Symbiotic backscatter communication
Simbiyotik geri saçılma iletişimi
- Tez No: 917699
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Altıncı nesil (6G) ve ötesi kablosuz ağlar, çevresel olarak sürdürülebilir ve küresel olarak birbirine bağlı sistemleri teşvik ederek kritik zorlukları ele almayı amaçlamaktadır. 6G'yi mümkün kılan temel bir teknoloji, simbiyotik ilişkiler yoluyla çeşitli radyo sistemleri arasında kaynakların paylaşımını teşvik eden simbiyotik radyodur (SRad). Özellikle, bu düşünülen radyo sistemleri, geri saçılım iletişimine (BC) dayanan mevcut kablosuz sistemler ve pasif Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarıdır. Bu tez, temel ilkelerini, son teknoloji metodolojilerini ve potansiyel uygulamalarını keşfederek simbiyotik BC için SRad teknolojisinin kapsamlı bir araştırmasını sunmaktadır. Araştırma, farklı radyo sistemleri arasında bir arada yaşamayı ve verimli kaynak yönetimini mümkün kılan çeşitli simbiyotik ilişki türleri de dahil olmak üzere radyo simbiyozunun temel kavramlarını inceleyerek başlar. Bu temel anlayışa dayanarak, SRad etkinleştirilmiş BC sistemlerindeki belirli zorlukları ele almak için yeni teknikler önerilmektedir. İlk araştırma, simbiyotik bir radyo sistemi içinde parazitsiz BC elde etmek için tasarlanmış ortogonal frekans bölmeli çoğullama (OFDM) tabanlı bir şema sunmaktadır. Özellikle, birincil sinyali (yani bir baz istasyonundan (BS) iletilen OFDM sembollerini) bilgi iletimini kolaylaştırmak için frekans alanında kaydıran üç frekans kaydırmalı anahtarlama (FSK) tabanlı geri saçılma modülasyon şemaları önerilmiştir. Geri saçılma aygıtından gelen frekans kaydırılmış sinyaller ile birincil sinyal arasındaki ortogonaliteyi korumak için, BS bant içindeki belirli alt taşıyıcıları boşaltır. İlk şema, açık-kapalı anahtarlamayı (OOK) FSK modülasyonuyla bütünleştirirken, diğer ikisi değişen bant içi boş alt taşıyıcı tahsisleriyle geleneksel FSK modülasyonuna dayanmaktadır. Bu stratejiler, alıcıda tutarsız algılamayı mümkün kılarak, geri saçılma aygıtından gelen sinyaller için kanal tahmini zorluğunu etkili bir şekilde ele alır. Teorik analiz ve kapsamlı simülasyonlar, önerilen yaklaşımın doğrudan bağlantı girişimini ortadan kaldırarak BC için 30 dB'de 10−4 kadar düşük bir bit hata oranına ulaştığını ortaya koymaktadır. Daha ileri araştırmalar, yüksek veri hızları ve düşük güç iletişimi elde etmeyi amaçlayan ortam BC için milimetre dalgası (mmWave) sinyallerinin kullanımını araştırır. Ancak, kanal seyrekliği nedeniyle mmWave frekanslarında sinyallerinin geri saçılma cihazlarına (BD'ler) düzensiz olarak erişebilmesi önemli bir zorluk oluşturmaktadır. Bunu aşmak için, bir ışın alanı mmWave simbiyotik radyo sistemi için verimli bir ışın seçimi yöntemi geliştirilmiştir. Bu yaklaşım, BD'lere tutarlı sinyal erişilebilirliğini sağlarken genel toplam oranı performansını %30'a kadar önemli ölçüde artırır. Bu katkılara ek olarak, tez, ortaya çıkan 6G teknolojilerine odaklanan iki çalışmayı sunmaktadır: entegre algılama ve iletişim (ISAC) ve görünür ışık iletişimiyle ortogonal olmayan çoklu erişim (NOMAVLC). ISAC çalışması, kötü amaçlı düğümlerden pilot konum bilgilerini gizleyerek iletişim ve algılama verilerini korumak için güvenli bir pilot tahsis yöntemi sunmaktadır. Alıcının pilot konum tespiti sırasında performans sorunlarını azaltmak için uyarlanabilir bir güç tahsis stratejisi de önerilmiştir. Bu algoritmaların etkinliği, içgörülü sonuçlara yol açan performans değerlendirmeleri aracılığıyla gösterilir. Son olarak, NOMA-VLC araştırması, farklı yüksekliklerdeki kullanıcıları dikkate alarak ve dinamik güç tahsis stratejilerini dahil ederek 3D NOMA-VLC sistemleri için iki yenilikçi kullanıcı eşleştirme şeması önermektedir. Önerilen şemalar, kullanıcı eşleştirmesi ve ortogonal çoklu erişim (OMA) olmadan NOMA'ya kıyasla önemli performans kazanımları göstermektedir. Temel sistem parametreleri analiz edilir ve genel performans üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak tartışılır. Bu tez, 6G kablosuz ağların ve daha geniş SRad teknolojisi alanının ilerlemesine katkıda bulunan kapsamlı içgörüler ve yenilikçi çözümler sunar. Bu katkılar, daha sürdürülebilir, verimli ve güvenli kablosuz iletişim sistemleri için yolu açmaktadır.
