5.1.1. Thu hoạch năng lượng băng thông rộng
Trong mạng di động 5G, các dải tần số mới ngoài cho các mạng di động trước đó, các băng tần dự kiến sẽ sử dụng để cho phép truy cập siêu nhanh. Nhiều thiết bị hoạt động ở một dải tần số rộng, tạo cơ hội cho các thiết bị thu năng lượng RF của chúng. Cụ thể hơn, các thiết bị di động ở cạnh ơ có thể gây nhiễu sóng từ các ơ lân cận. Các thiết bị biên cần nhiều năng lượng hơn để đạt được mức đủ tỷ lệ tín hiện trên nhiễu trong khi truyền trên đường lên. Yêu cầu năng lượng này có thể được đáp ứng bằng cách thu hoạch năng lượng từ các nguồn tế bào lân cận RF xung quanh. Tuy nhiên, cách tiếp cận này cần một kiến trúc máy thu mới với các mạch để thu năng lượng từ các tín hiệu của nhiều dải tần khác nhau. Bản chất không đáng tin cậy và năng động của RF các nguồn xung quanh làm cho việc thu hoạch và lưu trữ trở nên khó khăn để đáp ứng đủ năng lượng trên các thiết bị
5.1.2. Rơ-le thu hoạch năng lượng RF
Mạng di động 5G được thiết kế để sử dụng chuyển tiếp cho thông lượng, đặc biệt là ở các cạnh của tế bào. Các rơ-le này có năng lượng hạn chế và phải được cung cấp bở năng lượng thu hoạch. Cả năng lượng từ nguồn tự nhiên và nguồn RF đều có thể được sử dụng. Tuy nhiên, có những thay đổi đáng kể trong các nguồn năng lượng tự nhiên, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời và năng lượng gió. Do đó, rơ-le thu năng lượng RF là một giải pháp khả thi để cho phép liên lạc đồng thời và thu năng lượng RF. Trong mạng di động, nút chuyển tiếp trung gian có thể sử dụng năng lượng tín hiệu nguồn để chuyển tiếp nó đến đích. Xác định vị trí và lựa chọn các rơ-le để cải thiện hiệu suất tổng thể là một lĩnh vực nghiên cứu mở ch mạng di động 5G với điều kiện thu năng lượng được sử dụng trong mạng di động để đạt được hoạt động tối ưu hóa năng lượng.
5.1.3. Thu hoạch năng lượng trực tuyến
Năng lượng trong truyền khơng dây có thể được thu thập từ mơi trường, chẳng hạn như gió và mặt trời, hoặc từ tín hiệu RF. Trong cả hai trường hợp, các biến thể tồn tại trong năng lượng sẵn có các nguồn thu thạp được (ví dụ: gió, mặt trời, và tín hiệu RF) sẽ có giới hạn đối với thiết kế thiết bị từ thiết bị của người dùng đến BS điều hành. Yêu cầu năng lượng của thiết bị tại một thời điểm nhất định không được vượt quá năng lượng thu hoạch tại thời điểm đó. Các kỹ thuật thu hoạch năng lượng có thể hoạt động theo kiểu ngoại tuyến bằng cách sử dụng giả định trước về năng lượng thu hoạch đã biết từ nguồn. Tuy nhiên, việc thu thập thông tin về năng lượng thu hoạch trong các tình huống thực tế là rất khó. Do đó, cần phải nỗ lực để thiết kế các phương pháp tiếp cận trực tuyến
hiệu quả cho 5G, không dựa trên giả định trước về lượng năng lượng thu được, để khắc phục hạn chế của phương pháp tiếp cận ngoại tuyến. Có thể sử dụng các kỹ thuật dựa trên tối ưu hóa ngẫu nhiên sử dụng giả định về thống kế quá trình năng lượng đã biết thống kê có thể được sử dụng. Ngồi việc tối ưu hóa ngẫu nhiên, các kỹ thuật dựa trên lý thuyết học tập cũng có thể được sử dùn để thu hoạch năng lượng trực tuyến.
