دانلود رایگان ترجمه مقاله نظرسنجی در مورد شبکه های سلولی سبز (آی تریپل ای ۲۰۱۲)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

۳٫ جنبه های رادیویی تکنولوژی ۵G
به طور کلی، سیستم سلولی را می توان به روش های متعامد و غیر متعامد طبقه بندی نمود. سیستم های سلولی نسل اول و دوم تحت روش های دسترسی چندگانه متعامد عمل میکنند. مزیت اصلی این روش ها اجتناب از تداخل داخل سلولی، حساسیت به تداخل سلول متقابل، عدم حساسیت به اثراتnear far ، پنجره آزاد برای هماهنگ سازی و اجرای روش چرخه ای-پیشوند با استفاده از ISI می باشد.
نقشه راه فنی برای نسل سلولی با توجه به روش های متعامد و غیر متعامد عبارتست از: یک دیدگاه تاریخی که در شکل ۲ نشان داده شده است. در روش های متعامد، سیگنال ها از کاربران مختلف با یکدیگر متعامد بوده و ارتباط متقابل (cross correlation) آنها صفر است، که توسط FDMA (دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس) و OFDMA (دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس متعامد) به دست می آید. OFDMA برای نرخ داده بالا خوب عمل میکند، اما برای تداخل بین سلولی و قدرت انتقال پایین کارآمد نمی باشد [۶].

طرح غیر متعامد CDMA در سیستم های سلولی نسل دوم و سوم مانند WCDMA، CDMA2000 اتخاذ شده است. روش های غیر متعامد حساسیت به تداخل میان سلولی، کاهش تداخل متقابل، حساسیت به اثر near far بوده و به هماهنگ سازی نیاز ندارند. این طرح ها اجازه می دهند تا همبستگی متقابل غیر صفر میان سیگنال های دریافتی از کاربران مختلف از جمله در دسترسی متعدد تقسیم کد (CDMA) و IDMA (دسترسی چندگانه جایگذاری) اجرا گردد. CDMA روش دسترسی چندگانه غالب برای شبکه های سلولی ۳G فعلی است. در مقایسه با همتایان متعامد آن، CDMA برای لغو تداخل بین سلولی بسیار خوب عمل کرده، در برابر محو شدن مقاوم است، اما در محیط های انتقال غیرهمزمان با نرخ انتقال داده بالا مقیاس پذیر نیست و همچنین پهنای باند آن بسیار بیشتر از نرخ داده استفاده شده برای رفع تداخل می باشد. در مورد طرح های دسترسی چندگانه هیبریدی، ترکیب مناسب (روش های متعامد و غیر متعامد) CDMA و OFDMA تا حد زیادی عملکرد را بهبود می بخشد. ایده اولیه پیشنهاد شده توسط نویسنده سیستم سلولی را به دو منطقه، به نامهای بخش داخلی و بخش خارجی با پارتیشن بندی استفاده مجدد تقسیم میکند [۷] – [۸]. بخش داخلی با OFDMA پیوند خورده و بخش خارجی با دسترسی چندگانه تقسیم حلقوی-پیشوند-کد (CP-CS-CDMA) متصل شده است. CP-CS-CDMA بدون درنظر گرفتن کانال CODEC بطور آزادانه برایMAI (تداخل دسترسی چندگانه) فراهم می شود[۹]. مفهوم پیشوند حلقوی در ابتدا در سیستم OFDM توسعه داده شد. بعدها CP-CS-CDMA با عملکرد بهتر و کاهش پیچیدگی سیستم، موردتوجه عموم قرار گرفت. CP-CS-CDMA تا حد زیادی می تواند با استفاده از محاسبات باند جزئی FFT به جای محاسبات FFT باند کامل در سیستم CDMA سنتی بهره وری سیستم را افزایش دهد [۱۰]. ویژگی اصلی کد CS (comb spectrum) این است که هر گروه کد می تواند تنها بخشی از تمام نقاط فرکانس را اشغال کند. فرض کنید اگر یکی از گروه های کد CS در سیستم CP-CSCDMA حاضر نباشد، برخی از نقاط فرکانس بیکار و آماده استفاده نشان داده میشوند. نقطه فرکانس آماده بکار به زیر حاملOFDMA برای انتقال سیگنالهای OFDMA اختصاص داده میشود. طرح دسترسی چندگانه ترکیبی با ترکیب صحیح CDMA و OFDMA در همان باند بدون تداخل کار می کند. طیف ترکیبی CDMA و OFDMA در شکل ۳ نشان داده شده است.

