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如何解决Wi-Fi系统和基础设施的能耗问题?

Luke James 2019-09-05

Wi-Fi很好,但在能耗方面它是一个很大的负担。不过,这只是我们为Wi-Fi支付的价格,对吗?不完全是。事实上,只有一小部分Wi-Fi基础设施消耗的能量被用于供应系统本身;由于Wi-Fi系统和基础设施的整体效率很差,因此大部分都会因热量而损失。ca0电子头条

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全球无线通信的成功导致基础设施的大规模扩张。基站和手机信号塔随处可见,但还不足以解决效率问题。 这不仅会增加运营成本(从而提高消费者成本),还会增加温室气体排放。ca0电子头条

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如何解决Wi-Fi系统和基础设施中能源低效问题?ca0电子头条

可用于接收和发送WiFi信号的电信塔。图片由Pixabay提供。ca0电子头条

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Wi-Fi效率低下ca0电子头条

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多年来,我们都知道,Wi-Fi基础设施在多大程度上消耗了能源。媒体对这一问题进行了广泛报道,并对缓解这一问题的几次尝试进行了理论分析,但收效甚微。到目前为止,迈向更高效Wi-Fi的最有希望的一步就是所谓的无源Wi-Fi,它的功效高达10000倍。ca0电子头条

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为实现这一目标,华盛顿大学的一个电子工程师和计算机科学家团队分离了Wi-Fi无线电传输中涉及的数字和模拟操作,后者耗电使Wi-Fi成为一种严重的能源浪费。ca0电子头条

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无源Wi-Fi架构将功耗密集的模拟功能和节能数字功能分开,并将它们分配到墙上插座的单个网络设备中。然后,一系列传感器通过反射和吸收来自网络设备的信号,使用很少的功率产生Wi-Fi数据包。 结果是插入式设备只在反射信号时才做所有的艰苦工作,从而降低了功耗。 ca0电子头条

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如何解决Wi-Fi系统和基础设施中能源低效问题?ca0电子头条

工作在通信塔的维修工。图片由Pixabay提供。ca0电子头条

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避免低效必须解决实际问题ca0电子头条

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成本是一回事,破坏环境是另一回事。无线操作中低功效的现实问题是大量的热量损失。对于那些必须买单的公司来说,这是一个问题,对于那些必须应对温室气体排放上升的后果的社会来说,这也是一个问题。ca0电子头条

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正是这些关注促成了麻省理工学院电子工程和计算机科学系博士候选人Omer Tanovic最近的研究。Tanovic加入了信息与决策系统实验室(LIDS),致力于设计可提高电源效率的信号处理系统。Tanovic的最新项目希望通过降低无线通信信号的峰均功率比(PAPR)来解决功效问题。PAPR比越低,无线传输效率越高。这是因为PAPR是间接显示通过无线网络发送和接收清晰信号需要多少功率。ca0电子头条

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为此,他计划使用数学并开发能够保证提高系统性能的算法。Tanovic已经设计了一种算法,可以降低当前通信信号的PAPR,使系统能够更接近最高效率运行。Omer说:“为了运作,每个单元塔都必须有某种PAPR降低算法。但他们使用的算法是在很少或根本不保证提高系统性能的情况下开发的。一个常见的概念是,优化算法肯定会提高系统性能,在功率或计算能力方面太昂贵或根本无法实现。”ca0电子头条

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重新设计功率放大器ca0电子头条

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蜂窝网络中最大的能量消耗者是功率放大器。这将低功率信号转换为更高功率的输出。这样做是因为信号需要具有足够强的信噪比以到达其目的地,例如蜂窝塔。目前,功率放大器的问题在于它们的设计方式允许它们携带峰值远高于所传输信号功率的信号。这意味着它们通常在操作上效率低下。ca0电子头条

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Tanovic的算法旨在降低信号的PAPR,从而使功率放大器能够以最高效率运行,这只是该问题的一种可能解决方案。功率放大器很难设计。与其重新开始,也许数学过程是解决Wi-Fi低效的最佳方式,至少在短期内如此。 ca0电子头条