فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

ارتباطات سبز در باند میانی سیستم‌های مخابرات سلولی نسل ششم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

چکیده
تخمین زده می شود که صنعت فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) مسئول تقریباً 2 تا 4 درصد از کل کربن تولید شده توسط فعالیت‌های انسانی است که معادل حدود 25 درصد از کل آلایندگی خودروها و تقریباً برابر با کل انتشارات کربن هواپیماها در جهان است. در این میان ارتباطات نسل ششم (6G) با فراهم کردن نرخ داده بالا برای کاربران و صنایع، نقش عمده ای در صنعت ICT آینده ایفا می‌کنند و مصرف انرژی بالائی دارند. از طرفی بدلیل تلفات بالا در فرکانس‌های کاری 6G، برد ارتباطی کوتاه است و برای پوشش حداکثری در شبکه، نیاز به تعداد زیادی ایستگاه پایه (BS) می‌باشد که هم مصرف انرژی بالائی دارند و هم آلودگی محیط زیستی بوجود می‌آورند. به منظور کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های بی‌سیم علی الخصوص 6G، اخیرا سطوح هوشمند انعکاسی (RIS) مطرح شده اند که با مصرف حداقل انرژی ارتباط را در نقاط کور میسر می‌سازند. این ویژگی آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای بهبود کارایی انرژی در شبکه‌های بی‌سیم تبدیل می‌کند در این مقاله به کمک RIS، راندمان انرژی سیستم‌های مخابراتی 6G در دو فرکانس باندمیانی 7.8 و 15 گیگاهرتز بررسی و محاسبه می‌شود. اثر پدیده افت مسیر روی سیگنال‌ها با داده‌های واقعی منتج از استاندارد 3GPP در نظر گرفته شده و تاثیر تعداد عناصر RIS، نرخ ارسال، فرکانس کاری و دیگر پارامترها در سناریوهای مختلف بررسی شده است. نشان داده شده است که استفاده از RIS می‌تواند راندمان انرژی بالاتری را فراهم آورد که با افزایش فرکانس، راندمان انرژی نیز افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


