Compte tenu des chocs sismiques que notre monde a subis au cours des deux dernières années seulement, il semble imprudent de se lancer dans des prédictions sur ce à quoi il ressemblera dans dix ans ou plus.

Mais ce que nous pouvons prédire avec certitude, c'est que la consommation d'énergie restera l'une des principales préoccupations de l'humanité. Et l'urgence de la lutte contre le changement climatique sera encore plus pressante qu'elle ne l'est actuellement.

Compte tenu de ces deux vérités, nous ne pouvons plus compter sur les combustibles fossiles pour stimuler la croissance économique.

En parlant de croissance, les experts prédisent que le secteur informatique continuera de prospérer. C'est une bonne nouvelle, car les technologies numériques contribuent à une plus grande efficacité énergétique et à la durabilité. Prenez la téléprésence, par exemple, qui peut réduire nos besoins en déplacements.

Néanmoins, le défi de la durabilité est si énorme que nous ne pouvons pas nous permettre d'ignorer l'impact environnemental de l'infrastructure informatique elle-même.

Heureusement, les consommateurs et l'industrie sont de plus en plus conscients de cet impact. L'efficacité énergétique devient un argument de vente valable pour des appareils tels que les smartphones et les ordinateurs portables. Et surtout avec le débat autour du coût environnemental des crypto-monnaies, personne ne peut prétendre ignorer l'impact potentiel des centres de données sur notre consommation énergétique mondiale.

L'un des domaines où la prise de conscience fait relativement défaut est le coût énergétique de notre infrastructure de réseau sans fil. Les vendeurs de stations de base commencent à se pencher sur l'efficacité énergétique de leurs appareils. Mais les opérateurs de réseau sont lents à considérer le coût énergétique total de leurs opérations.

De leur point de vue, c'est compréhensible. La complexité d'une telle considération est considérable. Et lorsque nous irons au-delà de la 5G, cette complexité ne fera qu'augmenter. La bonne nouvelle? Nos modèles d'évaluation de cet impact sont également de plus en plus sophistiqués.

Plus de stations de base ou plus de puissance ?

Bien que les détails soient encore en discussion, il est déjà clair que la 6G englobera plusieurs innovations matérielles. Les exemples sont le partage du spectre et de l'infrastructure, le MIMO massif sans cellule et la convergence de la communication et de la détection. Mais, plus important encore, la 6G nécessitera un passage à des fréquences plus élevées, au-dessus de 100 GHz.

Ces facteurs viendront s'ajouter à l'évolution déjà amorcée avec la 5G vers des architectures de réseau plus complexes. D'une part, un passage à des fréquences (beaucoup) plus élevées signifie souvent que la portée de chaque station de base deviendra (beaucoup) plus courte. Cela conduit généralement à un besoin de plus de stations de base pour assurer une couverture complète à la capacité la plus élevée.

Est-ce une mauvaise nouvelle du point de vue de la consommation d'énergie ?

La reponse courte est oui. En règle générale, il est plus inutile d'ajouter des stations de base que d'augmenter la puissance de sortie d'une station existante. Il y a une raison simple à cela :ajouter plus de stations de base signifie découpler les ressources partagées telles que le refroidissement, ce qui diminue l'efficacité énergétique globale.

C'est l'une des raisons pour lesquelles le MIMO massif est déjà un ajout précieux aux technologies de connectivité sans fil pour la 5G. Il n'augmente pas la consommation d'énergie par station de base. Parallèlement, il élargit la portée au niveau du réseau et permet une communication plus rapide vers plusieurs utilisateurs en parallèle.

Est-ce donc une bonne idée d'augmenter encore plus les niveaux de puissance des stations de base pour réduire le besoin de stations de base supplémentaires ? Peut-être, d'un point de vue purement théorique. Mais dans le monde réel, des obstacles surgissent fréquemment, tels que les réglementations CEM locales et internationales qui limitent l'exposition aux rayonnements électromagnétiques.

Une autre considération concrète dans la conception de réseaux sans fil va au-delà du nombre de clients dans une zone donnée. Il tient également compte de leurs besoins en bande passante. Nous ne pouvons pas oublier que le débit affecte également la consommation électrique des stations de base. Si la 6G pourra offrir des débits astronomiques, doit-elle être disponible partout et tout le temps ?

Modèles pour optimiser l'efficacité énergétique des réseaux 6G

Si nous voulons sérieusement limiter la consommation d'énergie des infrastructures de réseau sans fil complexes de demain, nous ne pouvons pas continuer à nous contenter de modèles relativement simples et théoriques.

Le défi consiste à trouver l'équilibre optimal entre les coûts énergétiques de l'ajout de stations de base supplémentaires et l'augmentation des niveaux de puissance de sortie de chaque station de base. C'est un exercice qui doit être répété pour chaque mise en œuvre concrète. Et nous devons tenir compte de facteurs tels que l'environnement physique, l'infrastructure existante, les critères d'installation prédéfinis, les besoins en bande passante des utilisateurs humains et non humains, les directives EMF, etc.

Le groupe de recherche WAVES de l'imec de l'Université de Gand a développé un outil de conception de réseau d'accès radio (RAN) indépendant de la technologie et du fournisseur dans ce but précis. La création d'un modèle 3D de la zone et son remplissage avec des utilisateurs virtuels permettent aux concepteurs de réseau de calculer la quantité, les emplacements et les niveaux de puissance des stations de base pour assurer une couverture optimale dans une zone donnée. Il prend déjà en charge une variété de technologies et sera continuellement mis à jour pour inclure les technologies émergentes telles que mmWave.

Le meilleur moyen d'augmenter l'efficacité énergétique de la 6G

La clé est d'utiliser des outils capables de gérer à la fois la complexité de nos réseaux sans fil et celle du monde réel. Cela nous permet de limiter au maximum la consommation d'énergie sans impacter la qualité de service.

Ces outils contribueront à limiter la part de la connectivité sans fil dans le budget énergétique mondial. Mais cela ne nous mènera que si loin. Au niveau du réseau, aucune des technologies envisagées pour la 6G ne nous offrira plus de degrés de liberté que celles dont nous disposons actuellement. Ce sont :les niveaux de puissance des stations de base, leurs emplacements et les adaptations intelligentes à l'évolution des demandes de trafic de données.

Si nous voulons contrôler la consommation d'énergie de nos réseaux sans fil, le gros du travail devra être fait au niveau de l'appareil. En explorant de nouveaux matériaux et architectures, nous devrions être en mesure de déconnecter un saut de performance d'une augmentation proportionnelle de la consommation d'énergie. Par exemple, les technologies III/V ne permettent pas seulement des amplificateurs de puissance plus efficaces. Ils conduisent également des architectures optimales vers un nombre réduit d'antennes et de composants analogiques. + Explorer plus loin

Utiliser le rayonnement optique pour alimenter une station de base 5G portable