La consommation d’énergie des équipements 5G

Le coût de l'énergie nécessaire pour alimenter la 5G s'annonce comme l'un des plus gros casse-tête pour les opérateurs déployant les nouveaux réseaux.

Selon un rapport de MTN Consulting, les opérateurs de télécommunications dépensent généralement environ 5 à 6 % des dépenses d’exploitation en coûts d’énergie. Une fois les réseaux mis à l’échelle, la 5G devrait doubler ou tripler la consommation d’énergie des opérateurs mobiles, avec une augmentation connexe des coûts énergétiques. Les experts estiment qu’un réseau 5G consommera trois fois et demie plus d’électricité que la 4G, dû à une combinaison d’antennes MIMO massives et de la prolifération massive de petites cellules.

Selon ABI research, un site cellulaire LTE typique pourrait aujourd’hui consommer environ 6 kilowatts (kW), atteignant peut-être 8 à 9 kW aux périodes de pointe. Un site de 3,5 GHz déployant un MIMO massif avec quatre émetteurs et quatre récepteurs pourrait consommer 14 kW en moyenne et jusqu’à 19 kW en période de pointe. Dans ce scénario, la station de base prendra également en charge la 2G, la 3G et la 4G, avec sept bandes différentes allant de 700 MHz à 3,5 GHz.

Et pour la 5G, il faudra deux ou trois fois plus de sites de petites cellules qui devront être déployés afin d’obtenir une couverture et un débit 5G complets.

Avec la 5G en préparation, Ericsson estime que la consommation moyenne de données mobiles passera de 7,2 Go à 24 Go par mois.

Une analyse Huawei basée sur les données des opérateurs tire des conclusions similaires : la consommation d’énergie des équipements 5G à 3,5 GHz et un MIMO massif, sera 300% à 350% plus énergivore qu’une station de base 4G. Un site cellulaire déployant aujourd’hui 2G, 3G et 4G dans cinq bandes de fréquences différentes consommera en moyenne 5,9 kW, avec un pic de 7,3 kW. En trois ans, avec l’ajout d’équipements 5G dans les bandes 2,6 GHz et 3,5 GHz, cela doublera presque pour atteindre une moyenne de 10,4 kW, avec 13,7 kW pendant les périodes de pointe.

Dans cinq ans, suite au déploiement de mmWave, cela passera à 13,4 kW en moyenne et à 18,9 kW aux heures de pointe.

La forte augmentation de la consommation d’énergie est un problème qui inquiète les opérateurs chinois, qui ont déjà déployé environ 80 000 stations de base et lanceront officiellement le service 5G jeudi. Huawei estime que d’ici 2026, les opérateurs chinois auront déployé 4,75 millions de macro-stations 5G et 9,5 millions de petites cellules en utilisant mmWave.

Yan Binfeng, directeur du comité technique du China Unicom Research Institute, convient que la facture d’électricité 5G serait plus de trois fois supérieure à celle de la 4G. La société chinoise de tours cellulaires, China Tower, a prévu que le coût de l’électricité des stations de base 5G représente environ dix fois le loyer annuel. Ce qui posera un défi pour les opérateurs dans l’investissement qu’ils feront !

Les opérateurs

L’automne dernier, tous les plus grands opérateurs de téléphonie mobile américains, y compris AT&T, T-Mobile et Verizon, ont convenu de divulguer leurs impacts climatiques respectifs dans le cadre d’une initiative mondiale dirigée par la GSMA pour développer une feuille de route d’action climatique pour l’industrie mobile. Plus de 50 opérateurs de réseaux mobiles, représentant plus de 5,2 milliards de connexions mobiles dans le monde, sont déterminés à réaliser une ambition d’avenir à l’échelle de l’industrie : atteindre zéro émission nette d’ici 2050. Les opérateurs ont pris divers engagements environnementaux, comme T-Mobile qui s’est engagé à utiliser des sources renouvelables pour répondre à 100% de ses besoins énergétiques d’ici 2021. En septembre 2019, l’opérateur avait atteint 95% de cet objectif.

Orange souhaite être neutre en carbone en 2040, cela passera par un recours accru aux énergies renouvelables, qui représenteront en 2025 plus de 50% du mix énergétique du groupe, mais aussi par un effort sans précédent d’efficacité énergétique. Orange renforcera son programme Green ITN pour réduire la consommation énergétique de ses réseaux, multipliera par 10 le nombre de véhicules électrifiés en France et s’appuiera davantage sur l’économie circulaire avec par exemple, des produits éco-conçus, des équipements réseaux de seconde main et davantage de terminaux d’occasion disponibles dans les boutiques.

Nokia

Nokia revendique 30% d’économie d’énergie sur les stations 5G grâce à une technologie de refroidissement. Nokia a déclaré qu’Elisa (Opérateur finlandais) peut réduire les dépenses énergétiques potentielles du site de la station de base de 30% et les émissions de CO2 de 80% en utilisant le produit de refroidissement liquide 5G AirScale du fournisseur finlandais. Nokia a déjà introduit le refroidissement liquide avec Elisa pour les stations de base 2G, 3G et 4G.

Habituellement, environ 90% de l’énergie utilisée par les stations de base est convertie en chaleur perdue, selon Nokia. Cependant, avec la technologie de refroidissement liquide, il existe une option pour convertir et réutiliser la chaleur perdue, ce qui permet de réduire considérablement les émissions de carbone, environ 80% dans le cas d’Elisa sur son site d’Helsinki. Cela s’inscrit également dans l’objectif déclaré d’Elisa d’être neutre en carbone d’ici la fin de 2020.

Ericsson

Ericsson montre que même si le MIMO massif consomme plus d’énergie à mesure que davantage d’antennes sont déployées, les réseaux hérités consommeront de loin la plus grande part de l’énergie utilisée. Le constructeur d’infrastructure propose aussi une nouvelle approche innovante pour briser la courbe d’énergie.

Préparer le réseau
En modernisant le réseau avec les dernières technologies et le remplacement des anciens équipements, il est possible de réaliser des économies d’énergie importantes. Les déploiements de générations mobiles étaient souvent gérés en ajoutant de nouveaux équipements tout en conservant les actifs réseau existants. Cette pratique doit changer. La modernisation dans les zones à faible trafic peut produire un retour sur investissement inférieur à trois années pour les seules économies d’énergie.

Activer un logiciel d’économie d’énergie
Les fonctions d’économie d’énergie sont déjà disponibles dans certains matériels et peuvent être activées. Par exemple, la solution Scheduler (LESS) peut réduire la consommation d’énergie des équipements radio jusqu’à 15% tout en conservant la même expérience utilisateur.

Construisez la 5G avec précision
Il est important d’avoir le bon équipement pour la bonne zone. Construire la 5G avec précision pour optimiser les performances du réseau sur les nouvelles fréquences 5G. Le partage de spectre est l’une des solutions.

Photo : christophe romei – MWC 2018

Exploitez intelligemment l’infrastructure du site
En utilisant l’IA, les fournisseurs de services peuvent exploiter l’infrastructure du site de manière proactive pour contrôler les équipements passifs et activer la maintenance prédictive et sans contact. La consommation d’énergie d’un site peut baisser jusqu’à 15% grâce à des solutions de contrôle de site intelligent.