Lasst kleine grüne Funkzellen blühen

Forscher der University of Southern California und von Samsung haben ein Modell entwickelt, wie ein effizientes Mobilfunknetz aus erneuerbaren Energien gespeist werden könnte.

Die schöne neue Welt der Mobilkommunikation macht auf den ersten Blick einen fließenden, sauberen Eindruck. All die Bits, die durch die Luft schwirren, scheinen mit der stofflichen Welt und ihren Kehrseiten nichts gemein zu haben. Weit gefehlt: Die Mobilkommunikation mit ihren Sendemasten verbraucht viel Strom. Der kommt in den ärmeren Ländern in südlichen Breiten nicht selten aus Diesel-betriebenen Generatoren. Forscher der University of Southern California (USC) und von Samsung zeigen nun, dass komplexe Netzwerke auch aus lokalen Stromquellen gespeist werden können, ohne auf das allgemeine Stromnetz oder gar Diesel-Generatoren zurückgreifen zu müssen.

Das Kernstück dieses Ansatzes sind sogenannte „Small Cells“, kleine Funkzellen, die aus Solaranlagen, Batterien oder auch kleinen Windrädern gespeist werden könnten. Allerdings könnte unter einer solchen dezentralen Stromversorgung auch die Zuverlässigkeit des Netzes leiden, wenn es zu Schwankungen in der Stromversorgung kommt.

Die Forschergruppe um Harpreet Dillon von der USC hat deshalb ein Modell entwickelt, das berücksichtigt, wie schnell die Stromquelle einer jeden kleinen Funkzelle Elektrizität erzeugt und speichert. Darin sind auch Schätzungen für Sonneneinstrahlung und Windaufkommen enthalten. Ebenfalls modelliert wurde, wieviel Strom eine Zelle im aktiven Betrieb verbraucht, und wieviele Netzteilnehmer sich in einer Zelle in der Regel aufhalten.

Das Ergebnis war, dass ein derart angelegtes Netzwerk mit weniger zusätzlichen kleinen Funkzellen auskommt als in einer herkömmlichen Netzstruktur, die Reserven vorhalten muss. Die Arbeit sei zwar vorerst rein theoretisch und müsse in der Praxis erst einmal getestet werden, aber ein „sehr wichtiger Schritt“, sagt Jeff Reed, Direktor des Forschungszentrum für Funknetze am Virginia Institute of Technology. „Eines der größten Hindernisse beim Aufbau von Mobilfunknetzen in Entwicklungs- und Schwellenländern ist, eine verlässliche Stromquelle zu finden.“ Die Gruppe um Harpreet Dillon hätte mit ihrer Arbeit einen Weg aufgezeigt, wie man ein Netz allein aus erneuerbaren Energien speisen kann.

Dass Internet und Telekommunikation zu Treibhausgasemissionen einen nicht ganz unerheblichen Beitrag leisten, lässt sich nicht mehr leugnen. Telekommunikationssysteme verursachen ein Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes. Ihr Stromverbrauch wird sich schon in wenigen Jahren verdreifachen. In manchen Ländern machen Energiekosten bereits die Hälfte der Betriebskosten der Netzbetreiber aus.

Es sei zwar wichtig, Erzeugung und Speicherung von Elektrizität weiter zu verbessern, sagt Thierry Klein, der ein Energieforschungsprogramm an den Bell Labs von Alcatel-Lucent leitet. „Eine größere Wirkung ist aber zu erzielen, wenn der Stromverbrauch der Netzwerkausrüstung gesenkt wird.“

Die Zukunft wenig energieintensiver Mobilfunknetze kann man zum Beispiel in Sambia besichtigen. Die Firma Vanu hat dort in einem Dorf eine Basisstation installiert, die nur wenig Strom verbraucht und eine Netzabdeckung für das ganze Dorf bringt. „Wir trimmen die Geräte auf einen so geringen Stromverbrauch, dass eine Solaranlage und eine Batterie ausreichen, um das Netz in der Nacht oder sogar während eines zweitägigen Unwetters aufrecht zu erhalten“, sagt Firmengründer Vanu Bose. Das gehe ganz ohne Diesel-Aggregate. Mit noch kleineren Funkzellen, so genannten Pico- und Femto-Zellen, könnten erneuerbare Energien demnächst in immer mehr Ländern zur Hauptstromquelle von Mobilfunknetzen werden.

Das Paper:
Dhillon, H. et al.: "Fundamentals of Heterogeneous Cellular Networks with Energy Harvesting", IEEE Transactions on Wireless Communications (Preprint bei arXiv.org) (nbo)