LEE- Telekomünikasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 45
-
ÖgeRIS-röle donanımlı İHA ağları: Yeni tasarımlar ve performans analizleri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-12-27)Gelecek nesil haberleşme sistemleri için artan veri ve kapasite ihtiyacını karşılamak açısından yüksek veri hızı ve enerji verimliliği sağlayan teknolojilerin kullanılması önemlidir. Sistemin uçtan uca işaret gürültü oranı (SNR) değerine göre daha yüksek performans elde edebilmek için bu teknolojiler birbiriyle entegre biçimde çalışmalıdır. Karasal olmayan haberleşme ağları (non-terrestrial networks, NTN) gelecek nesil haberleşme sistemlerinde küresel boyutlara ulaşabilen kapsama alanı ve hareket kabiliyeti sunarak, acil durum senaryoları vb. kritik durumlarda haberleşme altyapısını tekrar ayağa kaldıracak potansiyele sahiptir. Yeni nesil haberleşme sistemlerinde karasal baz istasyonları, yüksek frekanslarda öngörülen veri ihtiyacını karşılamak için destekleyici sistemlere ihtiyaç duymaktadır. Karada bulunan engeller ve bozucu etkenler, performansı azaltmaktadır. Ayrıca haberleşme kapsama alanının artırılması karasal baz istasyonları ile daha maliyetlidir. Özellikle haberleşme verisini ulaştırmanın daha zor olduğu uzak kırsal bölgelerde ve yoğun, yüksek katlı şehir ortamlarında karasal olmayan ağlar ile birlikte kullanım düşünülebilir. Günümüzde Starlink gibi alçak dünya yörüngesi (low earth orbit, LEO) üzerindeki haberleşme uyduları küresel çapta haberleşme hizmeti sunmaktadır. Ancak LEO uydu sistemlerinin, fırlatma ve yörüngeye yerleştirilmesi açısından yüksek maliyetli olması ve sabit hedeflere uzun süreli hizmet verememesi gibi dezavantajlı yanları bulunmaktadır. Karasal olmayan ağlarda bir diğer katmanı oluşturan HAPS (yüksek irtifa platform sistemleri, high-altitude platform systems) kullanılarak stratosfer tabakasından kullanıcılara kesintisiz haberleşme hizmeti sağlanabilir. Günümüzde daha alçak yörüngede, maliyet açısından çok daha uygun insansız hava aracı (İHA) sistemleri öne çıkmaktadır. İHA'lar havasal baz istasyonu, röle gibi teknolojilerle bütünleşik kullanılabilmektedir. Ayrıca sabit karasal sistemlere hareket kabiliyeti ekleyebilmektedir. Gerek yüksek katlı ve yoğun şehir ortamlarındaki binalar arasında, gerekse kırsal alanlarda uzun mesafelerde kapsama alanının artırılabilmesi için İHA'lar, karasal ağlara nazaran kuvvetli bir alternatiftir. Diğer yandan, malesef ülkemizde çok sık meydana gelen deprem gibi büyük felaketler ve acil durumlarda haberleşme altyapısının çökmesi halinde, karasal olmayan ağlar, bu felaketler esnasında tahrip olan haberleşme sistemlerine alternatif olabilmektedir. Yeniden ayarlanabilir akıllı yüzeyler (reconfigurable intelligent surfaces, RIS) yeni nesil haberleşme sistemlerinde veri iletimi, kapasite artışı gibi ihtiyaçların karşılanması için bir diğer destekleyici çözüm olarak önerilmektedir. RIS'ler verici ve alıcı arasındaki haberleşme performansını iyileştirmek için vericiden gelen elektromanyetik dalganın çoklu anten yapısı ile fazını değiştirerek yönlendirilmesiyle sistem performansına hüzme biçimlendirme kazancı sağlamaktadır. Ayrıca aktif kuvvetlendirici devrelerin kullanıldığı aktif RIS yapısında gelen işaretin hem fazını hem de genliğini değiştirerek çok daha yüksek performans artışı sağlayabilir. Kapsama alanının ve hata performansının artırılması adına bu tez kapsamında kaskat ve çok hatlı kaskat RIS sistemleri önerilmektedir. Kaskat yapıda, birden fazla İHA-RIS düğümü üzerinden mesaj işareti alıcıya ulaştırılır. Her bir İHA-RIS düğümünün arasındaki yol kayıpları çarpımsal yol kaybı etkisini ortaya çıkarmaktadır. Kaskat sistemlerde çarpımsal yol kaybı etkisini azaltmak için aktif RIS'ler kullanılarak hem hüzme biçimlendirme hem de kuvvetlendirici devre eleman kazançlarından yararlanılarak sistem performansı artırılabilir. Yüksek katlı yoğun şehir ortamlarında, engeller nedeniyle haberleşme kalitesi düşebilmektedir. Bu ortamlarda LOS (Açık Görüş Hattı, Line of Sight) alanını artırmak ve bütün noktalara veri transferi sağlayabilmek için kaskat İHA'larla birlikte bu İHA'lara monte edilmiş RIS yapıları bahsettiğimiz problemlere çözüm sunabilir. Bu