علت اصلی نگه داشتن OFDMA در بخش داخلی به دلیل ضعف مقاومت سیستم ها در برابر تداخل کانال است. با این حال حتی اگر تداخل کانال خیلی کم باشد، هنوز هم می توان با برنامه نویسی مناسب کانال به بهره وری خوب دست یافت. از سوی دیگر، دلیل عمده برای نگهداری سیستم CPCS-CDMA در بخش خارجی، حفظ عامل استفاده مجدد ۱ با میانگین تداخل کانال است.
هدف از پارتیشن بندی برای استفاده مجدد، افزایش ظرفیت سیستم است که می تواند با یک عامل واحد استفاده مجدد به دست آید. زمان عالی برای تصمیم گیری در مورد موضوع پژوهش در جنبه تکنولوژی رادیویی دیدگاه های ۵G وجود دارد، همچنین اتخاذ هر دو طرح متعامد یا غیر متعامد یا ترکیبی حائز اهمیت است، زیرا هر یک از این روش ها دارای مزایا و معایبی برای کاهش تداخل دسترسی چندگانه (MAI)، تداخل بین نمادی (ISI) می باشند.

۴٫ ایستگاه های پایه سلولی سبز با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر ۵G
اخیرا مصرف و انتشار گازهای گلخانه ای (GHG) به موضوعات داغ در صنعت آینده ارتباطات موبایلی سبز تبدیل شده است. انرژی سبز یکی از آیتم های پر هزینه برای اپراتورهای شبکه تلفن همراه (MNO) است. شبکه های خط ثابت و شبکه های تلفن همراه در عمل از الگوی مصرف متفاوتی استفاده میکنند.
با توجه به شبکه های خط تلفن ثابت، ۷۰ درصد از مصرف انرژی کل در سمت کاربر نهایی رخ می دهد و تنها ۳۰ درصد به علت OPEX (هزینه عملیاتی) است. از سوی دیگر برای شبکه های تلفن همراه، ۹۰ درصد از مصرف انرژی کل در OPEX و یک بخش کوچک ۱۰٪ مصرف انرژی کل در سمت کاربران است که در شکل ۶ نشان داده شده است. در این رابطه، شبکه های۵G با چالش های زیادی برای ارائه برق به این شبکه های در حال گسترش روبرو هستند. در کشورهای در حال توسعه بسیاری از ایستگاه های پایه در مناطق راه دور با دسترسی محدود قرار گرفته اند، در حالی که بعضی از این نقاط هیچ دسترسی به انرژی شبکه ندارد. این وضعیت۵G را به سمت معرفی منابع تجدید پذیر انرژی، مانند انرژی خورشیدی، انرژی باد و سلول سوختی سوق میدهد. اکثر انرژی الکتریکی مورد نیاز برای اجرای ایستگاه های پایه سلولی حاصل سوزاندن دیزل است. با این حال، استفاده از دیزل در حجم زیاد و حفظ ذخایر جریان آن برای استفاده مداوم و برای یک دوره زمانی بدون محدودیت، بسیار چالش برانگیز است. علاوه بر این، این واقعیت که ذخایر سوخت ما با سرعت بسیار زیاد در حال کاهش است، این وضعیت را بدتر میکند. در دسترس پذیری و امکان ترکیب منابع انرژی تجدید پذیر در سایت های ایستگاه های پایه سلولی برای استقرار سیستم ترکیبی در آینده ضروری می باشد. بنابراین محققان به دنبال پیشنهادات جدید برای شبکه های ۵G سبز جهت پیاده سازی در سراسر جهان هستند.

