6克远程访问无线地面回程:挑战和低功率的解决方案gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

毫无疑问,城市之间的数字鸿沟和远程/农村地区是一个问题在我们的社会中甚至在21世纪。无关或出现人们经常生活在农村和偏远地区的特点是人口密度低,低收入和贫困,困难的地形,和不存在或不可靠的电网供电。Nonavailability这些基本条件意味着减少愿意投资于商业运营商的沟通和连接基础设施。这在许多地方已经解决;然而,gydF4y2BaHandforth (2019)gydF4y2Ba详细表达了这种担忧。此外,COVID-19流行最近提高了农村和偏远地区的兴趣作为潜在的地方工作,而不是城市。然而,许多上述特征依然存在。gydF4y2Ba

第六代(6克)的无线网络可能达到一个重要的里程碑,是第一代移动解决方案来减少数字鸿沟惠及更多的考虑,因为早期的研究工作。出于这个原因,重要的是要理解的挑战是什么,才能提出解决方案标准化机构。事实上,全球报道中已经涉及到了一个大图片在6克白皮书等gydF4y2BaLatva-aho和Leppanen (2019)gydF4y2Ba和gydF4y2BaSaarnisaari et al。(2020)gydF4y2Ba在一个初始项目远景(gydF4y2BaHexa-X, 2021)gydF4y2Ba。然而,在许多6克愿景一直主要集中在高数据速率而不是连接无关。数字鸿沟是由一些组织,和有趣的连接状态信息,挑战,需求和目标可以在他们的报告中找到。这些组织包括可持续发展的宽带委员会是由国际电信联盟(ITU)和联合国教育、科学及文化组织(UNESCO) 2010年;IEEE未来网络;GSM协会(GSMA);北极理事会的连通性工作组;6克的旗舰,提供上述白皮书。gydF4y2Ba

连接性解决方案的一个重要因素是回程连接或网络和本地访问点之间的联系。一个适当的回程设计是特别具有挑战性的偏远地区。我们等新兴卫星星座由OneWeb SpaceX和系统操作和通信卫星可以改变一次。然而,他们的负担能力和可持续性(经济效益)仍然是主要关心的。一方面,光纤陆地骨干发挥重要作用,但另一方面,广泛的规划和挖掘铺设纤维并不总是可行的。此外,通信基础设施需要意识到这是在许多国家缺席。例如,部署纤维总人口的比例仅仅是0.1与1.2相比,印度在美国的讨论gydF4y2BaKhaturia et al。(2020)gydF4y2Ba。即将到来的6 g网络预计杠杆的力量(如飞行平台。,unmanned aerial vehicles (UAVs) and high-altitude platform stations (HAPSs)] in different network segments including the backhaul part, especially in harsh terrains or if terrestrial deployments have collapsed or are absent. To achieve this goal, non-terrestrial networks (NTNs) need to address a number of technical impediments related to their integration with terrestrial infrastructure, their placement in three-dimensional space, and their energy efficiency concerns, thus calling for further research. Another recent trend is the use of free space optical (FSO) links to expand coverage and capacity in shadowed locations using the license-free optical bands. However, despite these advances, there are still various technical hurdles including those related to sensitivity to optical misalignment and atmospheric turbulence. On the other hand, new spectrum developments [e.g., transition to terahertz bands potentially supported by massive multiple input and multiple output (MIMO) and beamforming] hold great promise as a key driver for network capacity expansion. This is particularly true for indoor coverage, but not yet for outdoor and backhaul usage as a result of the luck of hardware [e.g., radio frequency (RF) integrated circuit technologies] maturity and affordability (帕斯内et al ., 2020)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

而吸引人的研究范式,如请厂家和无线光通信吸引了压倒性的利益承诺回程技术连接偏远和农村地区,传统无线回程链接在先前的研究在很大程度上被忽视了。令人惊讶的是,它是预测,微波的链接将会占主导地位的回程技术在未来6年内(从2021年到2027年),占大约65%的全球市场份额macro-cells和小细胞根据最近的一份报告(gydF4y2BaGSMA, 2021)gydF4y2Ba。因此,地面微波中继技术,是目前最受欢迎的回程解决方案,在未来仍然是一个重要的选择。连通性的差距是,低成本、易安装/维护,和自供电的自动微波中继(和访问点)是基本因素,必须在研究和开发讨论解决gydF4y2BaHandforth (2019)gydF4y2Ba。概述现有的技术也提供了gydF4y2BaYaacoub和Alouini (2020)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在偏远和农村地区,回程已经难以在地形和环境中关键基础设施(如电网)可能是丢失或不可靠的。因此,投资在这些领域可以被看作是经济上不可行的移动网络运营商(MNOs)。然而,与本地访问,回程提供负担得起的(使用成本)和足够的(数据速率)服务和设施的人所谓的数字绿洲,人们生活和工作的地方,指出gydF4y2BaChaoub et al。(2021)gydF4y2Ba和gydF4y2BaSaarnisaari et al。(2020)gydF4y2Ba。作为一个例子,绿洲是一个村庄,一个农场,还是我的。gydF4y2Ba

无线回程在密集网络和高流量条件下,即城市环境,在文献中被广泛研究。基于光纤解决方案被认为是最节能的比较了gydF4y2BaTombaz et al。(2014)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba通用电气et al。(2014)gydF4y2Ba从节能的角度来看。当纤维中扮演一个重要的角色,微波回程将占全球大多数回程的链接从2021年到2027年,大约65%的市场份额(gydF4y2BaGSMA, 2021)gydF4y2Ba。5克的调查是由回程连接gydF4y2Ba贾比尔et al。(2016)gydF4y2Ba,回程组件被公认为5克和beyond-5G移动代的瓶颈。集成的访问和回程(IAB)范例5 g mmWave是研究gydF4y2BaPolese et al。(2020)gydF4y2Ba。此外,更关注历史概述是由电路交换网络gydF4y2BaTipmongkolsilp et al。(2011)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba和最近的一个介绍的最新突破性技术gydF4y2BaTezergil和偏向(2021)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

本文的目的是讨论挑战,利益相关者及其可能的角色,更彻底,对6克陆地回程需求和可能的解决方案。审查的基础上的当前状态的艺术,本文是第一个试图解决面临的主要机遇和挑战与无线地面回程在偏远和农村地区。特别强调了趋势的解决方案,远程继电器链接应该接受大量节省能源,同时保持足够的收音机细胞被服务的能力。因此,这项工作可以作为一个跳板进一步6克的讨论和定义关于农村和偏远地区的解决方案,特别是有关陆地回程。本文认为互联网是少数情况下跳离本地访问,不包括非常遥远,几乎空无一人(如沙漠、荒野、海域和空域)地区。为此,gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba显示了挑战和利益相关者将更详细地讨论在接下来的部分。正如图中所示,陆地回程和访问绿洲分享许多共同挑战。gydF4y2Ba