bağlamda, öncelikle senaryoya uygun büyük ölçekli ve küçük ölçekli kanal modelleri araştırılmıştır. Büyük ölçekli kanal modeli için, İHA teknolojileri içeren sistemlerin maruz kalabileceği çevresel faktörlere uygun bir benzetim ortamı oluşturulmuştur. Böylece İHA'nın üç boyutlu ortam üzerinde büyük ölçekli yol kaybı parametreleri incelenmiştir. İşaret gürültü oranı (signal to noise ratio, SNR) değeri üzerinden sistem performansı analiz edilmiştir. Bilinen boş uzay yol kaybı parametrelerinin yanı sıra havasal yol kaybı değeri hesaplanmıştır. İHA veya İHA'ya monte edilmiş RIS sistemlerinin boş uzay yol kaybı etkisi ve havasal yol kaybı etkisine maruz kaldığı durumlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Oluşturulan büyük ölçekli yol kaybı benzetim ortamında, görünür olma olasılığı esas alınmaktadır. Görünür olma olasılığı değerine bağlı olarak farklı katsayı değerleri büyük ölçekli yol kaybı için uygulanmış ve gerçek bir üç boyutlu İHA sistem modeli oluşturulmuştur. Büyük ölçekli yol kaybı parametrelerinin elde edilmesinin ardından küçük ölçekli yol kaybı parametreleri belirlenmiştir. Sistem modeli oluşturulurken her bir RIS elemanına gelen ve yansıyan kanalın genlik katsayısı Nakagami-$m$ dağılımlı rastgele değişkenler ile modellenmiştir. Kanalların fazları ele alındığında, literatürde tek bir RIS ile oluşturulan sistem modellerinde verici ile RIS ve RIS ile alıcı arasındaki kanallarda ortaya çıkan faz değerleri RIS elemanlarının faz konfigürasyonu ile kompanze edilmektedir. Ancak kaskat RIS yapısında ortaya çıkan kanalların faz değerleri, düzgün dağılımlı rastlantı değişkeni olarak modellenmiştir. Kaskat pasif RIS sistem modeli aktif RIS teknolojisi ile güçlendirilmiştir. Aktif RIS'te kullanılan kuvvetlendirici devre elemanları sayesinde her bir kanal için genlik katsayısı değeri artırılmıştır. Aktif kuvvetlendirici devre elemanından kaynaklı dinamik gürültü nedeniyle oluşan faz gürültüsü, pasif RIS durumunda ele alınan faz değerleri ile birlikte düzgün dağılımlı rastlantı değişkeni ile modellenir. Aktif RIS yapısında, kuvvetlendirici elemandan kaynaklı olarak harcanan güç miktarı artacaktır. Bu çalışma kapsamında sistem modeli oluşturulduktan sonra aktif RIS sisteminin enerji verimliliği hesabı yapılmaktadır. Kullanılan kuvvetlendirme katsayılarına rağmen aktif RIS yapısının enerji verimliliğinin pasif RIS sistemlerine göre daha yüksek olduğu analiz edilmiştir. Her iki durumda toplam harcanan gücün eşit dağıtıldığı farklı senaryolar ele alınmış, SNR performansı bakımından karşılaştırma yapıldığında aktif RIS durumunda çok daha avantajlı bir sistem modeli oluştuğu ortaya çıkmıştır. Küçük ölçekli kanal modellemesi için Nakagami-$m$ dağılımlı rastgele değişkenlerin toplamları gamma dağılımlı rastgele değişkenli bir kanal modeline yakınsatılmış ve bu yakınsama, teorik ve benzetim sonuçları ile doğrulanmıştır. Kaskat pasif ve aktif RIS kullanılması durumunda kesinti olasılığı ve bit hata olasılığı denklemleri kapalı formda gösterilmiş ve teorik performans eğrileri benzetim sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada kaskat aktif RIS yapısının yanı sıra RIS seçimi algoritması kullanılmıştır. İlk durumda kaskat RIS sisteminde tek hatlı yapı bulunmaktadır. Yeni sistem modelinde her bir atlamada birden fazla RIS donanımlı İHA birinci fazla kaynaktan gelen işareti almaktadır. Her bir RIS donanımlı İHA üzerine gelen işaretin SNR bilgisi vericiye geri bildirim olarak gönderilir. Birinci fazda elde edilen SNR'ler arasında karşılaştırma yapılarak en yüksek SNR değerine sahip kanal belirlenir. Sonraki fazda iletim, en güçlü anlık SNR'ye sahip olan kanal üzerinden devam etmiştir. Bu işlem birinci fazda seçilen RIS donanımlı kaskat İHA-RIS kanalı üzerinden devam ederek alıcıya ulaşır. Bu senaryoda elde edilen sistem performansı incelenmiş ve RIS seçimi algoritmasının sağladığı iyileştirme gözlemlenmiştir. Havasal haberleşme bakımından İHA'lara entegre RIS sistemlerinin yanında İHA'lara entegre röle sistemleri hakkında literatür incelenmiştir. Karasal haberleşme için kullanılan röle sistemlerine alternatif olarak, havasal haberleşmenin avantajlarından yararlanan sistemler geleneksel sistemlere nazaran