Çevresel geri saçılım haberleşme tabanlı bilişsel radyo ağlarının performans analizi
Performance analysis of ambient backscatter communication based cognitive radio networks
Yazar: MUHAMMED YUSUF ONAY
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜR ERTUĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz haberleşme sistemlerinin hızla gelişim göstermesiyle birlikte günlük hayattaki uygulamaların sayısında artış yaşanmıştır. Bu durum, sistem modelinde yer alan cihazlara enerji temin etme konusunda problem oluşturmaktadır. Problemin üstesinden gelebilmenin yanı sıra özellikle yeni nesil haberleşme modellerinde ağ yapısında bulunan kullanıcıların, sistemdeki kısıtlara göre düşük enerji ile mümkün olan en yüksek bit hızında bilgiyi aktarması hedeflenmektedir. Düşük güçle haberleşmenin gerçekleştirilmesi için son zamanlarda akademik camianın ve endüstrinin ilgisini çeken çevresel geri saçılım haberleşme tekniği önerilmiştir. Pasif bir haberleşme türü olan bu teknikte kullanıcılar çevredeki sinyalleri geri saçarak alıcıya bilgi aktarımı yapmaktadır. Haberleşme ağında sadece bu tekniğin kullanılması bit iletim hızı bakımından yeni nesil iletişim sistemlerinin gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Bu noktada çevredeki mevcut haberleşme sisteminin iletişim altyapısını kullanan bilişsel radyo ağları, çevresel geri saçılım haberleşme tekniğine entegre edilmiştir. Yukarıda zikredilen amaçlara ulaşmak adına bu tez kapsamında, hem kullanıcıların ihtiyacı olan enerji problemini çözmek için, hem de çıkılabilecek en yüksek bit hızında bilgi alışverişinin gerçekleştirildiği haberleşme protokollerini tasarlamak için enerji hasadı tekniği, çevresel geri saçılım haberleşme ve bilişsel radyo ağlarının birlikte düşünüldüğü çevresel geri saçılım haberleşme tabanlı bilişsel radyo ağları modellenmiştir. Ek olarak, bit iletim hızı açısından performansa katkı sağlayan röle kullanıcıları, ele alınan sistemlere dahil edilmiştir. Çevresel geri saçılım haberleşme sistemlerinin pasif yolla gerçekleştirilmesi, mevcut sistemi dışardan gelebilecek herhangi bir müdaheleye karşı savunmasız bıraktığından bu durumun sistem performansına etkisi de ayrıca değerlendirilmiştir. Sistem modellerinde ele alınan dışbükey problem, alıcıya ulaşan bit sayısı bakımından maksimize edilmeye çalışılmıştır. Bu noktada ortaya konulan dışbükey optimizasyon problemi bilgisayar ortamında çözülmüş, simülasyon sonuçları grafiksel olarak gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlarda literatürdeki benzer yaklaşımlara kıyasla daha yüksek bit iletim hızlarına ulaşıldığı görülmüştür.

Abstract:
With the rapid development of wireless communication systems, the number of applications in daily life has increased. This situation creates a problem in supplying energy to the devices in the system model. In addition to overcoming this problem, especially in new generation communication models, it is aimed for users in the network structure to transfer information at the highest possible bit rate and with low energy according to the constraints in the system. To achieve low-power communication, ambient backscatter communication technique has recently been proposed, which has attracted the attention of the academic community and industry. In this technique, which is a passive type of communication, users transfer information to the receiver by scattering the surrounding signals back. Using only this technique in the communication network cannot meet the requirements of new generation communication systems in terms of bit transmission rate. At this point, cognitive radio networks that use the communication infrastructure of the existing communication system in the environment have been integrated into the ambient backscatter communication technique. Within the scope of this thesis, ambient backscatter communication based cognitive radio networks, where energy harvesting technique, ambient backscatter communication and cognitive radio networks are considered together, have been modeled in order to both solve the energy problem required by the users and to design communication protocols that enable information exchange at the highest possible bit rate. In addition, relay users that contribute to performance in terms of bit transmission rate are included in the systems considered. Since the passive implementation of ambient backscatter communication systems leaves the existing system vulnerable to any external interference, the effect of this situation on the system performance was also evaluated. The convex problem in system models is maximized in terms of the number of bits transmitted to the receiver. At this point, the convex optimization problem is solved in the computer environment and the simulation results are shown graphically. The results showed that higher bit transmission rates were achieved compared to similar approaches in the literature.