特别是,我们评估需要多少力量在微波与足够的数据速率在偏远地区太阳能的可行性操作在全球不同的地方。基站使用的能耗模型分析这些都是最常见的提出和部署。我们的研究揭示了某些可能性和当前的解决方案之间的差距和打开地板我们讨论低功耗远程/农村解决方案在6克。自从必须连接到访问点回程,可能它还必须是一个低功耗系统,依赖于相同的电源,我们分析了绿洲和比较实例所需的功率与mega-cell解决方案,可以提供许多绿洲使用单一的高塔。这表明mega-cells为6克偏远地区的可行性解决方案与网络连接的成本少回程,然而高能源消耗为代价的。更小更紧凑的细胞,另一方面,显然是更节能,但更多的是需要涵盖同一地区作为一个mega-cell和可能需要许多回程的链接。gydF4y2Ba

基于以上介绍,本文的主要贡献有三点:gydF4y2Ba

•强调的重要潜力地面微波回程,包容性和节能的重要推动者,6 g连接。它已经表明,地面微波链接可以提供足够的容量以适应交通需求的终端用户在偏远和农村地区使用合理的太阳能系统。这是确认在最近的预测提供的gydF4y2BaGSMA (2021)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

•讨论(1)的挑战,阻碍地面微波回程的发展技术,(2)当前和未来流行的用例,(3)所涉及的利益相关者,和(4)最后一英里的影响(即访问。低功率基站或mega-cell)回程设计在那些偏远地区。gydF4y2Ba

•富有洞察力的评论和建议提供承诺的特性和开放的研究问题相关的发展地面微波回程在6克的时代。gydF4y2Ba

为了解决上述问题,本文组织如下。第二部分介绍了目前低成本地面回程可能依赖于可再生能源的解决方案。此外,低功耗接入点和替代mega-cell技术覆盖几个讨论了绿洲。第三节认为它创建的操作环境和挑战。这个讨论包括地形、人口统计和数据速率的要求。很有可能,“无限”回程并不在这些极具挑战性的环境中访问。因此,在3.2节中,我们讨论解决方案,绿洲的人可能会利用有限的回程。这将打开各种球员和学科创新和合作的可能性。等其他利益相关者治理的潜在角色和连接业务部门提出了在3.3节。作为我们的重点,深入讨论回程是在第四节提供当前的低能耗解决方案之间的差距,从理论上探讨了可能的解决方案显示6克的创新潜力。 We analyze the required transmit power as a function of distance and data rate per radio link and highlight the power requirement in the backhaul towers. We also discuss potential low-power solutions towards 6G and compare mega-cell access with low power and low tower access. Finally, we provide a summary of proposed future research directions in Section 5.

2当前状态gydF4y2Ba

本节概述当前的低功耗回程技术以及低功耗访问解决方案和大细胞。gydF4y2Ba

2.1微波技术gydF4y2Ba

微波连接技术是一个成熟的商业如图所示,例如,在gydF4y2BaEdstam et al。(2017)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba爱立信(2018)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba爱立信(2020)gydF4y2Ba。它使用多波段技术,一些运营商,16 k正交幅度调制(QAM)和自适应调制和编码实现1 Gbps的数据速率。在6 GHz频段范围提供窄带服务,18-42 GHz宽的频率乐队,和70/80 GHz很宽的乐队。预计这项技术将发展和提供解决方案,适用于可负担得起的偏远地区的解决方案。传统微波链接可以覆盖数百公里,虽然他们也可以用来提高能力在较短的距离,固定无线接入。在这项研究中,重点是轻量级的概述,太阳能解决方案在较短的距离,因为没有一个可靠的电网,必须使用可再生能源或柴油发电机。加油的柴油发电机消耗相当一部分营业费用(OPEX) (gydF4y2BaHandforth, 2019)gydF4y2Ba;因此,技术使我们能够减少加油将大大有益的。在阳光的地区一年四季都可用,太阳能如下详细的就够了。gydF4y2Ba

现代轻量级设计能耗的一个例子是雷微波链接gydF4y2BaRacom (2021)gydF4y2Ba;如雷3消耗平均22 W和提供30至10−dBm的输出功率数据速率变化从3.5 Mbps到1 Gbps取决于带宽调制和编码方案和操作在17岁和24 GHz频率。这个设计假定塔是太阳能。然而,它应该记住每个中继站在中间至少需要两个链接或在半双工模式下运行。同样的,本地访问点需要回程链接以及访问系统。gydF4y2Ba

另一个有趣的方法是使用wi - fi技术的弗劳恩霍夫Wiback解决方案。gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba它提供了端到端服务质量配置,自动配置,自我管理和自我修复,使操作简单。它利用IEEE 802.11交流技术和相应提供高达200/400 Mbps数据率超过40/80 MHz信道带宽和最大链路距离20公里。最新版本(v.4)带有一个内置太阳能充电器和电池的目标为24/7/365操作提供太阳能电池板约100 W。据说平均功率消耗10 W,最高16 W覆盖信号退下。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba的确,gydF4y2BaRademacher et al。(2013)gydF4y2Ba声称它可以达到200 Mbps的单向数据速率超过10公里,平均功率使用能力dBi的碟形天线增益(取决于载波频率)。gydF4y2Ba

2.2访问技术gydF4y2Ba

接入点或基站与回程继电器链接,但也可能作为继电器随后的访问点。因此,访问技术在端到端解决方案中发挥着同样重要的作用。此外,访问原则影响所需的回程塔和链接。因为这项工作的重点是陆地上的解决方案,我们将讨论两种解决方案基于低功率基站和高塔(或点)的mega-cells,后来,我们分析他们的差异和可能影响回程。gydF4y2Ba

华为的RuralStar系列介绍gydF4y2BaGSMA连接社会(2019)gydF4y2Ba是一个很好的例子,低功耗技术访问点。特别是,华为的RuralStar专业解决方案,成立于2020年2月,是一个农村轻量级的基站,利用IAB概念通过集成基带,射频和无线回程功能。它为偏远地区提供声音和移动宽带服务人口小于500,只需要两个太阳能电池板整个网站。站点的能耗约为100 W,这远远低于传统的网站,平台可以安装在一个6米,从而提高系统的能源效率和简化了安装成本。他们声称第一个商业网站提供有趣的结果,例如安装只花了2 h, 80%比花更少的时间来安装一个传统的网站。此外,该网站部署后,村里的报道比例从5%上升到85%,人口能享受LTE语音服务和数据20 Mbps的下载速度。gydF4y2Ba

另一种解决方案利用mega-cell概念原型由Facebook连接名称超晶胞。主要从项目最近发表在gydF4y2BaBondalapati et al。(2020)gydF4y2Ba。这个解决方案利用高塔与narrow-sectored(250米),高增益天线(dBi) 29日为宽覆盖和高能力,在经济上可行的与传统macro-cell技术相比在同样的地形。真正进行了实地试验使用12-sector优质德国透镜天线系统在LTE乐队41(即。,2.5 GHz)。这些实验证明下行吞吐量高达7.8 Mbps和1.2 Mbps的上行吞吐量在40公里的范围。无缝的跨部门交接超晶胞中可观察到部署。发现尼日利亚地区的详细的经济分析表明,一个超晶胞可以取代传统macro-cells 15到25,从而实现相同的传统的网络性能的macro-cells总体拥有成本低33%。然而,这种解决方案之前,需要克服许多技术障碍真实部署,包括其高功耗除了潜在的大区域的单点故障。gydF4y2Ba

