Yeni nesil mmwave haberleşme ağları için yeni sistem tasarımları

Yeni nesil iletişim sistemlerinin ortaya çıkışı, geleneksel kablosuz teknolojilerin sınırlamalarının üstesinden gelmek için yenilikçi yaklaşımlara olan talebi artırmıştır. Bu tez, bit hata oranını (BER), ulaşılabilir hızı, enerji verimliliğini ve iletişim kapsamını iyileştirmeye odaklanarak gelecekteki milimetre dalga (mmWave) iletişim ağları için yeni sistem tasarımlarını araştırmaktadır. Gelişmiş bant genişliği ve veri çıkışı vaat eden mmWave teknolojisiyle birlikte, bu yüksek frekanslı bantlarda ciddi yol kaybı ve sinyal zayıflamasının yarattığı zorluklar, büyük anten dizileri, indeks modülasyonu (IM) ve yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeyler (RIS'ler) gibi gelişmiş tekniklerin kullanılmasını gerektirmektedir. Bu tezin ilk bölümünde, mevcut IM şemalarına kıyasla daha gerçekçi mmWave ortamları için uyarlanmış yeni bir IM şeması olan küme indeks modülasyonu (CIM) tanıtılmaktadır. CIM, kümelerin uzamsal ayrımından yararlanır ve BER performansını iyileştirmek için farklı yayılma yollarını indeksler. Bu konsept, hibrit bir hüzmeleme mimarisi ile genişletilmiş ve RIS destekli bir çerçevede daha fazla araştırılmış ve CIM'in karmaşık mmWave ortamlarında spektral ve enerji verimliliğini artırma potansiyelini göstermiştir. Büyük anten dizileriyle ilişkili yüksek maliyet ve güç taleplerini karşılamak için bu tez, mmWave ağlarında blokaj azaltma için özel olarak tasarlanmış tamamen pasif ve düşük karmaşıklıkta bir çözüm olan Plug-In RIS'i önermektedir. Bu bağımsız RIS, uçtan uca kanal ayrıştırmaya ihtiyaç duymadan çalışmakta ve ölü bölgelerde kapsama alanının iyileştirilmesi için uygun maliyetli bir alternatif sunmaktadır. Ek olarak, hem BS tarafı hem de UE tarafı RIS dağıtımları için kapsamlı bir tasarım çerçevesi sunulmakta, farklı uygulama senaryoları için en uygun yerleştirme stratejilerine ilişkin içgörüler sunulmakta ve RIS kontrolü ve yapılandırmasında pratik tasarım hususları vurgulanmaktadır. Tezin ikinci bölümü, verimli pasif hüzmeleme sağlamak için baz istasyonu ile entegre edilmiş gelişmiş bir RIS yapısı olan diyagonal ötesi RIS'lere (BD-RIS'ler) odaklanmaktadır. Bir BD-RIS, aktif anten dizileriyle karşılaştırılabilir yüksek hüzmeleme kazançları sağlar, ancak önemli ölçüde daha düşük enerji tüketimi ile, gelişmiş kapsama alanı ve enerji verimliliği gerektiren 6G uygulamaları için değerli bir çözüm haline getirir. Öncelikli olarak iletişim performansına odaklanmış olsa da, BD-RIS'in yüksek hüzmeleme kazancının doğru konumlandırma için çok önemli olduğu tek çıpalı yerelleştirme uygulamalarını da desteklediği gösterilmiştir. Özet olarak, bu tez yenilikçi modülasyon şemaları, enerji tasarruflu RIS tasarımları ve gelişmiş hüzmeleme teknikleri sunarak mmWave ağları için yeni sistem tasarımlarının geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır. Bulgular, yeni nesil kablosuz ağların katı gereksinimlerini karşılayan ölçeklenebilir, uygun maliyetli çözümler konusunda gelecekteki araştırmalar için bir temel oluşturmaktadır.