Geri Dön

Practical implementation and real-world validation of reconfigurable intelligent surfaces

Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylerin pratik uygulaması ve gerçek dünya doğrulaması

PDF İndir

  1. Tez No: 816764
  2. Yazar: SEFA KAYRAKLIK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 74

Özet

Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey (RIS) destekli haberleşme sistemleri, düşük gecikme süresi, güvenilirlik ve yoğun bağlantı gibi altıncı nesil ağların gereksinimlerini karşılayabilecek gelecek vaat eden teknolojilerden biri olarak heyecan verici beklentiler sunmaktadır. Literatür, uygulanabilirliği gösteren senaryoları hayata geçiren deneysel uygulamalardan hâlâ yoksundur. Bununla birlikte, test senaryola- \newline rının doğrulanmasını ve RIS'lerin gerçek dünya deneylerini gözlemlemek, RIS'in pratikte uygulanabilirliğini göstermek için zorunludur. Bu amaçla, bu tez, kapsama alanını genişletme, fiziksel katman güvenliği, spektrum algılama ve kablosuz veri bağlantısı yönetimi gibi RIS destekli kablosuz iletişim ağlarının olası kullanım durumlarında RIS'in gelecek nesil ağlar için potansiyelini ortaya çıkarmak amacıyla RIS'in uygulanmasını ve deneylerini sunmaktadır. Bölüm 3'te, alınan sinyal gücünü artırarak kapsama alanını genişletmek için kapalı ortamda RIS destekli bir haberleşme sisteminin fiziksel gösterimi sağlanmıştır. RIS destekli sistemin performansı, başlangıçta alıcının bir dizi farklı konumu için analiz edilmiş ve özenli RIS faz ayarlamaları ile alınan sinyal gücünde yaklaşık 10 dB iyileşme gözlemlenmiştir. Ardından, RIS konfigürasyonları için kod çizelge tasarımı, alıcı hareket halindeyken geri besleme kanalları olmadan RIS'in yansıtıcı elemanlarının durumlarını ayarlamak için kullanılmaktadır. Optimum RIS konfigürasyonunu bulmak için gereken işlem süresini azaltmak amacıyla RIS elemanlarının verimli bir şekilde gruplandırılmasının etkisi incelenmiştir. Kapsamlı deneysel ölçümlerde, önerilen gruplama şeması ile işlem süresi, alınan sinyal gücünde yalnızca birkaç dB feda edilerek yarı yarıyadan sekizde bire kadar düşürülmüştür. Bölüm 4'te, fiziksel katman güvenliğinin (PLS) sağlanması için RIS'in karakterizasyonu, verici (Alice), asıl alıcı (Bob) ve gizli dinleyicinin (Eve) kapalı ortama yerleştirildiği pratik ölçümlere dayanarak gösterilmiştir. RIS ile güçlendirilmiş PLS'nin teorik çerçevesi literatürde ortaya konmuştur ancak kablosuz haberleşme sistemlerinin gizlilik kapasitesini en üst düzeye çıkarmak için RIS'in kullanımı önerilen ölçüm tabanlı doğrulaması hâlâ yetersiz bir aşamadır. Gelinen noktada, RIS elemanlarının faz kaymalarını ayarlayarak pratik bir ölçüm senaryosunda RIS'in güvenli kablosuz iletişim sağlama yeteneğini doğrulamak zorlu ve açık bir soru olmaya devam etmektedir. Ölçümlerde Bob ve Eve'nin alınan sinyal güçleri arasındaki farkı artıracak şekilde RIS faz kaymalarını ayarlanmış ve böylece gizlilik kapasitesi en üst düzeye çıkarılmıştır. Eve'in güç ölçümlerinin ulaşılabildiği varsayımıyla RIS destekli PLS senaryosunun ölçümü, RIS'in sisteme dahil edilmesiyle gizlilik kapasitesinin önemli ölçüde iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Bölüm 5'te, sinyalin frekans ve zaman alanındaki konumunu ve sınıfı tespit etmek için derin öğrenme (DL) yöntemleriyle nesne algılama yaklaşımının kullanıldığı, RIS ile güçlendirilmiş spektrum algılama sisteminin deneysel bir gösterimi sunulmuştur. Son teknoloji ürünü DL tabanlı Detectron2 ve YOLOv7 dedektörleri, 4G LTE ve 5G NR sinyallerinin bir görüntü üzerindeki nesneler olarak ele alındığı sentezlenmiş sinyal veri setinin spektrogramlarıyla eğitilmiştir. Alınan sinyal gücü ile spektrum algılama sürecinin performansı arasında doğrudan bir korelasyon bulunmaktadır. Bu yüzden, RIS'in önerilen ölçüm düzeneğine dahil edilmesi spektrum algılama yöntemlerinin performansını önemli ölçüde artırmıştır. Bölüm 6'da, milimetre dalga (mmWave) RIS prototipinin performansı, yankısız bir odada bir vektör ağ analizörü ile doğrulanmış ve ele alınan RIS'in performans değerlendirilmesi, veri merkezinde mmWave frekans bandında çalışan beşinci nesil (5G) dalga formu ile gerçekleştirilmiştir. Aslında bir veri merkezindeki bağlantı yönetimi, RIS kullanımının olası uygulama alanlarından biridir çünkü server raf kabinleri, veri merkezi odasındaki kablosuz haberleşme sistemi için ciddi blokaja neden olmaktadır. Veri merkezindeki ölçümler, mmWave RIS'in veri merkezine yerleştirilmesinin alınan sinyal gücünde iyileştirmeler sağladığını göstermiştir.

