Hybrid Beamforming Techniques for Millimeter-Wave MIMO Systems
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: LIZA AFEEF OMAR SHEHAB EL DIN
Danışman: Hüseyin Arslan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Araştırmamız, gelecekteki kablosuz ağlarda iyileştirilmiş enerji verimliliği, spektral verimlilik ve güvenlik ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Mevcut hibrit çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) sistemleri, yüksek maliyet ve karmaşıklık, mekansal geniş bant etkisi (ışın şaşılığı olarak bilinir), ışınlar arası girişim, ilk erişim gecikmeleri ve sahtecilik saldırılarına karşı savunmasızlık gibi önemli zorluklarla karşı karşıyadır. Bu tez, yeni nesil iletişim sistemleri için özel olarak tasarlanmış yenilikçi çözümlerle bu sorunları ele almaktadır. İlk olarak, büyük anten dizilerini ve birden fazla kullanıcıyı verimli bir şekilde yönetmek için hibrit ön kodlama algoritmasıyla birleştirilmiş alt gruplu lens anten alt dizisi (LAS-MIMO) mimarisi öneriyoruz. Bu tasarım, donanım yükünü azaltır ve toplam oranı en üst düzeye çıkarırken kullanıcılar arası girişimi en aza indirir. Büyük MIMO uygulamasına sahip ultra geniş bant sinyalizasyonu (UWB) için, mekansal geniş bant etkisini azaltmak, ışın kazanımını ve sistem kapasitesini artırmak için LAS tasarımını ve analog alt bant filtrelerini entegre eden bir alıcı-verici tasarımı sunulmaktadır. Özellikle, önerilen tasarım faz kaydırıcılardan gelen geniş bant sinyalini dar bant sinyal gruplarına ayırır ve merceklerin altında kapsamlı bir arama tabanlı anahtarlama/ön kodlama mekanizması aracılığıyla şaşılıklarını kontrol eder. Ayrıca, karmaşıklığı önemli ölçüde en aza indirirken iyi performans gösteren basitleştirilmiş, eşikli arama tabanlı ön kodlama algoritması önerilir. Daha sonra, hem uzak alan hem de yakın alan yayılımında ışın şaşılığından etkilenen UWB masif MIMO sistemlerinde ışınlar arası girişimi (IBI) ele alınmaktadır ve burada IBI modelinin sistem kapasitesi üzerindeki etkisi değerlendirilmektedir. IBI etkisi, alt gruplandırılmış ışın tabanlı bir zamanlama şemasıyla hafifletilir ve sistem performansı önemli ölçüde iyileştirilir. Güvenlik için, hem dar bant hem de geniş bant iletimlerde ışın alanı MIMO kanalının özelliklerini kullanarak, ışın alanı MIMO kanal gösterimindeki ana bileşenlerin konumlarından benzersiz bir mesafe imza vektörünün çıkarıldığı yeni bir fiziksel katman kimlik doğrulama (PLA) şeması sunulmaktadır. Dinamik ortamlardaki hareketlilik endişelerini gidermek için bir izleme filtresi tanıtılmaktadır. Bu filtre, kimlik doğrulama sisteminin depolanan benzersiz imzayı sürekli olarak izlemesini ve güncellemesini sağlayarak genel kimlik doğrulama performansını artırmaktadır. Kapsamlı simülasyonlar ve analizlerle doğrulanan çözümlerimiz, enerji verimliliği, spektral verimlilik, sistem kapasitesi ve güvenlikte önemli iyileştirmeler göstermektedir. Bu ilerlemeler toplu olarak kritik zorlukları ele alarak, yeni nesil kablosuz iletişim sistemleri için sağlam, verimli ve güvenli çerçeveler sunmaktadır. Önerilen yöntemler potansiyel olarak genelleştirilebilir olup, alanda daha fazla araştırma ve geliştirme için sağlam bir temel sağlamaktadır.