3操作环境gydF4y2Ba

在本节中,我们将讨论用例,数据速率要求,在绿洲,值得注意的是,人们可能会获得大部分的有限访问和回程。此外,还讨论了可能的角色和行为等其他利益相关者的治理和运营商。gydF4y2Ba

3.1用例gydF4y2Ba

最简单的用例通常是远程工作的地方,位于细胞边缘有限的服务。这个用例是包含在gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba接近互联网接入点。在这种情况下,它就足以获得一个定向天线和一个调制解调器和分享在当地使用wi - fi连接。因此,可以使用现有的技术。不同的国家也有他们的宽带策略,包括计划提供纤维或其他的存在(流行)接近生活和工作的地方。可以利用这些持久性有机污染物建造最后一英里连接给终端用户。gydF4y2Ba

更严重的情况是当绿洲在细胞外,需要跳(或一些)连接。分离可以丘陵地形或森林,包括河流、道路不好,遭受洪水和山体滑坡。当然,这些都不是不可逾越的障碍,如果建筑已经做出决定。更严重的限制是缺失或不可靠的电网,这意味着继电器和接入点都全部或主要依靠可再生能源或柴油发电机,哪些在未来可持续生物燃料(希望如此)。然而,发电机加油可能形成一个运营成本的重要组成部分,它应该最小化(gydF4y2BaHandforth, 2019)gydF4y2Ba。幸运的是,许多地区全年阳光,理论上是可以依靠可再生能源电力消耗是否保持在可接受的水平。有时候,可能会提供其他可再生能源,如风力和水力发电。然而,一些地区没有这个特权,和阳光太弱或没有覆盖所有个月;因此,发电机或其他替代能源是必需的。是这种情况在北(南),在全球变暖导致额外的挑战,如永久冻土融化,导致“滑坡”,可能损坏的基础设施。此外,在这些地区下雪和结冰增加的挑战。驱动问题也意味着可持续发展电池技术应该是可用的。gydF4y2Ba

微波炉链可能不会提供一个绿洲,但可能会有一连串的绿洲,服务,或链接扩展继电器或访问站。因此,早期部分连锁服务聚合的流量。此外,一个中继站可能为多个链接,和一个接入点提供几个链接除了当地的绿洲。gydF4y2Ba

另一个部署问题是绿洲的房屋和人口数量显著不同。为了给一些启示,我们使用印度作为一个例子。印度的村庄大小不同少于100居民超过10000名居民。印度中央邦的Musapura村,大约有40泥土建造的房子,大约有200人。这么小的数量存在集群(村庄),彼此分开的几公里。在某些情况下,然而,这些可能是远离城市。在其他地方,这个问题可能是个人房屋外的村庄,远离主要的基础设施。gydF4y2Ba

我们也考虑用例利用即将到来的技术,如智能农业物联网(物联网)、人工智能(AI),和无人机遥感、分析、和群跟踪,例如,增加生产效率,最大化利用资源,减少对环境的影响。通信系统应该能够根据农场规模大小不同在不同的国家。根据gydF4y2BaDryancour (2017)gydF4y2Ba在澳大利亚,农场的平均面积是约800公顷,是4.5倍农场规模在美国(175公顷)。在欧盟(EU)地区,农场的平均面积是17公顷,比澳大利亚小47倍。gydF4y2Ba

一旦连接改善,人们预计将使用服务类似于当前连接的地区使用。然而,满足最苛刻的应用,如网络游戏、视频和电视流媒体和虚拟现实仍然是一个挑战。这些应用程序所示的电流需求gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba,这说明了个人数据率可能需要什么。虚拟和增强现实应用程序将会发现他们的地方不仅在娱乐领域,而且在医疗、商业、科学和教育中讨论gydF4y2BaHexa-X (2021)gydF4y2Ba。远程业务用例有数据速率要求类似于正常的日常生活用例,但他们有更高的可用性和可靠性的要求。所有这些服务都需要良好的网络吞吐量。然而,之后,我们将讨论什么可以做,如果这些服务的吞吐量是不够的。幸运的是,许多服务很容易适应,可以改变他们的质量水平取决于连接。然而,同时使用会形成聚合交通,增加吞吐量的要求。gydF4y2Ba

目前,下行方向被认为是更占主导地位,因此,下行通常有更多的能力。然而,未来6 g服务还包括视频通信(例如,在学校工作,e-health和触觉技术应用程序),在上行方向也变得更为重要。此外,紧急情况意识当局可能需要一个更主要的上行。这意味着无线接入网络(RAN)和回程必须灵活,能够动态调整负载在每个方向。例如,联邦通信委员会(FCC)的最低要求,在其904年拍卖:农村数位机会基金gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba是下行25/3 Mbps /上行,而基线设置为50/5 Mbps,而数据访问要求是每月250 GB。在欧盟层面上,目标下载速度100 Mbps的每个家庭,但最近已经增加到1 Gbps。gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba另一个方面是计划或数据托管合同可以有限或无限,在前,成本(每MB)增加如果超过极限。gydF4y2Ba

3.2绿洲gydF4y2Ba

在绿洲连接性解决方案必须能够负担得起;因此,最有可能,它们必须是基于广泛使用的技术,如wi - fi。“Gs”移动系统可能无法负担得起的和低功率,而设备只提供有限的服务(例如,语音和短信)是不够的。因此,一个重要的问题是如果6 g可以负担得起和提供一些比wi - fi,例如,电池的充电时间。然而,还有许多其他方面影响能源消耗比无线连接(如空调)。gydF4y2Ba

