İki-yönlü röleli ağlar için enerji hasatlama ve uyarlamalı iletişim

Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte internete bağlı aygıtların sayısı durmadan artış göstermektedir. Buna bağlı olarak bu aygıtların birbiri ile yüksek hızlarda güvenilir iletişim kurmaları gün geçtikçe önemli hale gelmektedir. Nesnelerin interneti (IOT) kavramı son zamanlarda ortaya çıkmıştır. Burada nesne olarak tanımlanan aygıtları şöyle sıralayabiliriz: duyargalar, izleme aygıtları, bilgisayarlar, tabletler, telefonlar, akıllı saatler ve bileklikler. Bu aygıtların iletişiminde sağlanması gereken istekler gelişen teknolojiyle birlikte artarken yetersiz batarya kapasitesi problemini de ortaya çıkarmaktadır. Aynı zamanda taşınabilir elektronik aygıtların boyutlarının giderek küçülmesi ve hafiflemesi de bataryaların boyut problemini beraberinde getirmektedir. Yüksek başarım isteklerinin hızlı artışına ayak uyduramayan pil teknolojisine alternatif çözümler sunulmaktadır. Bu çözümlerden biri de enerji hasatlamadır (EH). Telsiz iletişim sistemlerinde radyo frekansı kullanılarak gönderilen işaretlerle iletişim sağlanır. Radyo frekansı aslında bilgi işaretinin iletimi için kullanılır. Ancak gönderilen işaret aynı zamanda enerji de taşır. Bu enerjinin iletişim sistemlerinde kullanılmasıyla enerji hasatlanır. Bu sayede iletişim sistemlerinde dış bir enerji kaynağına bağlı olmadan çalışabilen birim ortaya çıkar. Telsiz iletişimde iki kullanıcının birbiri ile doğrudan iletişim kuramadığı durumda aralarındaki bir düğüm (röle) yardımıyla iletişim kurabilir. İki kullanıcının ve rölenin belirli bir protokol kullanarak iletişim kurması işbirlikli iletişim olarak isimlendirilmektedir. İki yönlü röleli ağlar için önerilen fiziksel katman ağ kodlama (PLNC) tekniği sayesinde röle iki kullanıcıdan gelen bilgi işaretlerini aynı anda aldıktan sonra oluşturduğu kendi işaretini kullanıcılara yayınlayarak iki kullanıcının iletişimini sağlar. Rölenin enerji kaynağından bağımsız çalışabilir olması durumunda bilgi aktarımı ve enerji hasatlama işlemi temelde iki farklı protokol ile uygulanmaktadır. Bunlardan biri Zaman Anahtarlamalı Röle protokolü (TSR) diğeri ise Güç Bölmeli Röle protokolüdür (PSR). Aynı zamanda bu iki protokolün birlikte kullanıldığı Uyarlamalı Röle protokolü (AR) de tanımlanmaktadır. Bu tez kapsamında iki kaynak düğümünün aralarındaki bir röle yardımıyla iletişim kurduğu fiziksel katman ağ kodlama tekniğine dayanan iletişim ağı Rayleigh kanallarda enerji hasatlamanın başarıma etkileri bakımında incelenmiştir. Tek yönlü röleli ağlar ve iki yönlü röleli ağlar ele alınmıştır. Rölenin dış bir enerji kaynağına bağlı olmadan enerji hasatlayarak çalıştığı kabul edilmiştir. Buna bağlı olarak sırasıyla tek yönlü röleli ağlar için rölenin çöz-ve-aktar protokolü kullanması durumu ele alınmıştır. Daha sonra sistemde Alamouti uzay-zaman blok kodu kullanılması durumu ile kıyaslamalar yapılmıştır. İki yönlü röleli ağlarda rölenin hem çöz-ve-aktar hem de kuvvetlendir-ve-aktar protokolü ile çalışması durumları incelenmiştir. Daha sonra çöz-ve-aktar protokolü için sistemin Alamouti uzay-zaman blok kodu kullanması durumu incelenmiştir. Tüm durumlarda uyarlamalı aktarım (AR) protokolü için rölede ve her iki kullanıcıda gönderilen ve alınan işaretlerin enerji hasatlama durumundaki tanımları ifade edilmiştir. Elde edilen ifadeler TSR ve PSR protokollerinin kullanılması durumları ile de kıyaslanmıştır. Sistemin servis dışı kalma olasılıklarının kuramsal analizleri yapılmış elde edilen sonuçlar bilgisayar benzetim sonuçlarıyla desteklenmiştir. Değişen işaret-gürültü oranı ve hedeflenen iletim hızına göre sistem başarımları kıyaslanmıştır. AR protokolünün belirli sistem parametreleri doğrultusunda TSR ve PSR protokollerine göre üstün olduğu sonucuna varılmıştır.