Integrated sensing and communications: waveformdesign and multiple accessing for nextgeneration wireless systems
Entegre algılama ve iletişim: Yeni nesil kablosuzsistemler için dalga şekli tasarımı ve çoklu erişim
- Tez No: 1001590
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Altıncı nesil (6G) kablosuz ağlar, yüksek veri hızlı haberleşme ile yüksek çözünürlüklü algılamayı eş zamanlı olarak destekleyen birleşik bir fiziksel katman çerçevesine ihtiyaç duymaktadır. Bu tez, gelecek nesil kablosuz sistemlerde entegre algılama ve haberleşme (ISAC) için çoklu frekans bantlarında dalga şekli, kanal ve işaret işleme yöntemlerini incelemektedir. İlk bölüm, terahertz (THz) bant yayılım mekanizmalarını; moleküler soğurma, zamansal genişleme etkisi (TBE), yansıma ve saçılma kayıpları, sınırlı kapsama alanı ve artan Doppler etkisi dâhil olmak üzere ele almakta ve bu olguları vericialıcı tasarımı için birer fırsat olarak yeniden yorumlamaktadır. Bir vaka çalışması olarak, TBE, THz on–off keying haberleşmesinde mesafeye duyarlı darbe genişliği uyarlaması için kullanılmakta; algılama destekli iletim sayesinde semboller arası girişim azaltılmakta ve enerji verimliliği artırılmaktadır. İkinci bölüm, THz devasa çoklu giriş çoklu çıkış (mMIMO) sistemleri için pürüzlü yüzey destekli bir görüş-hattı-dışı ISAC çerçevesi geliştirmektedir. Geometri tabanlı stokastik bir kanal modeli, farklı pürüzlülük seviyelerine sahip yüzeylerden kaynaklanan yansıtıcı ve yayınık saçılma bileşenlerini yakalamakta; uyarlanabilir varış açısı tabanlı bir sınıflandırma algoritması ise hedefle ilişkili yayınık bileşenleri tanımlamaktadır. Sonuçlar, orta derecede pürüzlü yüzeylerin algılama doğruluğu, tespit olasılığı ve ergodik kapasite arasında en iyi dengeyi sağladığını göstermektedir. Son bölüm, hassas algılama için alt-Nyquist hiperbolik frekans modülasyonlu (HFM) darbeli radara odaklanmaktadır. HFM chirp sinyallerinin doğrusal olmayan zaman–frekans yapısından yararlanılarak örtüşme kaynaklı belirsizlikler bastırılmakta ve eşleşmiş süzgeç kazancı korunmaktadır. Ayrıca, darbe aralıkları boyunca etkin örnekleme oranının değiştirilmesi ve gerçek ile aliaslı yankılar arasındaki koherens farklarının kullanılmasıyla, HFM darbeli radarda menzil belirsizliğini gidermek için alıcı taraflı bir örnekleme çeşitliliği yöntemi önerilmektedir. Birleşik HFM ve örnekleme çeşitliliği çerçevesi, daha düşük hesaplama karmaşıklığı ile üstün yan lob davranışı, tespit olasılığı ve menzil belirsizliği giderimi sağlamaktadır. Bu tezde sunulan tüm kuramsal analizler, gerçekçi kanal, gürültü ve clutter koşulları altında kapsamlı MATLAB tabanlı benzetimler ile sistematik olarak doğrulanmıştır. Genel olarak tez, THz kanal özelliklerini, doğrusal olmayan chirp işaret işlemeyi ve alıcı taraflı örnekleme çeşitliliğini birlikte kullanarak, sağlam, verimli ve ölçeklenebilir yeni nesil kablosuz algılama ve haberleşme sistemleri için tamamlayıcı ISAC ve radar çözümleri sunmaktadır
Özet (Çeviri)
Sixth-generation (6G) wireless networks require a unified physical-layer framework that simultaneously supports high-rate communication and high-resolution sensing. This thesis investigates waveform, channel, and signal processing methodologies for integrated sensing and communication (ISAC) in next-generation wireless systems across multiple frequency bands. The first part explores terahertz (THz) band propagation mechanisms, including molecular absorption, temporal broadening effect (TBE), reflection and scattering losses, limited coverage, and enhanced Doppler effect, and reinterprets these phenomena as transceiver design opportunities. As a case study, TBE is exploited for distance aware pulse-width adaptation in THz on-off keying communication, achieving reduced inter-symbol interference and improved energy efficiency through sensing-assisted transmission. The second part develops a rough-surface-aided non-line-of-sight ISAC framework for THz massive multiple-input multiple-output systems. A geometry-based stochastic channel model captures specular and diffused scattering components from surfaces with varying roughness, and an adaptive direction-of-arrival-based classification algorithm identifies target-associated diffuse components. The results reveal that intermediate rough surfaces provide an optimal tradeoff between sensing accuracy, probability of detection, and ergodic capacity. The final part focuses on sub-Nyquist hyperbolic frequency modulated (HFM) pulsed radar for accurate sensing. By exploiting the nonlinear time– frequency structure of HFM chirps, aliasing-induced ambiguities are suppressed while matched-filter gain is preserved. Additionally, a receiver-side sampling diversity scheme is proposed for range ambiguity mitigation in HFM pulsed radar by varying the effective sampling rate across pulse intervals and exploiting coherence differences between true and aliased echoes. The combined HFM and sampling diversity framework achieves superior sidelobe behavior, detection probability, and range ambiguity resolution with reduced computational complexity. All theoretical analyses presented in this thesis are systematically validated through extensive MATLAB-based simulations under realistic channel, noise, and clutter conditions. In summary, this thesis presents complementary ISAC and radar solutions that leverage THz channel characteristics, nonlinear chirp processing, and receiver-side sampling diversity to enable robust, efficient, and scalable next-generation wireless sensing and communication systems.
Benzer Tezler
- Advanced waveform designs for 5G and 6G
5G ve 6G için gelişmiş dalga formu tasarımları
EBUBEKİR MEMİŞOĞLU
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Integrated sensıng and communıcatıons: radar and communıcatıon multıplexıng, frame desıgn and sensıng-aıded communıcatıon
Entegre algılama ve iletişim: radar ve iletışım çoklama, çerçeve tasarımı ve algılama desteklı iletışım
AHMED NAEEM
Doktora
İngilizce
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- OFDM-based received waveform design and processing techniques to detect and classify radar targets for next generation integrated sensing and communication systems
Gelecek nesil bütünleşik algılama ve haberleşme sistemleri için radar hedeflerinin tespit ve sınıflandırmasına yönelik OFDM tabanlı dalgabiçimi tasarımı ve sinyal işleme teknikleri
SEYFETTİN MUHİBBULLAH ULUOCAK
Doktora
İngilizce
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- Waveform design for 5G and beyond wireless communication networks
5G ve ötesi kablosuz haberleşme ağları için dalga formu tasarı
SALAH EDDINE ZEGRAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Performance analysis of FMCW radars in ISAC systems
ISAC sistemlerinde FMCW radarların performans analizi
MUHTEREM ULUSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET NURİ AKINCI