Özet (Çeviri)

Reconfigurable intelligent surface (RIS)-empowered communications represent exciting prospects as one of the promising technologies capable of meeting the requirements of the sixth generation networks, such as low latency, reliability, and dense connectivity. The literature still lacks real-world experimental applications implementing scenarios that suggest applicability. However, validation of test cases and real-world experiments of RISs are imperative to their practical viability. To this end, this thesis presents the implementation and experimentation of the RIS in order to reveal the RIS's potential for future-generation networks in the possible use cases of RIS-assisted wireless communication networks, such as coverage enhancement, physical layer security, spectrum sensing, and wireless data link management. In Chapter 3, a physical demonstration of an RIS-assisted communication system is provided in an indoor environment in order to enhance coverage by increasing the received signal power. The performance of the RIS-assisted system is initially analyzed for a set of different locations of the receiver and observed around 10 dB improvement in the received signal power by careful RIS phase adjustments. Then, an efficient codebook design for RIS configurations is employed to adjust the RIS states on the move without feedback channels. The impact of an efficient grouping of RIS elements is investigated with the objective of reducing the training time needed to find the optimal RIS configuration. In the extensive experimental measurements, training time is reduced with the proposed grouping scheme from one-half to one-eighth by sacrificing only a few dBs in received signal power. In Chapter 4, the performance of the RIS is characterized according to the practical measurements to implement physical layer security (PLS), on which the transmitter (Alice), the intended user (Bob), and the eavesdropper (Eve) are located in an indoor environment. The measurement-based validation of the RIS deployment where the RIS is situated to maximize the secrecy capacity of the wireless communication system is still an insufficient stage although the theoretical framework of the PLS boosted by the RIS has been revealed in the literature. As of this point, it remains a challenge and an open question how the RIS can provide secure wireless communication in a practical measurement scenario by adjusting the RIS's phase shifts in such a way that the difference between the received signal power of Bob and Eve is increased to maximize the level of secrecy. The measurement campaign of the proposed system model of the RIS-aided PLS scheme demonstrates that the secrecy capacity can be significantly improved by introducing the RIS into the system with the assumption of the availability of Eve's power measurements. In Chapter 5, an experimental demonstration of an RIS-empowered spectrum sensing system is presented, in which the object detection approach by deep-learning (DL) methods is utilized to detect the signal's type and location in the frequency and time domain. The state-of-art DL-based detectors of Detectron2 and YOLOv7 are trained with the spectrograms of the synthesized signal dataset of 4G LTE and 5G NR, in which the signals are treated as objects on an image. Introducing the RIS into the proposed measurement setup significantly improves the performance of the detectors due to the direct correlation between the received signal power and the performance of the spectrum sensing process. In Chapter 6, the performance of a millimeter wave (mmWave) RIS prototype is validated with a vector network analyzer in an anechoic chamber as well as the evaluation of the considered RIS is performed with the fifth-generation (5G) waveform operating at the mmWave frequency band in a data center. In fact, link management in a data center is one of the possible playgrounds of RIS employment since rack cabinets cause severe blockage for the wireless communication system in the room. The measurements in the data center demonstrate that deploying the mmWave RIS into the data center provides improvements in received signal power.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    876664

    Kıyı yapısı inşaatları için iş güvenliği risk yönetim sistemi

    Occupational safety risk management system for coastal structure construction

    DİNÇER İNANÇ YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DENİZ ARTAN

  2. Tez No

    899789

    Montaj hattı dengeleme problemi için bulanık mantık tabanlı ergonomik risk değerlendirme modeli

    An integrated ergonomic risk assessment model based on fuzzy logic for assembly line balancing problem

    SEÇİL KULAÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPER KİRAZ

  3. Tez No

    888651

    Integrating path planning and image processing with UAVs for disease detection and yield estimation in indoor agriculture

    Kapalı alan tarımda hastalık tespiti ve verim tahmini için rota planlama ve görüntü işlemenin İHA'larla entegre edilmesi

    ONAT ERDOĞMUŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERDİNÇ ALTUĞ

  4. Tez No

    83016

    Sayısal imza sistemlerinin incelenmesi

    Digital signature schemes

    GANIME BETÜL ASLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET BÜLENT ÖRENCİK

  5. Tez No

    822060

    Pertübasyon yöntemi ile hassas veri güvenliğine yönelik çok değişkenli veriler için tahmin analizi

    Prediction analysis for multivariate data with respect to sensitive data security using the perturbation method

    İLKER İLTER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SAFİYE SENCER

Geri Dön