5.1.4. Thu hoạch năng lượng được hỗ trợ can thiệp
Trong các mạng di động 5G, sự tồn tại của nhiều loại tín hiệu nhiễu vơ tuyến mang đến cơ hội thu hoạch năng lượng RF của chúng. Ngồi ra, thu hoạch năng lượng mơi trường có những hạn chế đặt ra thách thức đối với các thiết bị chỉ hoạt động bằng năng lượng thu hoạch. Mặc dù nhiễu đã làm giảm hiệu suất của hệ thống thông tin liên lạc, nhưng nó có thể được sử dụng tích cực trong việc thu hoạch năng lượng. Tín hiệu khơng dây chứa đựng năng lượng và thơng tin; do đó, chúng ta có thể thu năng lượng từ tín hiệu nhiễu. Trong 5G HetNets, tồn tại các tầng khác nhau, chẳng hạn như macrocell và tầng tế bào nhỏ, trong đó nhiễu là vấn đề nổi bật, đặc biệt là ở các cạnh macrocell. Mặt khác tồn tại những ạn chế đáng kể trong việc thu hoạch năng lượng trong mơi t rường. Do đó, chúng ta có thể sử dụng sự can thiệp trong việc thu thập năng lượng để cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Kiến trúc của các thiết bị thu năng lượng bao gồm từ thiết bị của người dùng đến BS của nhà điều hành mạng phải được thiết kế theo cách mà nó sử hiệu quả sự can thiệp vào việc thu hoạch năng lượng bao gồm từ thiết bị của người dùng đến BS của nhà điều hành mạng phải tuân theo cách mà nó sử dụng hiệu quả sự can thiệp và việc thu hoạch năng lượng.
5.1.5. Phân bổ tài nguyên năng lượng thu hoạch
Năng lượng thu hoạch từ cả nguồn tự nhiên và nguồn RF đều có những hạn chế đáng kể. Do đó, chúng phải được sử dụng hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của mạng 5G. Cách thức phân bổ nguồn năng lượng từ các nguồn thu năng lượng khác nhau giữa các thiết bị 5G để cùng nhau tối đa hóa lợi nhuận tổng thể và QoS phải được xác định. Nhiều kế hoạch phân bổ tài nguyên năng lượng đã thu hoạch có độ trễ cao do tính phức tạp liên quan đến tính tốn của chúng. Để giải quyết mối quan tâm này, việc thiết kế các thuật toán sẽ thực hiện phân bổ tài nguyên hiệu quả với độ trễ thấp để tối đa hóa chất lượng tổng thể của trải nghiệm là cần thiết để giải quyết mối quan tâm nói trên. Hệ thống thu năng lượng có thể lấy điện từ các nguồn từ nhiên hoặc tín hiệu RF. Vì vậy, chúng ta phải thiết kế các thuật tốn thích ứng để phân bổ tài nguyên năng lượng giữa các thiết bị mạng 5G. Một số sơ đồ dựa trên lý thuyết trò chơi, lý thuyết học tập và lý thuyết tối ưu hóa có thể được sử dụng để phân bổ tài nguồn năng lượng đã thu hoạch hiệu quả. Mặt khác, một kế hoạch phân bố nguồn năng lượng khai thác thích ứng dựa trên lý thuyết trị chơi và học tập có thể là giải pháp khả thi
Bảng 5.1. Tóm tắt các thách thức nghiên cứu
Thách thức Nguyên nhân Ngun tắc Thu hoạch năng lượng
băng thơng rộng
• Phạm vi sử dụng phổ rộng trong 5G
• Nhiễu cao ở các ơ cạnh
• Máy thu năng lượng với dải tần hoạt động cao
Rơ-le thu hoạch năng lượng RF
• Sự tồn tại của rơle để nâng cao thơng lượng
• Sự thay đổi đáng kể trong năng lượng thu hoạch từ mơi trường
• Giao thức chung mới và giao thức thu hoạch năng lượng cho rơ-le
• Vị trí tối ưu của các rơ-le dựa trên sự tối ưu hóa chung của việc thu năng lượng và giao tiếp
Thu hoạch năng lượng trực tuyến
• Năng lượng thu hoạc bị cúp
• Các biến thể
thường xuyên trong cả hai nguồn năng lượng thu hoạch RF và mơi trường
• Các kỹ thuật dựa trên tối ưu hóa ngẫu nhiên
• Các kế hoạch thu hoạch năng lượng dựa trên máy học
Thu hoạch năng lượng được hỗ trợ can thiệp
• Sự hiện diện của tín hiệu nhiễu trong dây ít, trung bình từ nhiều nguồn khác nhau
• Giới hạn năng lượng thu hoạch do mơi trường
• Thiết kế bộ thu phát mới cho liên lạc chung và thu thập năng lượng
Phân bổ tài nguyên năng lượng thu hoạch
• Năng lượng thu hoạch hạn chế
• Phân bổ nguồn năng lượng thu hoạch thích ứng
• Độ trễ cao trong việc phân bổ lại nguồn năng lượng đã thu hoạch
• Lý thuyết tối ưu hóa dựa trên phân bổ nguồn năng lượng đã thu hoạch
• Phân bổ nguồn năng lượng đã thu hoạch dựa trên lý thuyết trị chơi
• Học lý thuyết dựa trên phân bổ nguồn năng lượng