavelmente custaria cerca de US$ 200.000, de acordo com Jack Gold, Analista Principal e autor do relatório. Cada operadora seria responsável por seu próprio equipamento, mesmo que esteja compartilhando uma torre física com outras. Normalmente, a torre é de propriedade de uma empresa de torres, que então aluga o local para as várias operadoras (semelhante a um aluguel de várias unidades, como um condomínio ou prédio de apartamentos).

“Portanto, cada operadora é responsável por sua própria atualização de seus equipamentos”, disse Gold em entrevista.

De acordo com a Cellular Telecommunications Internet Association (CTIA), havia 417.215 torres de celular nos EUA no final de 2020. Embora esse número não seja fixo, à medida que mais torres de celular são adicionadas enquanto novas áreas e/ou serviços são implantados, J. Gold A Associates usou esse número para os cálculos de seu relatório. (A CTIA é uma associação comercial que representa a indústria de comunicações sem fio dos EUA.)

O elemento de rádio de uma rede de telecomunicações celular é chamado de RAN (que é a abreviação de rede de acesso de rádio). A RAN típica dura cerca de oito anos antes de exigir atualizações ou substituição, disse Gold.

(Como há uma grande variação de idade das torres de celular em todo o mundo, é difícil estimar quantos atualmente precisam ser substituídos, de acordo com um porta-voz da empresa sueca de redes e telecomunicações Ericsson.)

Em vez de simplesmente substituir o hardware antigo, mudar para um ambiente mais virtualizado em vez de hardware dedicado ajudará a diminuir a necessidade geral de energia, disse Gold.

A IA oferece oportunidades

Além disso, usando inteligência artificial (IA) no software de gerenciamento da torre de celular, os provedores de serviços podem operar a infraestrutura de forma mais proativa com ferramentas para controlar equipamentos passivos e permitir manutenção preditiva e solução de problemas sem contato para reduzir custos, uso de energia da torre e visitas ao local.

“As ferramentas de IA são úteis no gerenciamento do hardware das torres, entendendo melhor a quantidade de energia necessária para cada conexão, em vez de apenas ligar e desligar rádios na potência máxima, que é basicamente o que acontece nos equipamentos mais antigos”, disse Gold. “Se você estiver perto da torre, não precisa me transmitir um sinal com força total”.

A IA também pode reconhecer padrões anteriores e gerenciar equipamentos com base nisso (o software pode “aprender” que uma torre raramente tem tráfego das 2h às 3h e o coloca no mínimo de energia). Esse tipo de gerenciamento granular pode reduzir significativamente a energia. E antenas melhores, como dispositivos 5G Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) mais eficientes, também podem ajudar a limitar a potência de transmissão necessária.

A Ericsson anunciou recentemente uma RAN mais eficiente em termos de energia, alimentada pelo silício de última geração da empresa, que afirma usar 25% menos energia. A atualização do portfólio inclui tudo, desde rádios de banda dupla a rádios Massive MIMO ultraleves, antenas de baixo impacto e recursos de software de economia de energia.

“Além disso, os dispositivos mais novos podem ter um software instalado que pode interagir melhor com o gerenciamento para levar em conta uma série de recursos de economia de energia, assim como os PCs mais novos também fazem isso melhor do que os PCs mais antigos”, disse Gold.

Outro componente crucial para a eficiência energética é o amplificador de potência (PA) no rádio usado para gerar os sinais a serem transmitidos, segundo a Ericsson. Normalmente, o PA consome mais de 60% da energia do rádio. Como resultado, a eficiência do hardware de rádio pode ser otimizada para a potência de saída específica ou configuração usada pela integração contínua de etapas mais discretas em um único pacote, adotando novas tecnologias, como nitreto de gálio (GaN) de alta eficiência e rádios multibanda com tecnologia PA de banda larga, disse o porta-voz da Ericsson.

A mudança para o 5G também desempenha um papel

Cerca de um quarto da população mundial atualmente tem acesso à cobertura 5G. Cerca de 70 milhões de assinaturas 5G foram adicionadas apenas no primeiro trimestre de 2022, de acordo com a Ericsson. Até 2027, cerca de três quartos da população mundial poderá acessar o 5G, de acordo com o Relatório de Mobilidade de junho de 2020 da Ericsson.

Desde a criação de RANs 5G em 2015, a Ericsson disse que enviou 8 milhões de dispositivos para seus clientes.

Hoje, existem cerca de 210 redes 5G em serviço comercial e a Ericsson afirma liderar o mercado com cerca de 50% (120 redes) do tráfego 5G móvel do mundo fora da China.

Em um relatório anterior, a Ericsson afirmou que há uma percepção de que equipamentos mais antigos em torres de celular podem lidar com o aumento da demanda de tráfego de mais dispositivos móveis e atualizações para 5G, o que a empresa contesta.

“A transição de 4G para 5G traz um grande aumento nos requisitos de computação – eles aumentaram por um fator de mais de 150”, disse o porta-voz da Ericsson. “Embora as soluções gerais de computação possam ser usadas para 5G, para realmente oferecer desempenho 5G com a mais alta eficiência energética, você precisa de silício desenvolvido especificamente. O design System on a Chip (SoC) da Ericsson é a solução ideal para conseguir isso”.

A Ericsson afirma que seu mais novo sistema de rádio 5G pode reduzir o consumo de energia em cerca de 30% quando usado para modernizar a infraestrutura atual. O sistema suporta tecnologias de acesso 5G, 4G, 3G e 2G autônomas e não autônomas. “Ele oferece altos níveis de orquestração e automação para eficiência operacional e oferece até 20% de economia em infraestrutura com operações nativas da nuvem”, disse a empresa.

“Em alguns casos, até paga a atualização em três anos”, disse a empresa em seu relatório. “Casos de clientes mostram que os provedores de serviços reduziram o consumo de energia da torre em até 15% por meio de soluções inteligentes de controle da torre”.

No entanto, alguns estudos afirmam que o 5G consome até o dobro de energia que os sistemas 4G. “Uma estação base 5G típica consome até duas vezes ou mais a energia de uma estação base 4G, escreveu Matt Walker, Analista-Chefe da MTN Consulting, em um relatório intitulado “Operadoras que enfrentam crise de custos de energia”.