1.    Ericsson mobility report, Ericsson Inc., Stockholm, Sweden, Tech. Rep., Nov. 2024. [Online]. Available: https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/mobility-report/reports/november-2024.
2.    M. Shafi, R. K. Jha and S. Jain, 6G: Technology Evolution in Future Wireless Networks, IEEE Access, 2024. 12: p. 57548-57573.
3.    E. Basar, G. C. Alexandropoulos, Y. Liu, Q. Wu, S. Jin, C. Yuen, O. A. Dobre, R. Schober, Reconfigurable Intelligent Surfaces for 6G: Emerging Hardware Architectures, Applications, and Open Challenges, IEEE Vehicular Technology Magazine, 2024. 19(3): p. 27-47.
4.    M. Asif, A. Ihsan, W. U. Khan, Z. Ali, S. Zhang and S. X. Wu, Energy-Efficient Beamforming and Resource Optimization for STAR-IRS Enabled Hybrid-NOMA 6G Communications, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2023. 7(3): p. 1356-1368.
5.    M. Sode, M. Ponschab, L. N. Ribeiro, S. Haesloop, E. Tohidi, M. Peter, S. Stańczak, B. H. Mohamed, W. Keusgen, H. Mellein, E. Yassin, and B. Schroeder., Reconfigurable Intelligent Surfaces for 6G Mobile Networks: An Industry R&D Perspective, IEEE Access, 2024. 12: p. 163155-163171.
6.    Z. Zhang, L. Dai, X. Chen, C. Liu, F. Yang, R. Schober, and H. V. Poor, Active RIS vs. Passive RIS: Which Will Prevail in 6G? IEEE Transactions on Communications, 2023. 71(3): p. 1707-1725.
7.    M. A. Jamshed, A. Kaushik, S. Manzoor, M. Z. Shakir, J. Seong, M. Toka, W. Shin, M. Schellmann, A Tutorial on Non-Terrestrial Networks: Towards Global and Ubiquitous 6G Connectivity, 2024. https://arxiv.org/abs/2407.05754
8.    M. Wu, X. Lei, X. Zhou, X. Tang and O. A. Dobre, RIS-Assisted Energy- and Spectrum-Efficient Symbiotic Transmission in NOMA Systems, IEEE Transactions on Communications, 2023. 71(5):  p. 2801-2815.
9.    Y. Huo, X. Dong, and N. Ferdinand, Distributed Reconfigurable Intelligent Surfaces for Energy-Efficient Indoor Terahertz Wireless Communications, IEEE Internet of Things Journal, 2023. 10(3): p. 2728-2742.
10.  B. Yang et al., "Spectrum-Learning-Aided Reconfigurable Intelligent Surfaces for “Green” 6G Networks," IEEE Network, 2021. 35(6): p. 20-26.
11.  T. A. Tsiftsis, C. Valagiannopoulos, H. Liu, A. -A. A. Boulogeorgos and N. I. Miridakis, Metasurface-Coated Devices: A New Paradigm for Energy-Efficient and Secure 6G Communications, IEEE Vehicular Technology Magazine, 2022. 17(1): p. 27-36.
12.  Y. Zhang, W. Cheng, and W. Zhang, Dumb RIS-Assisted Random Beamforming for Energy Efficiency Enhancement of Wireless Communications, 2024. https://arxiv.org/abs/2407.05754
13.  M. Yang, W. Chen, W. Saad, M. Xu, H. Shikh-Bahaei, H. Vincent Poor, S. Cui, Energy-Efficient Wireless Communications with Distributed Reconfigurable Intelligent Surfaces, IEEE Transactions on Wireless Communications, 2022. 21(1): p. 665-679.
14.  V. Sharma, A. Paul, S. K. Singh, K. Singh and S. Biswas, Robust Transmission for Energy-Efficient Sub-Connected Active RIS-Assisted Wireless Networks: DRL Versus Traditional Optimization, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2024. 8(4): p. 1902-1916.
15.  J. Yaswanth, S. K. Singh, K. Singh and M. F. Flanagan, Energy-Efficient Beamforming Design for RIS-Aided MIMO Downlink Communication With SWIPT, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2023. 7(3): p. 1164-1180.
16.  D. Jia, Y. Zhong, X. Zhou and X. Ge, Energy Efficiency Enhancement in RIS-Assisted Networks: Deployment and Phase Shifter Configuration, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2025.
17.  S. Ghose, A. Kundu, D. Mishra, S. P. Maity, A. Al-Nahari and R. Jäntti, Energy Efficient RIS-assisted Wireless Powered D2D Communications in Cognitive Radio Networks, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2025.
18.  N. Lin, T. Wu, L. Zhao, A. Hawbani, S. Wan and M. Guizani, An Energy Effective RIS-Assisted Multi-UAV Coverage Scheme for Fairness-Aware Ground Terminals, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2025. 9(1): p. 164-176.
19.  K. D. Gupta, R. Nigam, D. K. Sharma and S. K. Dhurandher, LSTM-Based Energy-Efficient Wireless Communication with Reconfigurable Intelligent Surfaces, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2022. 6(2): p. 704-712.
20.  S. Wang, J. Xu and Y. Zeng, On the Energy-Efficiency Trade-off Between Active and Passive Communications With RIS-Based Symbiotic Radio, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2025.
21.  A. Bhowal, S. Aïssa and R. S. Kshetrimayum, RIS-Assisted Advanced Spatial Modulation Techniques for Ambient Backscattering Communications, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2025.
22.  M. Diamanti, P. Charatsaris, E. E. Tsiropoulou and S. Papavassiliou, The Prospect of Reconfigurable Intelligent Surfaces in Integrated Access and Backhaul Networks, IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2022. 6(2): p. 859-872.
23.  ETSI, “TR 138 901 - V18.0.0 - 5G; Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (3GPP TR38.901 version 18.0.0 Release 18),” April 2024. https://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/138900_138999/138901/18.00.00_60/tr_138901v180000p.pdf
24.  Z. Ma et al., "Energy-and-Spectrum-Efficient Trade-off Oriented Multi-Domains Resource Management Approach in RIS-Aided IABN Using NOMA With Imperfect SIC," IEEE Transactions on Green Communications and Networking, 2025.

  • تاریخ دریافت 29 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 06 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 23 فروردین 1404
  • تاریخ اولین انتشار 23 فروردین 1404
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1404