一般来说,要么是当地的能力或回程能力形成的极限。基站容量有限,因此,问题可能发生一旦并发用户数量的增加,因此,该系统具有相应的计划。因为回程可能仍然是一个瓶颈在某种意义上,它不提供“无限”的服务,人们必须学习如何充分利用有限的连接。在一个自私的行为,每个个人或家庭流和他们想要玩的游戏,结果可能不够质量。这就是我们所做的在过去在城市地区(城市)和用户体验大打折扣。因此,人们应该不同。例如,他们可能同意看同样的流或在同一时间播出。然而,这需要广播功能的绿洲,然后多播不同的设备,这还没有成为现实。这需要流媒体公司允许这样的使用场景,并相应账单需要管理。绿洲边缘可能包括计算资源暂时缓存内容,这可能是利用在这种情况下,但是这样做可能仍然需要解决。 In addition, since the backhaul might carry aggregated oasis traffic, cooperation between oases might be required. If sufficient advances are made in 6G research, the oasis together with the backhaul network can evolve to be capable of self-organizing and self-coordinating for better load balancing along the end-to-end communication path (3 gpp, 2020)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在6克,我们设想,人们也可以优先考虑某些应用程序,至少在一天的特定时间。例如,电子,e-health,填充和挖掘的政府形式和有用的数据可以给定一个高优先级的白天,因此优先级访问之前休闲网页浏览和流。(电子和e-health可能包括使用双向视频,这使得它们,而具有挑战性的应用程序,因此,有限的回程必须明智地使用。我们可以进一步减少在回程网络的需求,今后避免拥堵预抓取内容。内容(包括政府形式/教育内容)也可以存储在本地的服务器上。填好的表格,评估表、作业等可以从本地服务器转移到中央服务器。紧急和安全关键服务也可以,如果他们需要,储备能力的一部分,导致类似的限制。然而,当局需要思考是否这个原因应该传达给用户,告知原因有限服务,这样人们就会更清楚。这样聪明的利用资源呼吁一种新的思维和许多演员和学科之间的合作。不同的文化方面也需要考虑。 Recent and expected advances in distributed learning (e.g., federated learning) can help collaboratively train a shared model through the local data, and thus, only the upload model updates instead of raw data to centralized servers to further alleviate the burden on the backhaul link. Along with caching, such local learning could be performed on cheap commercial off-the-shelf (COTS) hardware.

3.3其他利益相关者gydF4y2Ba

在许多地方当局,如警察、救护车、消防部门单位(一般公共安全)遭受有限的连通性和缺乏等现代服务发送和接收大文件和图片,甚至双向视频增加情况感知。这些都迫切需要在各种灾害,如洪水、山体滑坡和森林火灾,但也提醒人们。最近的趋势是适用于民用、商业系统和基础设施来降低成本。同样的推理,有可能作为换取政府金融支持改善连接在农村和偏远地区,这些系统可以用于为当局提供连接。然而,而不是固定的,这应该是在需要的基础上完成释放尽可能多的(有限的)回程能力尽可能经常使用。它可以是组织通过一个“按需”当局的切片。gydF4y2Ba

治理还负责监管频率就是无线地面回程是感兴趣的。通常,频率是静态分配给一个地区或国家,但这导致了低效的使用与高频谱费这种稀缺的自然资源。相反,一个灵活的频率分配将更有效。尤其是在农村和偏远地区的干扰更少关心的,因为很多时候,在这些领域分配的频率是未使用的。因此,在那里,一大群适合高效无线回程的光谱可能被允许。这可能意味着改变现有的频率分配的规则。它也可以在自愿的基础上,如果频率所有者同意合作。在任何情况下,低效率的频率利用率对任何人都没有好处。灵活的频谱使用情况还可以缓解本地访问时遇到的问题提供了更大的领域,比如大型农场、矿山、和其他工业场所。例如,电视空白可以用于此目的如果准确的频谱感知是保证(gydF4y2BaKumar et al ., 2016)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

本地访问可以通过运营商提供或当地服务提供商或社区,在这种情况下,这可能是微运营商和在某些情况下基于非营利的原则。本地访问也可以私人网络,例如,在农场和矿山。在任何情况下,他们需要回程服务可以由他人。国家应该允许漫游使小运营商概念可行的自人移动,从一个小操作员的面积很大的面积,反之亦然(gydF4y2BaChaoub et al ., 2021)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

它被认为应该有基本的服务(即。,certain data rate) that is either of low cost or even free. In addition, premium service may be offered. If the basic service is free, this concept is called a freemium service (Handforth, 2019)gydF4y2Ba。描述这个概念的规则是很重要的:(1)的数据率是在基本服务(特别是如果使用公共资金/监管,推动解决方案),(2)如何发展随着时间的推移,(3)当优质服务是可能的,(4)是否有可能提供基本服务的成本,等等。所有这些问题在本地访问和回程服务,表明这些是紧密耦合的。这需要开发新的商业模式作为6克研究和标准化活动的一部分,这将是比现有的模型肯定不同。这也需要培训操作员和技术支持(或志愿者)在当地的网站。由于差异化服务和(即服务设计的本质,我们需要增强和AI-enabled网络规划工具的开发。gydF4y2Ba

4日回程gydF4y2Ba

微波链接或self-backhauling(例如,IAB)链接通常将视距(LoS)与高度定向天线。这意味着接收信号或多或少一个单一路径传播经验。根据天线高度和障碍的途中,路径损耗通常遵循空间模型,直到某个时候的菲涅耳区开始关闭。如果天线低(这可能是如果成本因素)或地形希利尔,然后必须包含额外的路径损耗。在更高的频率,雾、雨和雪(湿或干)造成额外的损失(dB /公里)必须处理,例如,使用一个电源,使用功率控制在糟糕的条件下,通过增加权力或使用自适应调制和编码(MODCOD),即、高MODCOD良好的信道条件和低MODCOD信道条件差。节能也是一个因素被认为是为了避免多余的用电。gydF4y2Ba

多载波正交频分复用(OFDM)技术gydF4y2Ba事实上的gydF4y2Ba现在的方法。然而,它导致低效的功率放大器(PAs),效率高达35%,现代设计和典型7 dB退下如图所示gydF4y2BaSingya et al。(2017)gydF4y2Ba和gydF4y2BaNikandish et al。(2020)gydF4y2Ba(只有15%的效率在某些情况下)。单载波技术,特别是恒包络高斯最小转换键控(实现GMSK)调制(用于GSM)也是一个务实的解决方案,因为它将允许不是效率约60%,从而降低功耗。其缺点是要求均衡器。单路通道,然而,不需要计算要求,转接插座,延期行均衡器由于晃均衡器就足够了。然而,不利的一面是,恒包络实现GMSK只支持正交相移键控(QPSK)调制。可以说,因为未来的收音机软件,他们可以包括实现GMSK和OFDM模式时,后者是使用节电不是关键,可以使用更高的数据速率。gydF4y2Ba

另一个角度来分析是用调制和编码方案。通常,QPSK调制和half-rate(或降低)编码是用于提供基本的、健壮的服务,而高调制订单(4096 qam或更高)和轻微的编码用于更高的数据速率。gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba每个符号包括所需的信噪比(信噪比)对不同没有编码调制方案。通常,使用光编码,编码增益不是那么多,但是一些dB在某些情况下可以计算。然而,代表编码率和相关数据速率对应于指定QPSK调制。编码包含在数据率评估,但参考和控制符号,符号同步等将被忽略。目标误比特率(BER) 10gydF4y2Ba^{−5gydF4y2Ba},可以得出结论,从使用的角度来看,最好是使用比窄带宽和低阶调制带宽和高阶调制(比较所需的信噪比和相对数据率列)。然而,在现实中,带宽可用性可能是一个问题。在农村和偏远地区,larger-spectrum块可以,至少区域,如果可以使用频率灵活。因此,频率调节有重要作用在农村和偏远地区节能无线回程的解决方案。gydF4y2Ba

