Page 4 - SSTEK BULTEN SAYI 14
P. 4
Gündem’e Dair Ocak 2024 Sayı 14
Ağdan Bağımsız ve Kullanıcı
Kontrollü RIS: Deneysel Bir Perspektif
Yazarlar : Emre ARSLAN - Ertuğrul BAŞAR - Fatih KILINÇ - Hüseyin ARSLAN
1. Giriş 2. Sistem Modeli ve Algoritma Tasa- elemanları gruplayarak tüm sırayı aynı durumda konfi-
rımı güre eder ve güç artışını gözlemler. Bu şekilde tüm dikey
Gelecek 6G ve sonrası kablosuz iletişim sistemleri için grupları tamamladıktan sonra elemanları yatay sırada-
sıkı gereksinimler ve çeşitli uygulamalar göz önüne RIS destekli iletişim sistemlerinde temel esas RIS’ın kiler aynı grupta olacak şekilde ayarlayarak, bir yatay
alındığında hem akademi hem de endüstri alanındaki belirli bir hedef noktayı veya alanı destekleyecek şe- eksende tarama yapar. Bu sistem ilk sisteme göre çok
araştırmacılar, oldukça yeni, gelişmekte olan fakat ge- kilde faz yanıtlarını ayarlayamak ve hedef noktadaki/ daha hızlı çalışsa da performansı ilk sisteme göre çok
lecek vadeden yeniden yapılandırılabilir zeki yüzey (RIS) alandaki kullanıcının gücünü artırmaktır. Şekil 1’de düşüktür.
teknolojisine önemli bir ilgi göstermişlerdir. RIS tek- görüldüğü üzere alıcılar farklı konumlarda yer alabi-
nolojisini 6G standartlarına taşımak için Avrupa Tele- lir. Bu sistem, örneğin evin içerisinde farklı konumla- Bu makalede önerilen algoritmada ise önce ikinci sis-
komünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından rı simgeleyebilir. Evin içerisinde RIS’ın hangi bölgeye temdeki gibi dikey ve yatay tarama yapılmaktadır. Hem
şu anda devam eden ön standardizasyon çalışmaları da gelen sinyali güçlendirmesini istersek, RIS’ı bir cep dikey hem de yatay taramada ortak olarak aktif olan ele-
sürdürülmektedir. RIS’ler, çok sayıda küçük, düşük mali- telefonu uygulaması vasıtası ile o bölgeye göre ayar- manlar belirlenmektedir. Bu elemanlar en etkili eleman-
yetli, pasif metamateryal elemanlardan oluşur ve bunlar layabiliriz ve o şekilde kaydedebiliriz. Bu şekilde RIS’ı lar olarak kaydedilmektedirler. Daha sonra geriye kalan
gelen sinyalleri yansıtarak, emerek ya da kırarak kablo- istediğimiz zaman kontrol edebildiğimiz ve çoğunluk- elemanlar ilk algoritmadaki gibi teker teker taranmak-
suz kanal üzerinde bir tür kontrol sağlar. RIS teknolojisi, la ağdan bağımsız pratik bir kullanım senaryosu oluş- tadırlar. Burada ortak ve etkili eleman sayısı düşüldüğü
sinyalleri yönlendirmek için çok sayıda anten gerektiren turulmaktadır. Her bir alıcı konumu için RIS’ın farklı için taranması gereken eleman sayısı ilk sistemdekine
ışın şekillendirme tekniklerine bir alternatif olarak gö- hüzmeler oluşturması gerekmektedir. Bu hüzmeler göre çok daha düşük olmaktadır. Ayrıyeten önerilen bu
rülür ve ekstra ara-bellekleme ya da sinyal işleme ge- kod adı verilen RIS’ın uyguladığı faz kaymalarını içeren sistem ilk sisteme göre daha az karmaşıkken hem birin-
rektirmez. RIS’ler, yazılım aracılığıyla kontrol edilen faz bir kod kitapçığında saklanır. Kod kitapçığındaki her ci hem de ikinci sistemden daha üstün bir performans
sergilemektedir. Şekil 3’te görüldüğü gibi mavi ile gös-
kaymalarını akıllı bir şekilde gelen sinyallere uygulayabi- bir kod belirli bir alanda hüzme oluşturulmasını sağlar. terilen önerilen sistem, turuncu ile gösterilen ilk sistem-
lir, böylece kapsama alanını genişletebilir, sinyal kalite- Bu kodları oluştururken de tabi ki kullanıcı deneyimine den daha kısa sürede çalışmasına rağmen daha iyi per-
sini iyileştirebilir, kapasiteyi artırabilir ve daha fazlasını göre oluşturmamız gerekmektedir. Kod oluşturma sıra- formans gösterirken, yeşil ile gösterilen ikinci sistemden
yapabilir. Genel olarak RIS’ler doğrudan görüş hattının sında RIS ve kullanıcı ağa bağlı durumda olduğu için, daha uzun sürede çalışmasına rağmen bunu göze alma-
olmadığı veya zayıf olduğu durumlarda en ideal şekilde kullanıcı RIS kod taraması yaparken eş zamanlı olarak mızı sağlayacak çok üstün bir performans artışı sağla-
çalışırlar. RIS sistemleri için dikkate alınması gereken alınan gücü ağ üzerinde bir bulut sistemine raporlar. maktadır.
bir diğer konu da verici-RIS-alıcı bağlantısının çarpımsal Bulutta çalışan algoritma RIS’e kullanıcıdan gelen geri
yol kaybıdır, dolayısıyla özellikle dış mekân senaryoların- dönüşe göre yeni bir kod dizini gönderir ve taramaya
da önemli kazanımları zorlaştırmaktadır. bu şekilde devam edilir. Burada RIS sadece kod kitapçı-
ğı oluşturulması gereken durumlarda ağa bağlı kalmak
zorundadır. Yukarıda önerilen sistemi pratik olarak
test etmek için Şekil 2’de gösterilen deney düzeneği
kurulmuştur.
Şekil 3 : Performans karşılaştırması Şekil 4: Konumlara göre alınan sinyal
gücü
Yukarıdaki sistem modelinde olduğu gibi, alıcı anten
odadaki 3 farklı konuma yerleştirilmiştir. Bu konumlar
A, B ve C konumları olarak işaretlenmiştir. Önerilen al-
goritma kullanılarak alıcı anten A konumundayken en
uygun kod kitapçığı CB-A olarak kaydedilmiştir. Daha
sonrasında alıcı anten B konumunda ve C konumun-
dayken sırasıyla CB-B ve CB-C kod kitapçıkları oluştu-
rulmuştur. Şekil 4’te görüldüğü gibi RIS A konumuna
Şekil 2: Deney düzeneği hizmet verecek şekilde ayarlandığında A konumundaki
Deney düzeneğinde verici olarak yönlü bir anten kul- sinyalin gücü yükselmiş, B konumuna göre kaydedilen
lanılsa da alıcıda pratik senaryoları test edebilmek için kod seçildiğinde B konumundaki alıcının sinyal gücü
çok yönlü bir anten kullanılmıştır. Verici ve alıcı ara- yükselmiştir. Aynı durum C konumunda da gözlemlen-
sında direk görüş yoktur ve RIS vericiden çıkan sinyali miştir. Bu sonuçlarda kullanıcı kontrollü RIS sistemini
yansıtarak alıcıya doğru yönlendirmektedir. Bu aşama- doğrular niteliktedir.
Şekil 1 : Önerilen Sistem da hızlı ve pratik bir hüzme oluşturabilmek için, yeni
Yukarıda bahsedilen hususlar uygulamalı ve deneysel bir kod kitapçığı oluşturma algoritması önerilmiştir.
çalışmalarda daha çok karşımıza çıkmaktadır. RIS lite- Bu senaryoda kullanılan RIS’te toplam 76 adet kontrol
ratürü teorik ve simülatif açıdan doymuş hale gelmek- edilebilen RIS elemanı yer almaktadır. Her RIS elemanı
le birlikte, özellikle gelecekteki iletişim sistemlerinde açık ve kapalı olmak üzere 2 konfigürasyona sahiptir.
ticari olarak kullanılması öngörülen bir çalışma konusu Ayrıyeten her elemanda dikey ve yatay olmak üzere
olması nedeniyle pratik ve deneysel çalışmalara ihtiyaç açılıp kapatabilen 2 polarizasyon bulunmaktadır. Bu Şekil 5: Önerilen algoritmalara ait bazı RIS kod kitapçıkları
duymaktadır. Literatürde daha önceden yapılan çalış- durumda her bir eleman 4 farklı durumda konfigüre
malara dayanarak, RIS sistemleri genellikle pratik ol- edilebilmektedir. Son olarak, ilk, ikinci ve önerilen algoritmalara göre üre-
tilen bazı kod kitapçıkları da Şekil 5’ te gösterilmektedir.
mayan yöntemlerle, önemli kazanımlar elde edecek ve Bu sistemi optimize etmek için kullanılan en basit al- Gösterilen dört renkten her bir renk farklı bir durumu
iletişimde gelişme gösterecek şekilde tasarlanmaktadır. goritmalardan birisi, bir elemandan başlayarak elema- simgelemektedir. Lacivert renk, o elemanın kapalı oldu-
Her iki uçta da yönlü antenlerin kullanılması, RIS’ın kul- nın her durumunda kullanıcıdaki gücün artıp artmadı- ğunu gösterirken, kırmızı renk her iki polarizasyonunda
lanımından önce kapsamlı çevrimdışı eğitim, RIS’ı alıcı ğı kontrol edilir. Bahsi geçen elemandaki 4 durumdan açık olduğunu gösterir. Sarı renkte dikey polarizasyon
veya vericiye bağlayan fiziksel ana taşıyıcı bağlantılar, kullanıcıdaki gücü en çok artıran durum kaydedilir ve açık, yatay polarizasyon kapalıyken; turkuaz renk dikey
gerçekçi olmayan kanal durumu bilgisi gereksinimleri, o eleman o şekilde açık bırakılır. Daha sonra sırasıyla polarizasyon kapalı, yatay polarizasyon açıktır.
karmaşık kod kitapçığı algoritmaları ve RIS’ın bağımlı diğer elemanlar kontrol edilir. Eğer belirli bir eleman
olması ve çevrimiçi ve çevrimdışı kullanım sırasında ağa güç artışına katkı sağlamıyorsa o eleman kapalı olarak Özetle, bu makalede kullanıcı tarafından kontrol edilebi-
bağlı olunması, bir RIS sisteminin kullanışlılığını azaltan bırakılır. Bu yaklaşım her bir elemanın 4 durumunu da len, konuma bağlı olarak kod kitapçıkları üretip kaydet-
önemli faktörlerden yalnızca birkaçıdır. tarayarak gittiği için eleman sayısının 4 katıyla orantılı meye dayalı, çoğunlukla ağdan bağımsız bir RIS sistem
Bu yazıda, iletişim performansını artırmak ve kullanıcıya bir karmaşıklığa sahiptir. modeli önerilmiştir. Buna ek olarak RIS’ın hızlı ve efektif
bir şekilde kod kitapçığı üretmesini sağlayan bir algorit-
konumu ve tercihine göre kapsama alanı sağlamak için Diğer bir şema ise RIS yüzeyindeki aynı dikey sıradaki ma önerilmiştir.
ağdan izole edilmiş, kullanıcı tarafından kontrol edilen
pratik bir RIS sistemi önerilmektedir. Ayrıca, pasif ve
enerji açısından verimli bir RIS sağlamak için kablosuz Ekim 2023
Ocak 2024
bulut aracılığıyla gerçekleştirilen, kullanıcı için CB seçi-
mine yardımcı olmak üzere düşük karmaşıklığa sahip bir
algoritma önerilmektedir. SSTEK
Bülten Sayı 14
4 www.sstek.com.tr
