El enorme crecimiento de las redes celulares y los servicios inalámbricos ubicuos ha provocado un consumo de energía trascendental, emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y, por lo tanto, un gran desafío para el desarrollo de redes celulares sostenibles y energéticamente eficientes. Con el aumento de la recolección de energía renovable, las estaciones base celulares (BS) se están alimentando progresivamente con fuentes de energía renovables (RES) para reducir la crisis energética, los contenidos de carbono y su dependencia del suministro de la red convencional. Por lo tanto, la utilización combinada de fuentes de energía renovables con el sistema de red eléctrica está demostrando ser una opción más realista para desarrollar un sistema energéticamente eficiente y ecosostenible en el contexto de las comunicaciones móviles ecológicas. El objetivo final de este trabajo es desarrollar un sistema de suministro de energía solar fotovoltaica (PV) conectado a la red que tenga en cuenta el tráfico y que utilice las redes heterogéneas habilitadas para la cabeza de radio remota (RRH) (HetNets) con el objetivo de minimizar el consumo de energía de la red y la huella de carbono, al tiempo que garantiza la sostenibilidad energética a largo plazo y la eficiencia energética (EE). Además, la técnica de equilibrio de carga se implementa entre las BS colocadas para una mejor utilización de los bloques de recursos (RB) y, a partir de entonces, el rendimiento del sistema se compara con una arquitectura celular habilitada para zoom celular existente para la evaluación comparativa. Además, la viabilidad tecnoeconómica del sistema previsto se ha analizado exhaustivamente utilizando el software de optimización HOMER, teniendo en cuenta la naturaleza dinámica del perfil de generación solar y la tasa de llegada de tráfico. Además, se realiza una investigación exhaustiva con la ayuda de simulaciones de Monte-Carlo para evaluar el rendimiento de la red inalámbrica en términos de rendimiento, eficiencia espectral (SE) y eficiencia energética, así como en una amplia gama de escenarios de diseño. Los resultados numéricos demuestran que el sistema solar fotovoltaico/batería conectado a la red propuesto puede lograr una reducción significativa del consumo de energía de la red con un rendimiento de hasta el 54,8% y garantizar una sostenibilidad energética destacada con el modelado eficaz de la recolección de energía renovable.

L'énorme croissance des réseaux cellulaires et des services sans fil omniprésents a entraîné une consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre (GES) considérables et, par conséquent, a posé un grand défi au développement de réseaux cellulaires durables et économes en énergie. Avec l'augmentation de la récolte d'énergie renouvelable, les stations de base cellulaires (BS) sont progressivement alimentées par des sources d'énergie renouvelables (SER) pour réduire la crise énergétique, la teneur en carbone et sa dépendance à l'approvisionnement en réseau conventionnel. Ainsi, l'utilisation combinée des sources d'énergie renouvelables avec le système de réseau électrique s'avère être une option plus réaliste pour développer un système économe en énergie ainsi qu'un système éco-durable dans le contexte des communications mobiles vertes. L'objectif ultime de ce travail est de développer un système d'alimentation optimale en énergie solaire photovoltaïque (PV) connecté au réseau et sensible au trafic, en s'efforçant de mettre en place des réseaux hétérogènes à tête radio à distance (RRH) (HetNets) visant à minimiser la consommation d'énergie et l'empreinte carbone du réseau tout en garantissant la durabilité énergétique et l'efficacité énergétique (EE) à long terme. En outre, la technique d'équilibrage de charge est mise en œuvre parmi les BS colocalisées pour une meilleure utilisation des blocs de ressources (RB) et, par la suite, les performances du système sont comparées à une architecture cellulaire activée par zoom de cellule existante pour l'étalonnage. En outre, la faisabilité technico-économique du système envisagé a été largement analysée à l'aide du logiciel d'optimisation HOMER compte tenu de la nature dynamique du profil de production solaire et du taux d'arrivée du trafic. En outre, une enquête approfondie est menée à l'aide de simulations Monte-Carlo pour évaluer les performances du réseau sans fil en termes de débit, d'efficacité spectrale (SE) et d'efficacité énergétique ainsi que dans un large éventail de scénarios de conception. Les résultats numériques démontrent que le système solaire photovoltaïque/batterie relié au réseau proposé peut réduire considérablement la consommation d'énergie du réseau, jusqu'à 54,8 %, et assurer une durabilité énergétique de premier plan grâce à la modélisation efficace de la collecte d'énergie renouvelable.