每个符号所需的接收功率(信噪比)可以转化为敏感。例如,射线的正交相移编码模式3中所示的链接gydF4y2BaRacom (2021)gydF4y2Ba灵敏度水平85−dBm, 64 qam−70 dBm敏感性与56兆赫带宽。这15分贝灵敏度值符合的区别gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。56兆赫带宽的噪声功率是96−dBm这样85−dBm声称敏感性包括现实的噪声指数与编码所需的信噪比。如果其他调节光线3链接被认为是和与正交相移编码相比,似乎,在实践中,额外的信噪比的差异有点大的比gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。综合研究各种现有调制方案和他们的未来节能的调制方案,诸如star-QAM与hexagonal-QAM详细gydF4y2BaSingya et al。(2021)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

本节的主要目的是分析所需的力量在一个中继站和当地的访问点,包括链接和访问。这些评价对当前状态的艺术和能力依靠太阳能与合理的面板的大小。它将显示6克的创新潜力。gydF4y2Ba

4.1最低所需的发射功率gydF4y2Ba

因为它是不可能给所有的确切值的情况下,我们提供的结果使用一些实用的频率,天线高度,和天线增益代表典型值在文献综述中发现轻量级微波中继。最好的通道模型假定衍射发生由于地球曲率当60%的第一菲涅耳带不再开放,通常被视为自由空间传播的规则。这是包含在ITU-R P: 526 - 13传播模型中解释gydF4y2BaITU-R (2013 b)gydF4y2Ba。对于环境有更多的障碍,如丘陵地区,模型如ITU-R P: 1546 - 5中详细说明gydF4y2BaITU-R (2013)gydF4y2Ba虽然已经观察到使用过于悲观在许多情况下讨论了吗gydF4y2BaOmslandseter et al。(2018)gydF4y2Ba。在这两个模型,我们修改了他们这收音机地平线后,额外的路径损耗是2 dB /公里,虽然意见在文学这个值不同。然而,这有助于观察图中的无线电地平线。gydF4y2Ba

载波频率700 MHz, 2.5 GHz和5 GHz,和天线高度认为是10和100米,其中第一个表示一个轻量级的情况下所有的天线都相对较低的最后一个代表一个更好的情况下,天线可以在山顶或高楼(例如,现有的基础设施如电视塔可以利用)。在当地的网站,提供的天线高度也会影响覆盖范围(自链接和本地访问通常在同一桅杆)。天线增益13 dBi(八木)为700 MHz, 21到26 dBi的频率越高,相应的约60厘米天线磁盘。结果是QPSK调制和40 MHz带宽。如果使用更多(或更少)带宽,必须相应比例的值。此外,如果使用MODCOD较高,所需的额外的电力可以检查gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。必须注意,低端值不包括权力保证金所需坏天气在高频率。此外,电缆损失是微不足道的,如果靠近天线是射频部分假设。gydF4y2Ba

−174 dBm / Hz的热噪声密度和噪声图所示在基站可能相当低gydF4y2Ba华为(2019)gydF4y2Ba。因此,我们使用2 dB作为参考。gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba显示了PA输出功率在不同频率不同的链接距离。它可以观察到,在100米天线高度,ITU526遵循空间路径损耗多久发生衍射,地平线和收音机更晚。然而,在10米天线高度,衍射发生在更短的距离,和电台约30公里。如果有更多的障碍(严重放置天线),然后甚至20 dB或多个可能需要额外的权力。gydF4y2Ba

表3gydF4y2Ba显示了10到20公里的需用功率使用正交相移编码链路距离,64 qam和1024 qam基于ITU526衰减模型和10米天线高度。有点令人惊讶的是,频率最低的不一定是最好的。原因是天线合理收益的区别以及衍射点短在低频率。因此,谨慎联合频率和天线选择和天线定位是必要的。结果表明,在理想的情况下,而低平均功率水平10或100 mW等需要10到20公里QPSK和64 qam信号的链接。因为一个链接需要两个方向,需要的是翻了一倍。此外,其他一些因素也影响到总功耗在下一小节中讨论。gydF4y2Ba

4.2在继电器功耗/基站gydF4y2Ba

在最简单的情况下,中间的回程链,一座塔有两个双向链接:一个用于互联网接入点和一个绿洲。然而,塔可能有更多的双向链接不同的绿洲,和互联网的链接必须携带聚合交通见gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在中继站,功耗可以建模为(gydF4y2Ba蒙蒂et al ., 2012)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaCgydF4y2Ba回程节点代表了总聚合能力gydF4y2BargydF4y2Ba继电器,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_rgydF4y2Ba代表(即微波天线的数量。,thenumber of microwave links) used at that relay, which denotes also the number of oases served by this relay node.PgydF4y2Ba_{rgydF4y2Ba、银gydF4y2Ba}(gydF4y2BaCgydF4y2Ba)是传输和接收的功率消耗总回程交通。gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{rgydF4y2Ba,西南gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_rgydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba)是开关的电力消耗,需要使用在任何继电器站点周边回程服务链接。这些变量被定义为gydF4y2Ba

和gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba_lgydF4y2Ba和gydF4y2BaPgydF4y2Ba_HgydF4y2Ba微波天线的功率消耗低和高流量条件下,分别。一个阈值的能力gydF4y2BaCgydF4y2Ba_thgydF4y2Ba定义分类这两个交通状况,但也更区域可以使用能力。gydF4y2Ba ${\mathrm{CgydF4y2Ba}}_{\text{马克斯gydF4y2Ba}}^{\text{西南gydF4y2Ba}}$ 开关的最大容量,gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{西南gydF4y2Ba}是固定的功率消耗的开关。gydF4y2Ba

基站能耗包括两类,如前所述gydF4y2BaDeruyck et al。(2014)gydF4y2Ba。第一类包括组件的功耗不是负载相关,如整流器、微波链路和空调。第二类是load-dependent能耗设备,如PA、收发器(硫氧还蛋白)和数字信号处理(DSP)。功耗模型gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BafgydF4y2Ba是代表负载因素活跃用户的数量。gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba,FDgydF4y2Ba}表示馈线损失,gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba,爸爸gydF4y2Ba},gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba,射频gydF4y2Ba},gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba,BBgydF4y2Ba},gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba、钢筋混凝土gydF4y2Ba},gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba,CLgydF4y2Ba},gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{废话gydF4y2Ba,提单gydF4y2Ba}代表巴勒斯坦权力机构的功率消耗,RF硫氧还蛋白,基带引擎,整流器,空气冷却,分别和微波链接(如果它存在的话)。最后,gydF4y2BangydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba和gydF4y2BangydF4y2Ba_TXgydF4y2Ba分别表示部门和发射天线的数量。gydF4y2Ba

由于天线通常位于基站站点外,供料系统损失需要考虑。然而,这些损失可以忽略和省略如果PAs和传输天线安装在相同的位置作为所谓的远程无线头(RRH),或在小和轻量级的基站。应该注意的是,不是和trx部署在每个传输天线,而DSP单元和整流器每部门部署。空调和微波链路是常见的所有部门和整个网站服务。进一步的细节,请参阅gydF4y2Ba奥尔et al。(2011)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

