Estaciones Base eficientes

Disminuir el consumo de energía y los costos de infraestructura son algunos de los objetivos que se plantean los operadores y, para conseguirlo, la tecnología actual tiene mucho que aportar en este sentido, como se verá a continuación.

Reducir el consumo de energía
Centrándonos en los equipos y redes de telecomunicaciones, éstos son responsables de una gran parte del consumo de energía que se realiza cada día, teniendo en cuenta que en todo el mundo hay más de 5.600 millones de usuarios de móvil, unos 2.000 millones de Internet y más de 1.000 millones de telefonía fija, además de otro número inmenso de usuarios de redes de voz y datos privadas, además de que en 2010 el tráfico de datos en redes móviles superó al de voz, algo que ya sucede desde 2007 en las redes WCDMA, lo que puede dar una idea de que el consumo global es enorme. Analizar todos y cada uno de los aspectos asociados a esta temática es una tarea inmensa y es por ello que nos centraremos en las redes móviles y, más concretamente, en el gasto originado por las estaciones base (BTS), ya que son, con diferencia, la parte más importante puesto que hay millones de ellas desplegadas por todo el planeta y están operativas, en la mayoría de los casos, de manera permanente.
Una parte significativa de los gastos de funcionamiento de la red de una empresa corresponden al consumo de electricidad y el alza continuada de los precios de la energía -de todo tipo- lleva a los operadores a buscar maneras de reducir los costes, algunas muy sencillas como, por ejemplo, utilizar ventilación natural forzada en lugar de aire acondicionado, realizando un diseño adecuado de los armarios que contienen los equipos. También, se puede apagar por completo o parcialmente la estación de base cuando no esté ocupada o funcione en horas más tranquilas como la madrugada. Otra forma de ahorrar energía es rediseñando la estación de base para hacerla más eficaz en función de la energía -mediante módulos-, de manera que los equipos se ubiquen en lugares donde se puedan enfriar naturalmente y se pierda menos energía.
Además, se están implementando fuentes renovables de energía (paneles solares, turbinas eólicas y biocombustibles) para alimentar las redes de telecomunicaciones en lugares del mundo en desarrollo donde no existe o no llega la red eléctrica, o la instalación de generadores diesel es problemática o muy cara por el combustible.
Los grandes operadores móviles están reduciendo el impacto ambiental usando materiales reciclados y bioplásticos en sus productos pero, sin embargo, a pesar de estos esfuerzos diversos informes indican que las emisiones mundiales producidas por la por las telecomunicaciones no pararán de aumentar a medida que aumente la base de clientes. Las estimaciones hechas hace unos años mostraban la cara menos amable de este crecimiento y decían que la industria mundial relacionada con las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones era la responsable de aproximadamente el 2% de las emisiones de Dióxido de Carbono (CO2). Estimaciones más recientes ya hablan de un 3% y se prevé que el porcentaje siga creciendo en tanto en cuanto la demanda de servicios ofrecidos a través de redes fijas y móviles siga creciendo en el futuro. Con el despliegue de nuevas redes móviles de 3G y 4G se prevé que aumente el número de estaciones base que hoy existen dando servicio a las redes 2G; además, puesto que al trabajar en frecuencias superiores consiguen menor alcance, serán necesarias más estaciones base para obtener la misma cobertura.
Las redes actuales tienen mucho margen para mejorar en cuanto al ahorro energético se refiere. En este sentido, hasta ahora, el diseño de tecnologías para redes móviles se ha concentrado en reducir el consumo energético de los terminales de usuario con el objetivo de que la batería durase más y no se necesitasen recargas frecuentes -sobre todo ahora que con la adopción masiva de smartphones su consumo medio se ha disparado-, pero dado que el consumo de las BTS es muy superior al de los terminales -varios cientos de veces-, parece lógico centrar los esfuerzos de reducción del consumo eléctrico en esta parte de la red, principalmente porque incluso ante reducciones ligeras en el consumo de uno de estos elementos se producen grandes beneficios por el factor multiplicador que implica el gran número de BTS que tiene la red. Por otra parte, del costo total de un emplazamiento (site) aproximadamente un tercio corresponde a gasto de energía y de éste 1/3 al acondicionamiento y 2/3 a la transmisión, por lo que es importante cualquier ahorro que se pueda obtener, actuando sobre uno u otro factor, de cara a reducir el Opex del operador.