خورشید ۱٫۲ × ۱۰۱۴ کیلو وات انرژی بر روی زمین فراهم میکند، که حدود ۱۰۰۰۰ برابر بیشتر از مصرف انرژی در حال حاضر است. انرژی که زمین در مدت یک ساعت از خورشید دریافت میکند برابر با مقدار کل انرژی مصرفی انسان در یک سال است. مزایای بسیار و معایب جزئی در نصب ایستگاه های پایه سلولی بر اساس انرژی خورشیدی وجود دارد. اما فن آوری های انرژی خورشیدی هنوز هم یک جایگزین پر هزینه در استفاده از سوخت های فسیلی به راحتی در دسترس باقی مانده است.
در جولای ۲۰۰۴، ژاپنی های پیشرو در اپراتور تلفن همراه NTT DoCoMo در ابتدا شروع به اجرای آزمایشی ۳۲٫۵ متر سرویس FOMA ، ایستگاه پایه ۳G به نامDoCoMo Eco Tower کردند [۱۱]. با در نظر گرفتن محیط زیست جهانی، برجeco از قدرت تجاری استفاده نمی کند و به طور کامل خود نیرو بوده و از انرژی خورشیدی و باد در یک زمان استفاده میکند، همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است. پانل های خورشیدی در پایین ایستگاه سلولی قرار گرفته و مانند برگهای درخت طراحی شده اند، در حالی که پره های برج آسیاب بادی همانند گلبرگ های گل طراحی شده اند. با ترکیب مدل انرژی خورشیدی و توربین بادی، حداکثر توان انرژی تولید شده NTT DoCoMo از انرژی خورشیدی ۸٫۵ کیلووات ساعت و ۶٫۰ کیلووات ساعت از انرژی باد است. در سال ۲۰۱۲، NTT DoCoMo طرح نصب ایستگاه های پایه سازگار با محیط زیست قوی تر را در سراسر کشور شروع کرد که اپراتورهای دیگر در سراسر جهان را ترغیب به ارتباطات سبز نمود. هدف اصلی سبزنمودن فناوری اطلاعات برای کاهش ۵۰٪ انتشار CO2 در مراکز داده در سال۲۰۲۰ است. در همین حال، China Mobile دارای یکی از بزرگترین استقرارهای جهان از فن آوری های سبز برای تامین انرژی ایستگاه های پایه خود می باشد.China Mobile دارای ۲۱۳۵ ایستگاه پایه در سال ۲۰۰۸ بوده است. از این تعداد ۱۶۱۵ ایستگاه توسط جایگزینهای انرژی خورشیدی ، ۵۱۵ ایستکاه با انرژی خورشیدی و باد و ۵ ایستگاه توسط دیگر منابع جایگزین تامین شده اند. با توجه به یک مطالعه راه حل های بدون کربن ارتباطات از راه دور، برای کشور چین حدود ۴۸٫۵ میلیون تن انتشار مستقیم دی اکسید کربن در سال ۲۰۰۸ و ۵۸٫۲ میلیون تن در سال ۲۰۰۹ اندوخته و حدود ۶۱۵ تن تولید کربن در سال ۲۰۲۰ پیش بینی شده است [۱۲].

به طور معمول، نصب یک سیستم ذخیره انرژی خورشیدی تجدید پذیر به یک منطقه بزرگ برای بهره وری سیستم در فراهم کردن یک منبع الکتریکی نیاز دارد. این ممکن است یک نقطه ضعف در مناطقی که فضای آن محدود و گران است باشد. مکان پانل های خورشیدی نیز می تواند با توجه به موانعی همچون ساختمان های اطراف و یا مناظر، عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد. آلودگی نیز یک مسئله مهم است زیرا می تواند بهره وری سلول های فتوولتائیک را کاهش دهد. ابرها نیز همان اثر را ایجاد می کنند، همانگونه که می توانند انرژی اشعه های خورشید را کاهش دهند. پارامترهای دیگری وجود دارد که تولید انرژی خورشیدی را تحت تاثیر قرار میدهند، مانند عرض جغرافیایی، فصل، زاویه شیب پانل های PV ، و دما [۱۳]. انرژی خورشیدی تنها زمانی مفید است که خورشید در حال تابش باشد. هرچند استفاده از شارژرهای خورشیدی می تواند این مشکل را حل کند. در فصل زمستان توربین های بادی پشتیبان به طور مداوم با استفاده از سرعت باد کافی در شب و روز انرژی تولید می کنند.