Active reconfigurable intelligent surface architectures for future wireless networks
Gelecek kablosuz ağları için aktif yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey mimarileri
- Tez No: 768002
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey (RIS) destekli haberleşme, gelecek 6'ıncı nesil (6G) kablosuz ağlar için potansiyel bir aday olarak kablosuz haberleşme topluluğu- nun yakın zamanda dikkatini çekmiştir. Sinyal yayılım ortamının şebeke operatörleri tarafından kontrol edilmesini sağlayan RIS teknolojisi üzerinde çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bununla birlikte, bir RIS doğası gereği pasif yapısında kullanıldığında çarpımsal bir yol kaybından muzdarip olduğundan, haberleşme sistemleri için yalnızca destekleyici bir teknoloji gibi görünmektedir. Bu nedenle, araştırmacılar son zamanlarda bu teknolojinin faydalarını daha da artırmak için minimum aktif elemanlı RIS tasarımlarına odaklanmaya başlamışlardır. Bu çalışmada, çarpımsal yol kaybını tolere etmek amacıyla değişken kazançlı tek bir yükselteç içeren basit bir RIS mimarisi sunuyoruz. Önerilen bu yükseltici RIS tasarımı ile desteklenen bir haberleşme sistemi için uçtan uca sinyal modeli ve kanal kapasitesi maksimizasyonu sunulmuştur. Bununla beraber teorik bit hata olasılığı performansına odaklanan bir analiz ile birlikte kanal kapasitesi sunulmaktadır. Ek olarak, önerilen yükseltici RIS tasarımının pasif versiyonu ile karşılaştırıldığında başlıca avantajları tartışılmıştır. Önerilen RIS tabanlı kablosuz haberleşme sisteminin, sıradan pasif RIS destekli sistemlerde ortaya çıkan çift sönümleme sorununu önemli ölçüde ortadan kaldırdığı ve enerji verimliliğini iyileştirdiği gösterilmiştir. Bu tez aynı zamanda bir RIS destekli hibesiz dikgen olmayan çoklu erişim (GF-NOMA) şemasını tanıtmaktadır. Güç eksenli NOMA'nın (PD-NOMA) gerektirdiği güç dağılımı farklılığını sağlayan birleşik bir kullanıcı ekipmanı (UE) kümele- me ve RIS atama algoritması önerilmiştir. Bu yaklaşım, UE'yi farklı kanal kazançları ile akıllıca eşleştirerek ve RIS'leri uygun kümelere atayarak ağ kapasitesini maksimuma çıkarır. Bu birleşik algoritmanın hesaplama karmaşıklığını hafifletmek için, performanstan ödün vermeden algoritmanın çalışma süresini 80 kat azaltan başka bir UE kümeleme ve RIS atama algoritması geliştirilmiştir. Önerilen yaklaşımlar küme indeksi ile UE'leri onayladıktan sonra, tüm UE'lerin aynı anda iletmeleri istendiğinden, UE'lerin herhangi bir zamanda ne baz istasyonundan (BS) daha fazla hibe edinimi ne de güç kontrolü gerektirmeyen ilgili kaynak bloklarına (RBs) erişmesine izin verilir. Sadece pasif elemanlar içeren ve %18 daha iyi performans veren pasif RIS'lere ek olarak, çift yol kayıp problemini aşmak için performansı %37 arttıran tam bağlantılı aktif RIS yapısı da kullanılmaktadır. Ayrıca, elde edilen sonuçlar UE yoğunluğun, RIS konuşlandırılmasının ve RIS donanım spesifikasyonlarının etkilerini, ve Joule başına bit enerji verimliliği açısından UE'ler arasındaki güç harcama adilliğini ortaya koyar.
Özet (Çeviri)
Reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted communication has recently attracted the attention of the wireless communication community as a potential candidate for 6th generation (6G) of wireless networks. Various studies have been carried out on the RIS technology, which is capable of enabling the control of the signal propagation environment by network operators. However, when an RIS is used in its inherently passive structure, it appears to be only a supportive technology for communications, while suffering from a multiplicative path loss. Therefore, researchers have lately begun to focus on RIS hardware designs with minimal active elements to further boost the benefits of this technology. In this thesis, first, we present a simple RIS hardware architecture including a single and variable gain amplifier for reflection amplification to confront the multiplicative path loss. The end-to-end signal model for communication systems assisted with the proposed amplifying RIS design is presented, together with an analysis focusing on the capacity maximization and theoretical bit error probability performance, which is corroborated by computer simulations. In addition, the major advantages of the proposed amplifying RIS design compared to its passive counterpart are discussed. It is shown that the proposed RIS-based wireless system significantly eliminates the double fading problem appearing in conventional passive RIS-assisted systems and improves the communication energy efficiency. This thesis also introduces an RIS-assisted grant-free non-orthogonal multiple access (GF-NOMA) scheme. We propose a joint user equipment (UE) clustering and RIS assignment/alignment approach that ensures the power reception disparity required by the power domain NOMA (PD-NOMA). The proposed approach maximizes the network sum rate by judiciously pairing UE with distinct channel gains and assigning RISs to proper clusters. To alleviate the computational complexity of the joint approach, we decouple UE clustering and RIS assignment/alignment subproblems, which reduces run times 80 times while attaining almost the same performance. Once the proposed approaches acknowledge UEs with the cluster index, UEs are allowed to access corresponding resource blocks (RBs) at any time requiring neither further grant acquisitions from the base station (BS) nor power control as all UEs are requested to transmit at the same power. In addition to passive RISs containing only passive elements and giving an 18% better performance, a fully-connected active RIS structure that enhances the performance by 37% is also used to overcome the double path loss problem. The numerical results also investigate the impact of UE density, RIS deployment, RIS hardware specifications, and the fairness among the UEs in terms of bit-per-joule energy efficiency.
Benzer Tezler
- Pre-processing based advanced spatial modulation techniques
Ön işleme tabanlı ileri uzaysal modülasyon teknikleri
NEGIN KAZEMIPOURLEILABADI
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUTLU KOCA
- Uyarlanabilir akıllı yüzeyler kullanan indis modülasyon tekniklerinin performans analizi
Performance analysis of index modulation techniques using reconfigurable intelligent surfaces
ONUR SALAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI İLHAN
- From media-based modulation to reconfigurable intelligent surfaces: Novel index modulation solutions
Ortam-tabanlı modülasyon'dan uyarlanabilir akıllı yüzeylere: Özgün indis modülasyon çözümleri
ZEHRA YİĞİT
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Index modulation based designs, error performance and physical layer security analyses for unmanned aerial vehicle networks
İnsansız hava aracı ağları için indis modülasyonu tabanlı tasarımlar, hata performansı ve fiziksel katman güvenlik analizleri
AYŞE BETÜL BÜYÜKŞAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Gelecek nesil kablosuz haberleşme sistemleri için gelişmiş indis modülasyon sistemlerinin performans analizi
Performance analysis of advanced index modulation systems for next generation wireless communication systems
BURAK AHMET ÖZDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDOĞAN AYDIN