Özet (Çeviri)
The sixth generation (6G) and beyond wireless networks aim to address critical challenges by fostering environmentally sustainable and globally interconnected systems. A key technology enabling 6G is symbiotic radio (SRad), which promotes the sharing of resources among diverse radio systems through symbiotic relationships. Specifically, these con sidered radio systems are existing wireless systems and passive Internet-ofThings (IoT) devices which rely on backscatter communication (BC). This dissertation provides a comprehensive investigation of SRad technology for symbiotic BC, exploring its fundamental principles, state-of-the-art methodologies, and potential applications. The research begins by examining the core concepts of radio symbiosis, including various types of symbiotic relationships that enable coexistence and efficient resource management among different radio systems. Building upon this foundational understanding, novel techniques are proposed to tackle specific challenges in SRadenabled BC systems. The initial investigation introduces an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)-based scheme designed to achieve interference-free BC within a symbiotic radio system. Specifically, three frequency shift keying (FSK)-based backscatter modulation schemes are proposed, which shift the primary signal—i.e., the OFDM symbols transmitted from a base station (BS)—in the frequency domain to facilitate information transmission. To maintain orthogonality between the frequency-shifted signals from the backscatter device and the primary signal, the BS empties specific subcarriers within the band. The first scheme integrates on-off keying (OOK) with FSK modulation, while the other two are based on conventional FSK modulation with varying in-band null-subcarrier allocations. These strategies enable non-coherent detection at the receiver, effectively addressing the challenge of channel estimation for signals from a backscatter device. Theoretical analysis and comprehensive simulations reveal that the proposed approach achieves a bit-error rate as low as 10−4 at 30 dB for BC by eliminating direct link interference. Further exploration delves into the utilization of incident millimeter-wave (mmWave) signals for ambient BC aimed at achieving high data rates and low-power communication. However, the erratic availability of incident signals to backscatter devices (BDs) at mmWave frequencies, due to channel sparsity, poses a significant challenge. To overcome this, an efficient beam selection method is developed for a beamspace mmWave symbiotic radio system. This approach significantly enhances the overall sum-rate performance by up to 30% while ensuring consistent signal accessibility to BDs. In addition to these contributions, the dissertation presents two studies focused on emerging 6G technologies: integrated sensing and communication (ISAC) and non-orthogonal multiple access with visible light communication (NOMA VLC). The ISAC study introduces a secure pilot allocation method to protect communication and sensing data by concealing pilot location information from malicious nodes. An adaptive power allocation strategy is also proposed to mitigate performance issues during the receiver's pilot location detection. The efficacy of these algorithms is demonstrated through performance evaluations, leading to insightful conclusions. Lastly, the NOMA-VLC research proposes two innovative user pairing schemes for 3D NOMAVLC systems, considering users at different heights and incorporating dynamic power allocation strategies. The proposed schemes show significant performance gains compared to NOMA without user pairing and orthogonal multiple access (OMA). Key system parameters are analyzed, and their impacts on overall performance are discussed in detail. This dissertation offers comprehensive insights and innovative solutions, contributing to the advancement of 6G wireless networks and the broader field of SRad technology. These contributions pave the way for more sustainable, efficient, and secure wireless communication systems.
Benzer Tezler
- Information harvesting: Leveraging wireless power transfer for next-generation communication frameworks
Bilgi toplama: Gelecek nesil iletişim sistemleri için kablosuz güç transferini kullanma
MEHMET ERTUĞ PIHTILI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Information harvesting: Leveraging wireless power transfer for next-generation communication frameworks
Bilgi toplama: Gelecek nesil iletişim sistemleri için kablosuz güç transferini kullanma
MEHMET ERTUĞ PIHTILI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Bazı orkide türlerine ait tohumların simbiyotik ve asimbiyotik olarak çimlendirilmesi ve fide gelişimi
Symbiotic and asymbiotic germination of the seeds of some orchid species and seedling growth
ANIL SAZAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
BiyolojiOndokuz Mayıs ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. YASEMİN ÖZDENER
- Tarımsal işlem yoğunlaştırılması: bitki kök hastalıklarına karşı, bakteri içeren ileri simbiyotik gübre üretimi
Agro-process intensification: advanced symbiotic fertili-zer production with bacteria for the eradication of plant root diseases
YILDIZ ALKILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyokimyaOndokuz Mayıs ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVZAT ŞAHİN
- Symbiotic data platforma receptive-responsive tool for customizing thermal comfort &maximizing energy efficiency
Symbıotıc verı platformutermal konforu özelleştirmekve enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarmakiçin alıcı ve verıcı, duyarlı bir araç
ZEYNEP BİRGÖNÜL