The enormous growth in the cellular networks and ubiquitous wireless services has incurred momentous energy consumption, greenhouse gas (GHG) emissions and thereby, imposed a great challenge to the development of energy-efficient sustainable cellular networks. With the augmentation of harvesting renewable energy, cellular base stations (BSs) are progressively being powered by renewable energy sources (RES) to reduce the energy crisis, carbon contents, and its dependency on conventional grid supply. Thus, the combined utilization of renewable energy sources with the electrical grid system is proving to be a more realistic option for developing an energy-efficient as well as an eco-sustainable system in the context of green mobile communications. The ultimate objective of this work is to develop a traffic-aware grid-connected solar photovoltaic (PV) optimal power supply system endeavoring the remote radio head (RRH) enabled heterogeneous networks (HetNets) aiming to minimize grid energy consumption and carbon footprint while ensuring long-term energy sustainability and energy efficiency (EE). Moreover, the load balancing technique is implemented among collocated BSs for better resource blocks (RBs) utilization and thereafter, the performance of the system is compared with an existing cell zooming enabled cellular architecture for benchmarking. Besides, the techno-economic feasibility of the envisaged system has been extensively analyzed using HOMER optimization software considering the dynamic nature of solar generation profile and traffic arrival rate. Furthermore, a thorough investigation is conducted with the help of Monte-Carlo simulations to assess the wireless network performance in terms of throughput, spectral efficiency (SE), and energy efficiency as well under a wide range of design scenarios. The numerical outcomes demonstrate that the proposed grid-tied solar PV/battery system can achieve a significant reduction of grid power consumption yielding up to 54.8% and ensure prominent energy sustainability with the effective modeling of renewable energy harvesting.

أدى النمو الهائل في الشبكات الخلوية والخدمات اللاسلكية في كل مكان إلى استهلاك هائل للطاقة وانبعاثات غازات الدفيئة (GHG)، وبالتالي فرض تحديًا كبيرًا لتطوير شبكات خلوية مستدامة موفرة للطاقة. مع زيادة حصاد الطاقة المتجددة، يتم تشغيل المحطات الأساسية الخلوية (BSs) تدريجياً بواسطة مصادر الطاقة المتجددة (RES) للحد من أزمة الطاقة ومحتويات الكربون واعتمادها على إمدادات الشبكة التقليدية. وبالتالي، فإن الاستخدام المشترك لمصادر الطاقة المتجددة مع نظام الشبكة الكهربائية يثبت أنه خيار أكثر واقعية لتطوير نظام موفر للطاقة ومستدام بيئيًا في سياق الاتصالات المتنقلة الخضراء. الهدف النهائي من هذا العمل هو تطوير نظام مثالي لإمداد الطاقة الشمسية الكهروضوئية المتصلة بالشبكة (PV) التي تسعى إلى إنشاء شبكات غير متجانسة ممكّنة برأس راديو بعيد (RRH) (HetNets) تهدف إلى تقليل استهلاك طاقة الشبكة والبصمة الكربونية مع ضمان استدامة الطاقة وكفاءة الطاقة على المدى الطويل (EE). علاوة على ذلك، يتم تنفيذ تقنية موازنة الحمل بين BSs المجمعة لاستخدام كتل الموارد (RBs) بشكل أفضل وبعد ذلك، تتم مقارنة أداء النظام مع البنية الخلوية القائمة التي تتيح تكبير الخلية لإجراء المقارنات المعيارية. إلى جانب ذلك، تم تحليل الجدوى التقنية والاقتصادية للنظام المتوخى على نطاق واسع باستخدام برنامج تحسين هوميروس مع الأخذ في الاعتبار الطبيعة الديناميكية لملف تعريف توليد الطاقة الشمسية ومعدل وصول حركة المرور. علاوة على ذلك، يتم إجراء تحقيق شامل بمساعدة عمليات محاكاة مونت كارلو لتقييم أداء الشبكة اللاسلكية من حيث الإنتاجية والكفاءة الطيفية (SE) وكفاءة الطاقة بالإضافة إلى مجموعة واسعة من سيناريوهات التصميم. تُظهر النتائج العددية أن نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية/البطارية المقترح المرتبط بالشبكة يمكن أن يحقق انخفاضًا كبيرًا في استهلاك الطاقة الشبكية الذي يصل إلى 54.8 ٪ ويضمن استدامة بارزة للطاقة من خلال النمذجة الفعالة لحصاد الطاقة المتجددة.