Gelecek kablosuz ağları için aktif yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey mimarileri

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.