Heterojen ağlarda spektral verimliliği arttırmak için akıllı yansıtıcı yüzeylerin optimum faz açılarının belirlenmesi
Determining the optimum phase shifts of reconfigurable intelligent surfaces to increase spectral efficiency in heterogeneous networks
Yazar: MERVE EMIN KECHAGIA
Danışman: DOÇ. DR. SULTAN ALDIRMAZ ÇOLAK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology
Dizin: Sabit noktalar = Fixed points ; Yansıtıcı yüzey = Reflector surface ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle ; İterasyon = Iteration

Özet:
Akıllı Yansıtıcı Yüzeyler (AYY), son yıllarda, telsiz haberleşmede enerji ve spektral verimlilik için umut verici sistemlerden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada AYY yapıları tanıtılarak, literatürdeki çalışma alanlarından bahsedilmektedir. Daha sonra, AYY yapılarının toplam iletim hızına etkisinin gözlenmesi için sistem modeli oluşturularak, farklı senaryolar için sistem performansı benzetimleri elde edilmiştir. 
Bu çalışmada, AYY destekli M antene sahip İnsansız Hava Aracı (İHA) ile aşağı yönlü bir iletim senaryosu ele alınmaktadır. Kullanıcılar ve İHA arasında doğrudan bağlantının olduğu ve olmadığı durumlar göz önünde bulundurularak, doğrudan bağlantının sistem kapasitesi üzerine olan etkisi incelenmektedir. Buna ek olarak, AYY'nin optimum faz kayma matrisi Sabit Noktalı İterasyon (Fixed Point Iteration, FPI) yöntemi ile elde edilmektedir. Faz kayma matrisi, manifold optimizasyonu ve türev tabanlı optimizasyon yöntemleri ile de elde edilerek FPI yöntemi ile kıyaslanmaktadır. Ayrıca her kullanıcı için ortak ve bağımsız faz kayma matrisleri hesaplamanın sistem performansına etkisi incelenmektedir. İHA'nın takip edebileceği farklı yörüngeler için de benzetimler yapılarak, sonuçlar yorumlanmaktadır. Bunlara ek olarak farklı AYY konumları için de benzetimler oluşturularak, AYY'nin optimal konumu hakkında fikir verilmektedir. Benzetim sonuçları AYY olmayan durumla da kıyaslanarak, AYY'nin sağladığı avantaj gözlemlenmektedir. 
Benzetim sonuçları, AYY'de optimum faz kaydırma matrisinin kullanılması ile, İHA-kullanıcı arasındaki doğrudan bağlantının sistem performansını olumlu yönde etkilediğini göstermektedir. Bununla beraber, doğrudan bağlantının olmadığı durumda AYY'ye en yakın kullanıcının en yüksek kapasiteye sahip olduğu sonucu da çıkarılmıştır. İHA'nın kullanıcı veya AYY'ye daha yakın olduğu durumlarda yüksek veri hızı sağladığı görülmektedir.

Abstract:
Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) have emerged as one of the promising systems for energy efficiency in wireless communications in recent years. In this study, the AYY structures are introduced and the study areas in the literature are mentioned. The system performance simulations were made for different scenarios by creating a system model to observe the sum rate of the RIS structures.
In this study, the downlink scenario with an RIS-assisted Unmanned Aerial Vehicle (UAV) networks is discussed. The effect of direct link on the capacity of RIS-assisted systems is examined, taking into account the situations whether there exists link between the users and the UAV. In addition, the optimum phase shift matrix of RIS is obtained by Fixed Point Iteration (FPI) method. Phase shift matrix is also obtained with manifold optimization and gradient based optimization in order to compare the results. Also, the effect of calculating common and independent phase shift matrices for each user on system performance is examined. Simulations are made for different trajectories that the UAV can follow and the results are explained. In addition to these, simulations are created for different RIS positions, giving an idea about the optimal position of RIS. The effect of RIS is observed by comparing the simulation results with the non-RIS situation. 
In the simulation results, it has been observed that the direct link between the UAV and the user positively affects the achievable sum-rate when the optimum phase shift matrix is used. In addition, in the absence of a direct link, it is concluded that the user closest to RIS has the highest sum-rate. It is seen that the UAV provides high data rate in cases where it is closer to the user or RIS.