4.3权力差距的讨论gydF4y2Ba

众所周知,高端基站(继电器)是饿了。例如,全副武装5 g基站可以消费gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba11千瓦,太多的系统依赖于可再生能源。因此,应该使用简化的继电器和基站。到目前为止,它已被证明在前面的部分,而低功率可能提供足够的数据率。此外,它已被证明,一些现有的系统使用的是低功率,但不是最佳低。在本节中,我们讨论潜在的方法来提高功率效率在6克。gydF4y2Ba

接下来,我们提供电力需求的分析基于能源消耗在PA取决于调制和编码,合理的太阳能系统的适用性等电力连接,和一个例子讨论mega-cells相比,通常细胞覆盖远程/农村。mega-cell的区别和微波回程链中说明了gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba在继电器和访问塔,而能耗部分中描述gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

4.3.1调制和编码的选择gydF4y2Ba

爸爸可能是最耗电的一部分继电器或基站作为描述gydF4y2Ba奥尔et al。(2011)gydF4y2Ba。如果用效率gydF4y2BaηgydF4y2Ba,消耗功率大约是gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaPgydF4y2Ba_{大街gydF4y2Ba,爸爸gydF4y2Ba}表示平均输出功率。有两种不同的常用效率定义,但目前我们跳过这些细节。回顾了gydF4y2BaVasjanov和Barzdenas (2020)gydF4y2Ba表明,某些PA的设计可以让即使关闭后略超过40%的效率,而是窄带信号,低于10 MHz带宽。更大的带宽通常与更传统的设计、实现,效率从5%到30%gydF4y2BaVasjanov和Barzdenas (2020gydF4y2Ba表6)。gydF4y2Ba

如果爸爸效率35%和60%相比,后者需要更少的电力(1.4 dB)的1.4倍。然而,如果平均效率为15%,差别会四次(或6 dB)。因此,应该避免低效不是在偏远地区回程系统依靠太阳能或者针对储蓄在发电机加油。退下还有其他的后果。例如,如果平均功率gydF4y2BaXgydF4y2BadBm和退下gydF4y2BaYgydF4y2BadB,最大力量,必须提供PAgydF4y2BaXgydF4y2Ba+gydF4y2BaYgydF4y2BadBm,例如,而不是40 dBm平均功率,系统必须能够提供46 dBm峰值功率如果6 dB退下。OFDM可以减少退下使用剪切和其他技术。在极端的情况下,2 dB退下水平较低,甚至可以实现,但过度使用的参考符号所示gydF4y2BaSaarnisaari和德利马(2020)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在这种情况下,恒包络信号有6 dB(通常的退下)+ 2 - 6 dB (PA)效率的差异或共有8 - 12 dB权力优势OFDM或单载波QAM信号。此外,技术和技术来节省电力继电器和接入点可能在6克议程。使用学习方法的选择节能参数(传输功率、带宽、MODCOD活跃元素,和睡眠/唤醒时间)在整个系统是一个有趣的话题,可以增强在未来6 g系统。这包括预测模型与时态数据率和使用灵活地应对意想不到的需求讨论gydF4y2BaSaarnisaari (2014)gydF4y2Ba。趋势是走向完全的虚拟信号形成以来,图书馆的信号可以包括恒定包络和高数据率(例如,OFDM)波形。另一个问题就是经济规范和实施几个信号波形,特别是如果他们是高度复杂的和灵活的,因为他们的互操作性可能成为一个问题。gydF4y2Ba

还有发展的余地低功率波束形成硬件和软件在6克。这是一个重要方面,因为波束形成允许我们增加数据速率或范围,根据需要调整辐射模式。通过模拟波束形成,如果基站运营需要只有一个爸爸和一个数模转换器(DAC),这是最耗电的硬件块发射机。在数字波束形成,所有的天线都是一个PA和DAC。然而,不是会降低电力需求比模拟的情况。混合设计也是可行的。巴勒斯坦权力机构之间的相互作用,硬件缺陷和调制方案实际部署还需要探索未来所强调的gydF4y2BaShaik et al。(2019)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

4.3.2太阳能就够了吗?gydF4y2Ba

如果数值gydF4y2Ba奥尔et al . (2011gydF4y2Ba,gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)观察,它可以得出平均PA力量形成一个一半或四分之一的硫氧还蛋白链的总功耗。较低和低硫氧还蛋白的权力分享发生由于其他部分往往使用一个固定的金额。在我们的示例计算我们保守使用四分之一。此外,我们假设RRH安装这样喂养损失可以忽略不计。我们认为PA效率为31%,如果使用恒定包络调制以60%的效率,然后3 dB权力需要低于以下所示的评估。的起点是gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba。巴勒斯坦权力机构效率增加所需的功率5 dB和其他消费6 dB,这样总共11分贝以上的平均传动功率是必要的。所需的力量所示的值gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

中的值gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba似乎小,小于1 W,除了1024 qam在700 MHz,甚至100 W是必需的。这些值为40 MHz带宽。这些对应于原始链接数据率40,200,如果编码率330 MbpsgydF4y2Ba表2gydF4y2Ba应用。如果需要更多的能力,可能发生在聚合交通节点,需要更多的权力,例如,对于其他硫氧还蛋白链。此外,通常需要多个链接如果塔在中间或接入点,微波链路和TRX的访问。这种重复意味着在现实中3 - 6 dB(四硫氧还蛋白)通常需要更多的权力。比较有趣的是这些数字与wi - fi路由器,似乎消耗大约6 W平均和13 W最大值。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba因此,有很多事情可以做来提高能源效率。gydF4y2Ba

这些所需总功率值应该与合理的太阳能电池板系统可以产生和存储操作一年四季,一天24小时,一周7天。此外,由于太阳不亮一天24小时,能量必须存储(电池)夜间使用。能量转换损失应该占。最后,它往往更容易考虑日常消费千瓦时。因此,功率20、30和40 dBm平均2.4,24日240 Wh /天,分别,如果经常使用。一个标准的太阳能电池板包括60太阳能电池,大约是1.6米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,虽然大板(小)细胞发达。输出功率取决于细胞和面板的质量。一种趋势是,这些改善,面板的效率从15%上升到22%,或峰值功率从240上升到350 W(标准委员会)或更高。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba平均每日生产取决于可用的辐射,它的位置和条件而异。值得注意的是,可能会有大量的基于位置的月度变化的电力生产。作为一个例子,一个260 W标准面板生产600 Wh /天在芬兰南部,平均而言,gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba但在芬兰北部,它产生低大约10%在阳光灿烂的时期,而11月至2月期间,生产是最小的。在芬兰中部,每年太阳辐射功率约为900千瓦时/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba和大约1600 - 1800千瓦时/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba在里斯本或印度。gydF4y2Ba^{9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba}因此,可以预期,在里斯本或在印度,一个260 W标准面板会产生大约1200 Wh /天。事实上,最近的一些节能板高出约1.4倍,即、840年和1700年Wh /天在芬兰南部和里斯本/印度,分别。在这种情况下,可以实现高容量在10公里链接使用一个面板虽然交通是双向的。然而,下面给出了一个更全面的分析。gydF4y2Ba

