Energy Characterisation of Distributed Antenna Systems for Indoor Wireless Communications
Modélisation énergétique de réseaux à antennes distribuées pour les communications sans-fil indoor
Résumé
The increasing number of mobile terminals in home and in-building networks for indoor environments including offices, train stations and airports entails demanding bit-rate requirements with unprecedented increase in energy consumption. Considering the energy required per user terminal to access the Internet, more than half of the total energy used from the core network to the end user terminal is consumed in the home / in-building network. In the purpose to limit the energy consumed within an in-building infrastructure, whilst enabling higher bit-rates, a promising approach is to provide the wireless coverage by sharing the transmitted power among several distributed antennas. Therefore, a distributed antenna system (DAS) using radio-over-fiber (RoF) links is considered in the present study. One objective is to model and compute the system energy efficiency, as defined by the consumed power to the effective bit-rate ratio, and to compare it to that of a conventional single antenna system. The simulation results based on both power consumption measurements in Wi-Fi networks and power consumption modeling of radio-over-fiber links, show that a RoF-DAS can be up to three times more energy efficient than a conventional system for the same total radiated power. For the deployment of distributed antenna systems in indoor areas, a method is proposed to optimize their energy efficiency. Knowing the probability of presence of the terminals within a given area, the proposed method can determine the number of distributed antennas and the total radiated power. Finally, the present thesis studies algorithms for setting home equipment in standby mode and switching off distributed antennas when no connection is active. These algorithms add on to the aforementioned modeling and enable further reduction of energy consumption in home networks by more than 45% for an eight-hour day.
La multiplication des terminaux mobiles dans les réseaux domestiques indoor tels que les habitations, les locaux professionnels ou encore les gares et les aéroports, entraîne une demande de plus en plus exigeante en terme de débit et une consommation énergétique accrue. Si on considère l'énergie consommée par utilisateur lors d'une connexion internet sur l'ensemble du réseau (du réseau coeur au terminal), plus de la moitié de l'énergie est consommée dans le réseau domestique. Pour limiter cette consommation énergétique domestique, tout en permettant une augmentation des débits, un système à antennes distribuées (DAS) utilisant des liens radio-sur-fibre est étudié dans cette thèse. Un premier objectif est de modéliser l'efficacité énergétique de cette architecture, définie comme étant le rapport de la puissance totale sur le débit effectif de transmission, de la calculer, puis de la comparer à celle d'un système mono-antenne. Les résultats de simulations, basés, à la fois sur la mesure expérimentale de la consommation de puissance dans des réseaux Wi-Fi, et une modélisation de la consommation des liens radio-sur-fibre permettent de montrer qu'un DAS peut être jusqu'à trois fois plus efficace énergétiquement qu'un système conventionnel en considérant une même puissance totale rayonnée. Ensuite, afin de déployer un système à antennes distribuées dans un espace indoor donné, une méthode est proposée pour optimiser l'efficacité énergétique. Elle permet à partir de la probabilité de présence des terminaux dans l'espace considéré, de déterminer le nombre optimal d'antennes distribuées ainsi que la puissance totale rayonnée. Cette thèse propose enfin des algorithmes de mise en veille d'équipement domestique et de désactivation des antennes distribuées en l'absence de connexion. Ces algorithmes complètent la modélisation précédente et peuvent permettre de réduire de plus de 45% la consommation énergétique d'un réseau domestique ayant une activité journalière de 8h.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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