daha üstün konumdadır. Tasarlanan kaskat çok hatlı İHA-RIS sistem modelinin ardından çok atlamalı çok hatlı hibrit İHA-RIS/röle sistem modeli önerilmiştir. Çalışma kapsamında İHA-RIS sistem modelinde çıkarımları yapılmış olan kanal modellemeleri, röle sistem modeliyle hibrit çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Çok atlamalı çok hatlı İHA-RIS/röle sisteminde ilk atlama sırasında İHA-RIS üzerinden geçirilen işaret alıcı röleye ulaşır. Bir sonraki atlamalarda işaret, İHA-RIS ve İHA-röle sistemi üzerinden iletilerek devam eder. Her bir atlama esnasında İHA-RIS'ler üzerinden geçirilen işaret İHA-röle alıcılara iletilen işaretin maksimum SNR değerlerine göre seçim algoritması uygulanır. İHA-RIS sistemleri üzerinden iletilen işaretler birden fazla İHA-RIS sistemi üzerinden de röle sisteminde alınabilmektedir. Yeni sistem modeli sayesinde hem RIS hem de röle sistemlerinin sağlayacağı avantajlardan faydalanmak amaçlanmıştır. Bahsi geçen sistem modellerinde yapılan benzetimler ve teorik analizler neticesinde önemli ölçüde performans artışı gözlemlenmiştir. Bu çalışma 6G ve ötesi gelecek nesil haberleşme ağlarında etkili bir çözüm sunmaktadır. Aynı zamanda sunulan çözümün etkisi teorik olarak ve benzetimler ile kanıtlanmıştır. İleride ihtiyaç duyulacak veri hızlarına ve kapasite değerlerine katkı sağlayacak bir çalışma olarak değerlendirilebilir.
-
ÖgeFinansal yatırım piyasalarında fiyat tahminleme: Kripto para piyasasında yapay sinir ağları uygulaması( 2024-12-26)Günümüzde bireylerin daha yüksek kazanç ve refah amacıyla finansal yatırım piyasalarına yöneldiği bilinmektedir. Bu piyasalar, sermaye sahibi kişi ve kuruluşların çeşitli ürünleri alıp sattığı yerler olarak tanımlanmaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, yatırımcılar için bilgiye erişim kolaylaşmış ve piyasalara olan ilgi artmıştır. Ancak yoğun veri akışı, özellikle yeni yatırımcılar için kafa karıştırıcı olabilmektedir. Bu karışıklığın önüne geçebilmek için yatırım karar sürecinin iyi anlaşılması gerekmektedir. Yatırım karar süreci, sermaye temini, veri toplama, değerlendirme ve karar uygulama aşamalarından oluşmaktadır. Bu doğrultuda, yatırımcıların doğru karar verebilmeleri için temel ve teknik analiz yöntemlerini kullanmaları önem taşımaktadır. Temel analiz, bir varlığın içsel değerini belirlemeye çalışırken, teknik analiz geçmiş fiyat hareketlerini inceleyerek birtakım teknik indikatörler yardımıyla geleceği tahmin etmek amacıyla kullanılmaktadır. Son yıllarda, bu analiz yöntemlerinin yetersiz kaldığı anlaşıldıkça yapay zekâ ve özellikle yapay sinir ağları piyasa analizlerinde ve kapanış fiyatlarının tahminlenmesinde kullanılmaya başlanmıştır. İnsan beyninin çalışma biçiminden esinlenerek oluşturulmuş, karmaşık ilişkileri tespit etme yeteneğine sahip olan bu teknolojiler, büyük veri setlerini işleyerek daha tutarlı ve gerçeğe yakın tahminler yapma imkânı sunmaktadır. Bu çalışmada da finansal yatırım araçlarının yapay sinir ağları ile tahminlenmesi amaçlanmış, yatırım aracı olarak ise son dönemde popülerliği daha da artan kripto para piyasaları tercih edilmiştir. Çalışmada kripto para piyasalarında işlem hacmi en yüksek olan para birimleri BitCoin, Ethereum ve LiteCoin kullanılmış, çalışmanın veri seti ise her bir kripto para birimi için 15'er, 30'ar ve 60'ar dakikalık periyotlardaki kapanış fiyatları ile SMA, EMA, RSI, MACD ve BBand indikatör değerleri kullanılarak hazırlanmıştır. Kurulan ağ modeli eğitilip test edildikten sonra, 01 Ocak – 31 Aralık 2022 yılı kapanış verileri girdi olarak modele eklenmiş ve modelin 2023 kapanış verilerini tahminlemesi beklenmiştir. Yapılan tahminleme sonucunda her bir veri setinin hata farkı ortalama yüzdesi (MAPE) değeri hesaplanmıştır. BTC15 için 0.0088, BTC30 için 0.0021, BTC60 için 0.0375, ETH15 için 0.000030205, ETH30 için 0.00022303, ETH60 için 0.00020702, LTC15 için 0.00070347, LTC30 için 0.0053 ve LTC60 için 0.00063393 şeklinde bulunan MAPE değerleri modelin ne kadar tutarlı tahminlemeler yaptığını ortaya koymuştur. Ayrıca tahminlenen ve gerçekleşen verilerin yer aldığı grafik de neredeyse birbiriyle tamamen örtüşmüştür. Bu sonuçlar yapay sinir ağı modellerinin kripto para piyasalarında tahminleme için kullanılabileceğini kanıtlamaktadır. Çalışmanın ayrıca; daha ileriki safhada, bu modellerin yardımıyla düzenli gelen veriyi işledikçe nihai kullanıcıya al-sat sinyali gönderebilecek bir robot uygulamanın geliştirilmesi için de bir kılavuz niteliği taşıyacağı da düşünülmektedir.