在这个分析中,我们假设64 qam因此30 dBm 10公里的链接。此外,一个访问部门使用正交相移编码,需要34 dBm随着3公里细胞在4.4节讨论。需要16 qam, 47 dBm或更多的权力比正交相移编码的20倍。在这两种情况下,一个40 MHz带宽和2.5 GHz航母被假定。我们比较不同的回程塔和访问网站。一个简单塔中间的链包含两个链接,对网站说,访问网站。因此,它有四个硫氧还蛋白链或者要求36 dBm。第二座大楼有三个链接,一个互联网网站和两个访问网站。互联网网站的链接进行聚合的流量,这意味着它需要至少3 dB更多的权力比其他链接。这座塔有六个硫氧还蛋白链,因此,总的来说,它需要(至少)41 dBm。 The access sites include a backhaul link with two TRX chains, and one includes an omnidirectional cell and the other four sectors. In the latter case, the backhaul link has to serve the aggregated traffic or requires (at least) 6 dB more power. Consequently, the one-sector access site consumes 38.5 dBm and the four-sector site 44.5 dBm. The access is the dominating power consumer in this case. The results in表5gydF4y2Ba表明一个面板通常是足够的,如果所需的数据率仍然有限和带宽可以灵活地增加数据速率增加链接。提醒一下,使用的数据率大约是40 Mbps的QPSK访问(总部门)和200 Mbps的一个基本环节。此外,这些计算都是模范,因为他们认为连续接收机的使用和消费不包括硫氧还蛋白链和其他需求。然而,这些提供一个视图在不同的可能性。gydF4y2Ba

因为太阳能不可用24小时/天,全年在一些地区,太阳能可以补充其他网的能源,如风能、氢电池等等。多年来,世界各地大型风力发电场建成太阳能作为替代。和太阳能一样,一些地区全年强风,而其他人可能只有一些风一年几个月。纽约罗彻斯特在研究执行(gydF4y2BaHabibzadeh et al ., 2017)gydF4y2Ba、太阳能辐射和风速观测有互补性,因此可以提供离网可持续能力非常有用。gydF4y2BaHabibzadeh et al。(2017)gydF4y2Ba证明了太阳能和风能有潜力中型动力系统(即提供足够的力量。,1- - - - - -10W). In the case of wind energy, the amount of harvested power was 47 dBm (50 W), and in the case of solar power, the amount of harvested power was 42 dBm (15 W). Though wind turbines have high maintenance and deployment costs, their efficiency is expected to improve considerably in the future. Finally, as a note, it is worth mentioning that the efficiency of an inverter has to be included in the power calculations.

4.3.3进一步的可能性gydF4y2Ba

一种减少塔和他们的高度是利用衍射,在信号传播超越洛杉矶障碍。问题是如何有效地利用这一现象。网络计划和传播评估工具需要简单的和具有成本效益的规划。对这所示进行工作gydF4y2BaPerez-Pena et al。(2020)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba他和卷(2021)gydF4y2Ba,但需要进一步进展。值得注意的是,需要可靠和准确的diffraction-based传播模型来设计这样的链接在一个简单的方法。gydF4y2Ba

另一方面,智能反射表面(国税局)是6克的最新突破性技术的生态系统,用于被动地反映信号放大。接收到的信号功率的平方比例和国税局区域gydF4y2Ba ${(gydF4y2Ba{\mathrm{dgydF4y2Ba}}_{\text{TXgydF4y2Ba}}\cdot gydF4y2Ba{\mathrm{dgydF4y2Ba}}_{\text{处方gydF4y2Ba}})gydF4y2Ba}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$ ,在那里gydF4y2BadgydF4y2Ba_TXgydF4y2Ba发射机和国税局和之间的距离吗gydF4y2BadgydF4y2Ba_{处方gydF4y2Ba}是IRS-to-receiver距离(gydF4y2BaOzdogan et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba吴和张,2019年)gydF4y2Ba。因此,国税局面板可以被视为一个有前途的智能继电器解决克服跟踪网络覆盖问题只要放置接近发射机或接收机(例如,关闭覆盖缺口低密度人口密集地区或在困难地形如小山,山,和丛林),同时实现显著的能源节省。gydF4y2Ba

4.4细胞与Mega-Cell绿洲gydF4y2Ba

在本节中,我们提供的例子的计算比较mega-cell和绿洲细胞的方法,因为这些影响所需的回程链接。假设mega-cell的半径30公里,天线高度是100米,考虑其他数值例子。每个绿洲细胞半径3公里,mega-cell面积覆盖100绿洲。如果mega-cell 12个部门,每个部门都有支持8 - 9的绿洲。在一个公平的比较,mega-cell必须支持的聚合数据率绿洲细胞在其领域。这意味着mega-cell行业必须有更高的数据率和更长的连接距离。gydF4y2Ba

需要更高的数据率可以被增加带宽(9 dB更多权力)或高阶调制(25 dB更多的权力,明白了gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba这两个)或混合的。如果作为载波频率2.5 GHz, 40 MHz带宽与正交相移编码3公里距离需要至少23 dBm,而对于mega-cell 30公里,它需要29 dBm,计算使用ITU526模型考虑10和100用户天线基站天线高度2米高度。的天线增益是21 dBi mega-cell塔和5 dBi绿洲发射塔,而用户0 dBi天线增益。QPSK基线的差别是不那么引人注目的天线。然而,如果需要更高的数据率计算,mega-cell需要的每个部门至少38 dBm TRX权力。如果所有12个部门,48 dBm(或近100 W)权力是必要的(假设所有部门活跃)mega-cell。这2.4千瓦时/一天需要一个更大的太阳能系统。这也是的总功率mega-cell需要访问,而oasis-cell-based访问需要20 dB的总功率更大的权力,因为它有100个细胞。完全访问所需的总功率在绿洲电池系统有点小。如果细胞sectorized绿洲,3 - 5倍,然后5 - 7 dB需要更多的权力。 However, individual oasis cell towers could be solar powered following the reasoning in section 4.3.2, such that each small cell TRX requires about 34 dBm or about 50 Wh/day.

mega-cell可能只需要一个回程链路,但它必须处理所有聚合流量,即。,100年的交通绿洲的例子。细胞部署绿洲,绿洲可能由几个回程链路连接在一起。如果是2,那么每个链接必须处理流量总额的50%(假设平等分享),或者至少少3 dB的力量。如果距离区域中心从互联网是40公里,mega-cell回程链路是40公里,而回程链路主要绿洲的细胞是约20公里,假设一个继电器塔是必要的。基于中给出的结果gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba,可以看出,相同的力量是必需的(基线QPSK),如果绿洲发射塔不能在洛杉矶的环境中,在这种情况下,它需要小6 dB的力量。因此,总区别在于mega-cell回程至少需要两倍的力量作为oasis细胞主要的回程。gydF4y2Ba

oasis细胞作为网关主要回程链接需要最大的权力,因为它必须支持主要的回程,然后作为一个回程一个或更多的绿洲。此外,这些链接聚合交通如果有一连串的绿洲每次持续的回程。由于回程链路(交通聚合)是主导力量的消费者在这些边缘绿洲的塔,他们的回程功耗可以接近的回程mega-cell并形成系统的一个瓶颈。如果电力供应是一个问题,当服务聚合的流量,那么数据管应该被分割,但这意味着增加回程塔的数量,需要探索的性能平衡。gydF4y2Ba

