Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylerin pratik uygulaması ve gerçek dünya doğrulaması

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.