Effiziente Leistungssteuerung zur Reduzierung der elektromagnetischen Feldexposition in 5G- und 6G-Mobilfunknetzen

Core Concepts

Eine effiziente Methode zur Begrenzung der elektromagnetischen Feldexposition in 5G- und 6G-Mobilfunknetzen, die die Netzwerkleistung minimiert, indem die Sendeleistung und Modulation pro Nutzer dynamisch angepasst werden.

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Begrenzung der elektromagnetischen Feldexposition (EMF) in 5G- und 6G-Mobilfunknetzen vorgestellt. Das Verfahren besteht aus zwei Teilen:

Zeitliche Verteilung des EIRP-Budgets (Effektive Isotrope Strahlungsleistung) über die Zeitslots eines Zeitraums, um Lastspitzen zu bewältigen, ohne das Budget vorzeitig aufzubrauchen.

Faire Leistungsallokation über die aktiven Nutzer unter Einhaltung des EIRP-Budgets pro Zeitslot. Hierzu wird ein wasserscheidenartige Lösung zur Optimierung der Nutzer-Sendeleistung und Modulation abgeleitet, die die Gesamtdurchsatzgerechtigkeit maximiert.

Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen, die lediglich die Ressourcenzuweisung beschränken, kann das vorgeschlagene Verfahren die Netzwerkleistung bei Einhaltung der EMF-Grenzwerte deutlich verbessern. In detaillierten 3GPP-kalibrierten Simulationen zeigt sich, dass bei einer Begrenzung der maximalen EIRP auf 25% des Maximalwerts der Leistungsverlust nur 6,5% beträgt, im Vergleich zu 44,2% bei den bisherigen Ansätzen. Das geringe Rechenaufwand und die hohe Leistungsfähigkeit machen das Verfahren zu einem vielversprechenden Kandidaten für den Einsatz in 5G- und 6G-Mobilfunk-MAC-Schedulern.

Stats

Die maximale EIRP, die vom Mobilfunksystem ohne Leistungsbegrenzung abgestrahlt werden kann, beträgt 430 Mbit/s pro Zelle.
Bei einer Begrenzung der maximalen EIRP auf 25% des Maximalwerts reduziert sich der Durchsatz um lediglich 6,5%.
Bei einer Begrenzung auf 50% des Maximalwerts beträgt der Durchsatzverlust weniger als 1% im mittleren bis hohen Lastbereich.

Quotes

"Unsere Lösung ermöglicht es, die Leistungsverluste im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, die die Ressourcenzuweisung ohne Leistungsanpassung dynamisch anpassen, drastisch zu reduzieren."
"Das geringe Rechenaufwand und die hohe Leistungsfähigkeit machen das Verfahren zu einem vielversprechenden Kandidaten für den Einsatz in 5G- und 6G-Mobilfunk-MAC-Schedulern."

Key Insights Distilled From

EMF Mitigation via 5G and 6G MAC Scheduling

by Silvio Mande... at arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.06830.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte das vorgeschlagene Verfahren zur Begrenzung der elektromagnetischen Feldexposition in anderen Anwendungsszenarien, wie z.B. industrielle Automation oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation, eingesetzt werden?

Das vorgeschlagene Verfahren zur Begrenzung der elektromagnetischen Feldexposition durch die dynamische Steuerung der Leistung und Ressourcenallokation in Mobilfunknetzen könnte auch in anderen Anwendungsbereichen wie industrieller Automation oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation eingesetzt werden. In der industriellen Automation könnte die Technik dazu verwendet werden, um die Exposition von Arbeitern in der Nähe von drahtlosen Kommunikationssystemen zu reduzieren, während gleichzeitig die Netzwerkleistung optimiert wird. In der Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation könnte die Methode dazu beitragen, die Exposition von Fahrzeuginsassen oder Fußgängern in der Nähe von Kommunikationsgeräten zu minimieren, insbesondere in Umgebungen mit dichtem Verkehr oder hoher Konnektivität.

Welche zusätzlichen Faktoren, wie Nutzerverteilung oder Mobilität, müssten bei der Optimierung der Leistungsallokation berücksichtigt werden, um eine noch fairere Verteilung des Durchsatzes zu erreichen?

Bei der Optimierung der Leistungsallokation zur Erzielung einer noch faireren Verteilung des Durchsatzes müssen zusätzliche Faktoren wie die Nutzerverteilung und die Mobilität berücksichtigt werden. Die Nutzerverteilung kann die Zuweisung von Ressourcen beeinflussen, da eine ungleichmäßige Verteilung dazu führen kann, dass einige Benutzer bevorzugt werden, während andere benachteiligt sind. Durch die Berücksichtigung der Nutzerverteilung und der Mobilität können Algorithmen entwickelt werden, die die Ressourcen gerechter zuweisen, basierend auf der aktuellen Position der Benutzer und deren Anforderungen. Dies kann zu einer verbesserten Gesamtleistung und Fairness im Netzwerk führen.

Inwiefern könnten Erkenntnisse aus der Forschung zu Interferenzreduktion und Leistungsoptimierung in Mobilfunknetzen auch für die Reduzierung der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern in anderen Anwendungsgebieten, wie z.B. der Medizintechnik, nutzbar gemacht werden?

Erkenntnisse aus der Forschung zur Interferenzreduktion und Leistungsoptimierung in Mobilfunknetzen könnten auch für die Reduzierung der Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern in anderen Anwendungsgebieten wie der Medizintechnik genutzt werden. Durch die Anwendung von Techniken zur effizienten Ressourcennutzung und Interferenzkontrolle können elektromagnetische Felder in medizinischen Geräten oder Anwendungen minimiert werden, ohne die Leistungsfähigkeit des Systems zu beeinträchtigen. Darüber hinaus könnten adaptive Algorithmen zur Leistungsoptimierung dazu beitragen, die Exposition von Patienten und medizinischem Personal in der Nähe von medizinischen Geräten zu reduzieren, während gleichzeitig eine zuverlässige und effektive Kommunikation gewährleistet wird.