甚至这个简单的例子表明,很难设计一个回程链,包括数万的绿洲。此外,电力和数据速率的要求取决于继电器所在地的回程链。这个事实时必须考虑网络实际上是实现的。此外,鲁棒性的形式多回程路线,作为备份,应该考虑。它也可以得出结论,减少聚合交通变得如果限制功率环境中运营的一个重要因素。这意味着智能边缘缓存、多播和在线流媒体技术在未来将发挥非常重要的作用。gydF4y2Ba

简而言之,mega-cells不一定是远程和出现异常区域的最佳解决方案。事实上,部署可靠的mega-cells,窄领域需要增加覆盖,这意味着更多行业每个细胞(例如,36的Facebook的超晶胞),导致更多的硫氧还蛋白链。gydF4y2Ba

5结论和讨论gydF4y2Ba

在gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba提供各种挑战,我们必须解决在6克发展偏远地区被认为是连接问题。在这里,我们讨论可能的解决方案途径我们确定了解决这些挑战。的挑战和解决途径组合在一起形成了一个坚实的基础为进一步6克的研究解决了农村和偏远地区的连接问题。这些途径进行了总结gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba。在查看细节之前,我们提到本文提到的,新的研究思想和创新需要出现在未来十年内帮助缩小数字鸿沟。因此,我们提供的gydF4y2Ba表6gydF4y2Ba可能我们的观点关于这些技术元素。gydF4y2Ba

观察,有房间在6克,低功耗技术开发陆地回程系统考虑农村和偏远地区,特别是当负担得起但足够的解决方案。事实上,权力自治的主要驱动力之一当电网不可用或不可靠。同样的目标是有效的运行和用户设备在未来6克农村和偏远地区被认为是解决方案。有趣的是,同样的低功耗要求支持碳中立和可持续发展的目标。然而,技术解决方案仅是不够的,和其他利益相关者的参与是至关重要的。这些包括当地居民(最终用户),公司,和治理,表达他们的需要,例如,关于所需的应用程序,优先级、公共安全连接,教育和卫生保健服务。gydF4y2Ba

未来系统将以人为中心的整体,跑和回程,必须适应基于最终用户需求尽管资源可能被暂时限制。人们必须意识到系统的局限性和被训练成为聪明的用户。他们应该设置应用程序优先级的方式对他们有好处,这可以动态调整,例如,根据一天中不同的时间。此外,社区必须定义什么是负担得起(设备和使用计划)和充分,系统开发人员可以针对他们。gydF4y2Ba

“Gs”继电器和访问点不一定是最好的解决方案在一个绿洲外电网因为它们饿了。相反,简化解决方案支持一个或两个现成的技术与终端用户设备可能是足够的。无关的领域的另一个理由是,人们没有锁在任何技术和他们不需要兼容所有可能的系统。此外,这导致更轻量级的解决方案,减少尺寸和冷却的需要,可能是便宜。当然,在未来,这可能是基于6克访问技术。gydF4y2Ba

此外,电视广播和视频服务很可能将成为未来服务无关的领域。它需要聪明的多播在当地的优势,减少并行回程流的数量最低保存可能回程和访问能力有限。相同的,实际上,适用于所有数据使用。回程和访问都必须适应基于负载,可用资源(这可能是时间不同,例如,由于电力供应),和优先级。他们必须共同行动来优化性能。此外,节能机制的系统包括继电器,跑必须包括在内。优化的绿洲,共享一个共同的回程也预见到。gydF4y2Ba

天线选择、频率选择和天线位置发挥重要作用与链接距离所需的功率。因此,良好的规划和经验需要优化结果以及建议的工具。网络规划工具需要回程链设计,塔位置、高度和评估所需的数据速率和权力,但也利用衍射和大型智能如果需要反射面和有益的。gydF4y2Ba

灵活的、基于软件的调制和编码方案允许的实现低功耗恒定的包络和high-data-rate-friendly ofdm(或其他调节)使用常见的硬件,从而降低成本和优化硬件和允许使用信号用于各种目的。灵活的频率规定允许更大的带宽,这是一个节能的方式来增加数据速率的回程在农村和偏远地区,如果可能的干扰的观点。这确实是可能的因为在偏远地区,一些频率可能未使用或未充分利用的。自然,这种要求的灵活性来自无线电设备和频率规定。gydF4y2Ba

治理、地区或国家,可能发挥重要作用。监管机构和运营商应该思考如何从系统中获益,特别是如果他们参与基础设施的资金。一个明显的结果改进的连接是改进的可能性的各种电子商务和国家的生产力。另一个不那么明显的结果是潜在的改进的连接政府和其他政府在危机期间在偏远地区和连通性等自然灾害。当然,当局有自己的特殊要求,例如,与安全有关,应强调当系统计划。治理也可能意见关于频谱费将扮演一个重要角色在负担能力治理时常常涉及需求集。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

HS, AC, MH, VB是相等的贡献者。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这项研究支持了芬兰科学院6创世纪旗舰(318927)和欧盟地区资金Interreg Nord通过北极5 g测试网络项目示范的兔子Liitto, FI,和地区搏腾,SE。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

脚注gydF4y2Ba

^1gydF4y2Bahttps://www.wiback.org/gydF4y2Ba

^2gydF4y2BaWIBACK NODE-2-CONNECT II数据表:gydF4y2Bahttps://www.wiback.org/content/dam/wiback/en/documents/wiback_en_n2c2_11 - 2017. - pdfgydF4y2Ba

^3gydF4y2Bahttps://www.fcc.gov/auction/904/factsheet技术gydF4y2Ba

^4gydF4y2Bahttps://ec.europa.eu/digital-single-market/en/broadband-strategy-policygydF4y2Ba

^5gydF4y2Bahttps://www.fiercewireless.com/tech/5g-base-stations-use-a-lot-more-energy-than-4g-base-stations-says-mtngydF4y2Ba

^6gydF4y2Bahttp://www.tpcdb.com/list.php?type=11gydF4y2Ba

^7gydF4y2Bahttps://www.cleanenergyreviews.info/雷竞技公司blog/most-efficient-solar-panelsgydF4y2Ba

^8gydF4y2Bahttps://www.keravanenergia.fi/fi/energiaremppa/aurinkopaneelit/hyodyllista-tietoa-aurinkopaneeleista/gydF4y2Ba

^9gydF4y2Bahttps://fi.wikipedia.org/wiki/AurinkoenergiagydF4y2Ba

^10gydF4y2Bahttps://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_in_IndiagydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba