CRAN bao gồm đơn vị băng tần cơ sở (BBU) và một số RRH. BBU là một đơn vị xử lý và tín hiệu tập trung, được kết nối với tất cả các RRH thông qua các liên kết đường phía trước. CRAN trong đó cịn có một trạm gốc macro (MBS) được gọi là mạng truy cập vô tuyến điện tán đám mây không đồng nhất (H-CRAN). MBS thực hiện tất cả việc truyền các tín hiệu trực tiếp đến thiết bị của người dùng để cải thiện tính di động và được kết nối với nhóm BBU thơng qua liên kết back haul. Hệ thống đề xuất mô hình coi H-CRAN bao gồm MBS chịu trách nhiệm phát tín hiệu và giám sát tính di động của người dùng trong tồn bộ mạng, có một số Green RRH (GRRH), được kết nối duy nhất với năng lượng thu hoạch (năng lượng mặt trời, gió, v,v..). Năng lượng thu được trong GRRH có thể được lưu trữ trong pin kết nối với chúng. GRRH chỉ có thể phục vụ khi nó có đủ năng lượng để thiết lập liên kết truyền thơng. BBU tập trung có kiến thức về trạng thái nguồn của mọi GRRH được kết nối với nó để có thể quyết định chỉ định tài nguyên cho chúng hay giữ chúng ở chế độ ngủ cho đến khi có đủ năng lượng được lưu trữ trong pin. Có N số lượng thiết bị người dùng (UE) có thể được kết nối với MBS hoặc bất kỳ GRRH nào. Các UE có nhu cầu tốc độ dữ liệu cao có thể được GRRH phục vụ và các UE co tốc độ dữ liệu thấp được MBS phục vụ. Các UE cũng có thể được phục vụ bởi GRRH phục vụ và các UE có tốc độ dữ liệu thấp được MBS phục vụ. Các UE cũng có thể được phục vụ bở GRRH, nếu MBS có lưu lượng truy cậo cao và tài nguyên không thể được phân bổ cho bất kì UE nào nữa. Phân bổ người dùng hiệu quả được thực hiện bởi nhóm BBU tập trung. Mơ hình hệ thống đề xuất được trình bày trong hình 3.1 [12]
3.1.1. Mơ hình phân bố tài ngun
Xem xét mơ hình đường xuống. Tần số trực giao H-CRAN dựa trên đa truy cập miền (OFDNA). Cho phép một MBS M và i GRRH sao cho i ∈ R = {1,2,... I}. Có n số người dùng trong đó n ∈ N ={1,2,...N}
Hình 3.1 Mơ hình hệ thống- Đường xuống trong H-CRAN với RRH được cung cấp bởi EH và MBS được cung cấp điện lưới
𝑥𝑠𝑛 là chỉ báo nhị phân cho chế độ kết nối người dùng, người dùng được kết nối với MBS hoặv bất kỳ GRRH Ri nào, trong đó s ∈ S và S = { M, 𝑅1, 𝑅2, 𝑅3, ..., 𝑅𝐼}. Chế độ này có thể viết là 𝑥𝑠𝑛 = {0,1}. 𝑦𝑛 là chỉ báo lựa chọn người dùng quyết định liệu người dùng có thể kết nối với MBS hoặc bất kỳ GRRH nào hay không, như vậy, 𝑥𝑠𝑛 < 𝑦𝑛.
𝑝𝑀𝑛 và 𝑝𝑅𝑖𝑛 là năng lượng được phân bổ cho người dùng thứ n trong khi kết nối với MBS hoặc bất kỳ GRRH Ri nào tương ứng. Độ lợi kênh của MBS và GRRH được biểu thị là Ø𝑀𝑛 và Ø𝑅𝑖𝑛 tương ứng và được biểu diễn bằng công thức:
Ø𝑀𝑛 = Ø𝑀′𝑛ϐ𝐺0(𝑑0
𝑑𝑀)𝛼 Ø𝑅𝑖𝑛 = Ø𝑅𝑖′𝑛ϐ𝐻0(𝑑0
𝑑𝑅𝑖)𝛼 (3.1) Trong đó Ø𝑀′𝑛 và Ø′𝑅𝑖𝑛 là các biến ngẫu nhiên Raileigh cho MBS và GRRH tương ứng
ϐ là lognomarl shadowing ( sự tạp bóng loga-chuẩn).
𝐺0 và 𝐻0 là độ lợi của anten cho MBS và GRRH tương ứng.
𝑑0 là khoảng cách mà anten có thể phát.
𝑑𝑀 và 𝑑𝑅𝑖 là khoảng cách của UE n lần lượt từ MBS và GRRH Ri với hằng số suy hao là α
Theo đó sự phân bổ tài nguyên được đề xuất, tổng tốc độ dữ liệu của hệ thống là Ϛ𝑡ổ𝑛𝑔 = ∑ ∑ 𝑥𝑠𝑛𝑐𝑠𝑛
𝑠∈S
𝑛∈N (3.2) Trong đó 𝑐𝑠𝑛 là tốc độ dữ liệu của người dùng n do MBS hoặc bất kỳ GRRH và được tính bằng:
𝑐𝑠𝑛 = 𝑙𝑜𝑔2(1 + 𝑝𝑠𝑛Ø𝑠𝑛
𝑁0 ) với mọi n ∈ N, s ∈ S (3.3) Trong đó 𝑝𝑠𝑛 là năng lượng mà UE n nhận được từ mBS hoặc bất kì GRRH
Ri. 𝑁0 là nhiễu kênh mà tín hiệu phải chịu
3.1.2 Mơ hình năng lượng
Như đã đề cập trước đó rằng mỗi GRRH chỉ được cung cấp bởi nguồn năng lượng xung quanh được thu hoạch và lưu trữ trong một pin có thể sạc lại thơng qua các mô-đun EH như tấm pin mặt trời và tua bin gió tại mỗi vị trí GRRH. Để tối đa khả năng lưu trữ của pin GRRH Ri là 𝜀𝑅𝑖. 𝐸𝑅𝑖𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙 biểu thị năng lượng có sẵn tại GRRH và Ri và 𝑒𝑅𝑖 biểu thị năng lượng được GRRH Ri thu hoạch trong mỗi khoảng thời gian:
Như đã đề cập trước đó rằng mỗi GRRH chỉ được cung cấp bởi nguồn năng lượng 0 ≤ 𝑒𝑅𝑖 ≤ γ𝑅𝑖 (3.4) γRi là năng lượng tối đa mà GRRH Ri có thể thu hoạch được trong một khoảng thời gian. Mơ hình EH được đề xuất là một quá trình ngẫu nhiên cho bất kỳ GRRH nào, γ(t) độc lập và được phân phối giống hệt nhau trên [0, γ𝑚𝑎𝑥] tạo mỗi khe thời gian t, γRi ≤
γ𝑚𝑎𝑥.
Giả định rằng ở chế độ hoạt động, GRRH có tất cả các thành phần đang hoạt động đầy đủ năng lượng. Nếu năng lựng dự trữ không đủ để phục vụ người dùng, GRRH được đặt ở chế độ ngủ. Trong chế độ ngủ, chỉ có màn hình lưu trữ năng lượng và liên kết fronthaul hoạt động và các thành phần khác bao gồm mạch xử lý tín hiệu, bộ khuyếch đại và các bộ thu phát đang hoạt động ở mức cơng suất thấp hoặc ở hồn tồn chế độ tắt. Nhóm BBU có thơng tin về trạng thái của tất cả GRRH được kết nối với nó và có thể phân bổ tài nguyên cho phù hợp
Theo mơ hình phân bổ tài ngun được đề xuất, tổng tiêu thụ điện năng của MBS và GRRH Ri được đưa ra :
𝑃𝑠 = 𝑢𝑠𝑒𝑓𝑓∑ 𝑝𝑠𝑛 với mọi s ∈ S (3.5) Trong đó 𝑃𝑠 được khám phá thêm là:
𝑃𝑅𝑖 = 𝑢𝑅𝑒𝑓𝑓∑ 𝑝𝑅𝑖𝑛 với mọi i ∈ R (3.7)
Trong đó 𝑢𝑀𝑒𝑓𝑓 và 𝑢𝑅𝑖𝑒𝑓𝑓 lần lượt là hiệu suất thoát của MBS và GRRH Ri. Hiệu suất xả là tỷ số giữa công suất đầu ta RF với cơng suất dịng điện một chiều vào của bộ khuyếch đại. Giả định rằng hiệu quả thoát nước của tất cả các GRRH là như nhau. Tổng công suất tiêu thụ của hệ thống sẽ là:
𝑃𝑡ổ𝑛𝑔 = ∑𝑠 ∈ S𝑃𝑠 + 𝑃𝑀𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 + 𝑃𝑅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 (3.8)
Trong đó 𝑃𝑀𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 và 𝑃𝑅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 lần lượt là công suất tiêu thụ tĩnh của MBS và GRRH. Hiện tại, khi đã biết tổng mức tiêu thụ điện năng của GRRH, năng lượng có sẵn tại GRRH sẽ được cho là:
𝐸𝑅𝑖𝑎𝑣𝑎𝑙𝑖 =[𝑒𝑅𝑖 − 𝑃𝑅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐, 0 ]+ (3.9) Trong đó [𝑥]+ = 𝑚𝑎𝑥 {𝑥, 0}. Công thức 3.10 cho thấy rằng để phục vụ cho bất kỳ UE nào, GRRH Ri phải thu năng lượng lớn hơn mức tiêu thụ điện tĩnh. Giao tiếp kết nối thành cơng của GRRH bị hạn chế bởi năng lượng có sẵn trong pin của nó, đó là:
𝐸𝑅𝑖𝑎𝑣𝑎𝑙𝑖 ≥ 𝑃𝑅𝑖 với mọi i ∈ R (3.10)
Hơnn nữa, bì pin có dung lượng lưu trữ tối đa hữu hạn nên có thể xảy ra tình trạng sạc không đúng lúc sẽ làm tràn dung lượng pin. Để hạn chế việc sạc pin đén mức dung lượng tối đa, cần xem xét giới hạn sau:
𝐸𝑅𝑖𝑎𝑣𝑎𝑙𝑖 + 𝑒𝑅𝑖 ≤ εRi (3.11)