Onderzoekers willen toename stroomgebruik door 5G voorkomen

Overal ter wereld werken wetenschappers aan 5G, de volgende generatie supersnel mobiel internet. Dat heeft wel zijn prijs, want mobiel internet is een energieslurper van jewelste. Daarom puzzelen onderzoekers naar manieren om te voorkomen dat een exponentiële toename in dataverkeer leidt tot een zelfde toename in stroomverbruik.

Archiefbeeld ter illustratie.Beeld thinkstock

Leo de Vreede van de TU Delft, die onlangs zijn intreerede hield als hoogleraar micro-elektronica, is een van hen.

Waar het binnenhalen van een speelfilm in hoge kwaliteit via de snelste verbindingen nu nog minstens een uur vergt, zal dat straks een kwestie van seconden zijn. Sneller internet leidt tot meer dataverbruik. Volgens voorspellingen zal rond 2020 de hoeveelheid dataverkeer een factor duizend hoger liggen dan nu, zegt De Vreede. 'Ik had een tijdje de neiging dit soort groeicijfers niet te geloven', aldus de hoogleraar, die zijn smartphone zelf maar spaarzaam gebruikt. 'Maar tot nu toe zijn alle voorspellingen uitgekomen, dus ik geloof ze voortaan gewoon.'

Die voorspellingen gaan ervan uit dat tegen het jaar 2020 een gigabyte mobiele data per persoon per dag wordt verstookt. Om die data bij de gebruiker te krijgen, voorziet de hoogleraar onder meer de komst van datadouches, waar je op de snelweg onderdoor rijdt, of op het centraal station langs loopt, en die in enkele seconden een complete speelfilm aan data uitstrooien.

Als de hoeveelheid data met een factor duizend toeneemt, mag het energieverbruik dat niet doen. Nu al, rekende De Vreede uit, stoken we op de wereld met zijn allen een supertanker met olie op om al die draadloze netwerken in de lucht te houden. Per maand. 'Eén supertanker per maand is misschien nog wel te doen, maar dat moeten er geen tientallen worden.'

De vooruitzichten zijn niet gunstig. Om de enorme snelheden te kunnen bereiken, moet 5G werken met hogere frequenties en kortere golflengtes. Die kunnen daardoor niet meer de hoek om of door een muur heen, zoals bij 4G-frequenties nog wel lukt. In plaats van om de zoveel kilometer een krachtige zendmast, zal voor 5G bij wijze van spreken op elke hoek van de straat een kleinere zender moeten hangen, omdat de ontvanger in het gezichtsveld van de databron moet zijn. Deze vereiste 'line of sight' betekent veel meer zenders, en hoewel het vermogen daarvan lager zal zijn, dreigt het totale energieverbruik hierdoor flink te stijgen.

De zendstations zijn de grootste energieverbruikers in de keten. Ongeveer 60 procent van alle elektriciteit gaat eraan op. Terwijl de totale efficiency van een wat ouder 3G-basisstation slechts 8 procent bedraagt. Om dat verbruiksgetal te verbeteren, moet gekeken worden naar de versterkers die het signaal de ether in sturen. Als die zuiniger worden, kan de energiestijging binnen de perken gehouden worden.

(Tekst gaat verder onder afbeelding).

Een graphic uit 2010 geeft de intensiteit weer van het Facebookverkeer in dat jaar.Beeld Paul Butler

Vervorming

Alleen is er een probleem: 'Grofweg kun je stellen dat hoe efficiënter je een versterker maakt, des te meer de lineariteit afneemt.' Lineariteit betekent dat het signaal dat de versterker in gaat, er aan de andere kant exact gelijk uitkomt, alleen met hogere amplitude. Versterkers die efficiënt met energie omgaan, vervormen het signaal meer. 'Vergelijk het met een versterker in een hifiset. Als je het volume opschroeft, hoor je het geluid vervormen', zegt De Vreede. Meer verstoringen betekenen meer communicatiefouten. Ook dreigen zenders daardoor buiten hun bandbreedte te treden, waardoor ze andere communicatie storen.

Dit soort 'fouten' kun je corrigeren, bijvoorbeeld door het signaal voor te vervormen, zodat het eindresultaat precies is wat je wilt hebben. 'Voor deze correcties is alleen veel rekenwerk nodig, wat ook weer energie kost, waardoor de efficiency afneemt', schetst De Vreede het probleem. 'Als je straks voor 1 watt nuttig zendvermogen 10 watt rekenvermogen nodig hebt, span je het paard achter de wagen.'

Door alle onderdelen van zo'n zenderconfiguratie optimaal op elkaar af te stemmen en ze zo veel mogelijk te integreren op computerchips, verwacht De Vreede dat er zendsystemen met meer dan 50 procent efficiency mogelijk zijn. Dan heeft 5G nog steeds een groot energieverbruik, maar in elk geval minder dan de ergste voorspellingen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden