İnsansız Hava Araçlarına Monteli Akıllı Yüzey Kullanan Milimetrik Dalga Bandı Haberleşmesinde Çizelgeleme Yöntemlerinin Geliştirilmesi

Abstract

Son yıllarda, veri hızı taleplerinin ve kullanıcı sayısının artmasıyla birlikte haberleşme alanındaki çalışmalar, beşinci nesil (5G) teknolojiler ve ötesine odaklanmıştır. Milimetrik dalga frekanslarında iletişim kurma, 5G ve daha gelişmiş teknolojiler için hedeflenen veri hızı ve kapasite sorunlarına çözümler sunabilecek tekniklerden biridir. Ayrıca, insansız hava araçlarının (İHA), doğal afetler ve kamu güvenliği gibi durumlarda iletişim amaçlı kullanımı yaygınlaşmaktadır. İHA'ların yüksek irtifalara çıkabilme ve kolayca konuşlandırılabilme yetenekleri sayesinde İHA'lar acil durumlarda kullanılabilmeleriyle öne çıkmaktadırlar. Bunun yanı sıra, beşinci nesil ve daha gelişmiş teknolojiler için yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylerin (RIS) kullanılması da önerilmektedir. RIS, sinyalin fazını ayarlayarak sinyali belirli bir noktaya yönlendirebilen pasif elemanlardan oluşur. İHA üzerine yerleştirilen bir RIS sayesinde, baz istasyonundan alınan sinyallerin gönderileceği yönler ayarlanabilir. İHA-RIS kombinasyonunun kullanılmasıyla, milimetrik dalga iletişimindeki çeşitli zorlukların üstesinden gelinebilir. Baz istasyonu için hibrit hüzme şekillendirme tekniği kullanılacaktır. Hibrit hüzme şekillendirme, analog hüzme şekillendirme için Ayrık Fourier Dönüşümü (Discrete Fourier Transform - DFT) kod çizelgesi tabanlı iletim hüzme şekillendirme yöntemi ve dijital hüzme şekillendirme için sıfır zorlamalı (Zero-Forcing - ZF) iletim hüzme oluşturma tekniğinin birlikte kullanılmasını içerir. Ayrıca, RIS elemanlarının faz kaymaları, DFT tabanlı kod kitapçığı optimizasyonu ve alternatif optimizasyon teknikleriyle eniyilenmiştir. Kullanıcıların adil bir şekilde planlanabilmesi için girişim duyarlı adil orantılı çizelgeleme algoritması geliştirilmiştir. RIS kullanımının performansa etkisi, adil çizelgeleme ve hibrit hüzmeleme yöntemlerinin performansları çeşitli karşılaştırmalarla incelenmiştir.

In recent years, with the increasing demand for data speed and the number of users, research in the field of communication has focused on fifth-generation (5G) technologies and beyond. Communication using millimeter-wave frequencies is one of the techniques targeted for 5G and beyond to address the challenges of data speed and capacity. Additionally, the use of unmanned aerial vehicles (UAVs), also known as drones, for communication purposes has become more widespread, particularly in natural disasters and public safety situations. UAVs offer advantages in emergency situations due to their ability to operate at high altitudes and be easily deployed. Furthermore, the utilization of reconfigurable intelligent surfaces (RIS) is proposed for 5G and beyond. RIS consists of passive elements that can adjust the phase of incoming signals to direct them towards specific locations. By placing an RIS on a UAV, the directions in which signals received from the base station are transmitted can be adjusted. The combination of UAVs and RIS aims to overcome various challenges in millimeter-wave communication. A hybrid beamforming technique will be employed for the base station. Hybrid beamforming combines discrete Fourier transform (DFT) codebook-based transmission beamforming for analog beamforming and zero-forcing (ZF) beamforming for digital beamforming. Additionally, the phase shifts of RIS elements have been optimized using DFT-based codebook optimization and alternative optimization techniques. To ensure fair scheduling of users, an interference-aware fair proportional scheduling algorithm has been developed. The performance impact of RIS deployment has been examined through various comparisons with proportional fair scheduling and hybrid beamforming.