Técnicas empleadas
Hay varias maneras de abordar el problema el alto consumo de energía de las estaciones base de radio (BTS); una de ellas es emplear hardware más eficiente energéticamente, lo que no es muy difícil dados los avances de la tecnología electrónica. Así, Alcatel Lucent ha desarrollado un nuevo concepto: "LightRadio", que pretende revolucionar la conectividad móvil, tanto a nivel de miniaturización como de potencia y consumo energético. Se trata de un cubo de sólo 300 gramos de peso y cuyo tamaño es similar al de un cubo de Rubik pero que en su interior dispone de la misma potencia que la que ofrecen las estaciones base actuales; además, estas antenas dan soporte en una única unidad a múltiples frecuencias y estándares (2G, 3G y 4G) lo que permitirá simplificar las estaciones base y las grandes torres, que son normalmente los elementos de red más costosos y difíciles de instalar y mantener y que requieren mayor consumo de energía. Ericsson también dispone de una solución similar AIR (Antenna Integrated Radio), con la que busca reducir el consumo de energía a la vez que se expande el área de cobertura. Con estas soluciones los operadores podrán reducir la factura de la luz a una pequeña fracción de lo que hasta ahora pagaban.
Otra manera, muy utilizada, es buscar el enfriamiento natural (flujo de aire, intercambiadores de calor, ventilación forzada, etc.) mediante un adecuado diseño para evitar los sistemas de aire acondicionado, que pueden suponer entre el 30 y el 40 por ciento del gasto de energía del emplazamiento. Una más sería diseñar BTS modulares, de tal forma que las cabeceras de radio (RRU/Remote Radio Unit) que incluyen los conversores de RF y amplificadores de potencia puedan estar cerca de las antenas, reduciendo así enormemente la pérdida de energía que se produce en los cables cuando los transmisores están alejados decenas de metros de las mismas.
Una, más sofisticada, es emplear esquemas inteligentes de gestión de la red, basados en software que permitan asignar los recursos en función de la demanda, dejando en el caso de bajo tráfico inactivos aquellos elementos de la red que no se utilicen o se prevea que no vayan a ser utilizados en un periodo de tiempo; eso sí, sin dejar de prestar el servicio en unas condiciones aceptables. Aquí, el apagado (standby) selectivo de BTS es el método más extendido, y es ofrecido por algunos fabricantes, entre ellos Ericsson y Huawei, desde hace unos pocos años.
El método de standby, también llamado ECO Mode o Power Saving Mode, no es exclusivo de las BTS, sino que muchos otros dispositivos electrónicos (ordenadores, periféricos, electrodomésticos, etc.) lo emplean para reducir el consumo mientras no se utilizan, pero están en disposición de activarse ante una señal de control.

Apagado selectivo de BTS
En una red móvil pública, básicamente se trata de apagar un número de BTS cuando las condiciones de carga de la red permitan que con las BTS que permanecen activas se pueda seguir prestando los servicios demandados. La viabilidad de esta estrategia se basa en el hecho de que los despliegues de red realizados se calculan para soportar las condiciones de máximo tráfico, con todos los usuarios posibles llamando simultáneamente, un caso que no siempre se da. Con este método se puede ahorrar, dependiendo de la tipología de la BTS (exterior, interior o contenedor) en torno a un 20% del consumo diario de energía, una cifra muy significativa teniendo en cuenta que una BTS de GSM puede consumir unos 40.000 kWh/año en total y una UMTS, que es más eficaz, 25.000 kWh/año, lo que supone, en media, unos 1.000 euros de ahorro por BTS.
Al realizar el cálculo para un despliegue de estaciones base, su número viene más determinado por la cantidad de usuarios a los que hay que prestar servicio que por el alcance de las señales (cobertura radio); así, en entornos urbanos -con una gran densidad de usuarios- su número es muy superior al de los entornos rurales, en donde la población está muy desperdigada.
Así pues, en las zonas urbanas el tamaño de las celdas se reduce de manera deliberada ya que el factor determinante es la capacidad de la BTS y no su potencia de transmisión. En estos casos, si se apagasen algunas BTS la zona podría cubrirse con otras cercanas que permanezcan activas, aumentando ligeramente su potencia de transmisión si fuese necesario. Este incremento puede ser de sólo unos vatios, algo despreciable frente al consumo total de las BTS; ahora bien, se han de utilizar algoritmos sofisticados y predictivos que permitan determinar que estaciones y cuando se pueden apagar -en función del tráfico soportado, fijando umbrales para el apagado y nueva activación- para que no se degrade el servicio y se mantenga en todo momento la conectividad entre los usuarios, y para ello hay que "modelizar" el tráfico de la red en base al comportamiento de los mismo y los patrones de tráfico de la zona.
Los patrones de tráfico varían de un lugar a otro, y son función del tiempo. No es lo mismo el caso de estaciones base situadas en una zona residencial en la que la mayor parte de usuarios salen a trabajar y no regresan hasta por la noche, que una zona comercial o empresarial en el centro de la ciudad, en la que los usuarios siguen un patrón de presencia totalmente opuesto. Así, mientras que en el primer caso las BTS tendrán picos de tráfico a primera hora de la mañana y a última de la tarde y antes de la medianoche, permaneciendo casi sin carga durante la noche, en el segundo será en las horas comerciales cuando se den los máximos de tráfico. Conociendo este hecho se podría realizar un apagado selectivo de BTS, total o en parte de los recursos radio (portadoras), a lo largo del día para conseguir un ahorro energético significativo sin que el servicio a los usuarios se vea afectado.