-
ÖgePower amplifer assisted ISAC(Graduate School, 2024-11-28)Integrated sensing and communication (ISAC) has emerged as a critical phenomenon for next-generation communication systems. Particularly, in the context of Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) standards and fifth-generation (5G) beyond standardization efforts, ISAC has established itself as a significant area of focus in both academia and industry. Given its importance to both the communication and radar communities, it is inevitable that research in the ISAC domain will continue to progress. Despite the similarities in the hardware of radar and communication systems, the two functions generally have distinct objectives. This distinction often results in trade-offs, as similar hardware components are used for different purposes with different waveform requirements. Addressing these trade-offs to enhance the joint performance of both functions introduces various challenges. This thesis focuses on the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) waveform. OFDM has already demonstrated its functionality in almost all communication standards and is expected to be indispensable in next-generation communication systems. Consequently, improving the performance of ISAC systems integrated with such networks necessitates optimizing their operation on the OFDM waveform. The first study examines the impact of radio frequency (RF) front-end components on ISAC Performance. The effects of RF front-end components, such as power amplifiers (PA), on communication performance are well-documented in the literature when using OFDM waveforms. Numerous studies have addressed the performance degradation caused by nonlinearities introduced by PAs. However, the impact of PA behaviour on sensing performance has received relatively little attention. This gap in the literature likely stems from the fact that traditional radar systems typically employ constant-envelope waveforms. Since OFDM lacks a constant-envelope structure, this study evaluates the influence of PA nonlinearities on sensing performance. To mitigate potential performance degradation, the study proposes extracting a PA model and incorporating it into the baseband reference signal. The second study takes into account an ISAC system employing OFDM waveforms, where the transmitter and receiver are distinct entities. The goal is to develop a more accurate channel estimation algorithm, impairment-aided channel state information (IA-CSI) that considers the distortions introduced by the PA. This approach aims to improve both sensing and communication performance. It is anticipated that ISAC-related research in both academia and industry will continue to accelerate, contributing to advancements in next-generation communication systems.
-
ÖgeDelay violation probability analysis for URLLC multi-user systems for finite blocklength regime(Graduate School, 2024-07-30)The need for better communication is increasing day by day and consumer demands are shaping the development of mobile wireless networks. 5G mobile technologies promises to transfer a huge amount of data much faster. In wireless network systems with multiple users, minimizing delay violation probability is a critical challenge for ensuring a high-quality user experience. This study introduces a framework designed for the assessment of delay violation probabilities in multi-user downlink URLLC systems. Emphasizing the significance of employing a FBL transmission model to account for transmission errors, our proposed framework utilizes an infinite length of user queues at the base station, and delay violation probabilities are reported with respect to predefined target delays. To shed light on crucial trade-offs and performance limits, we evaluate and compare the delay violation performances of three well-known user scheduling algorithms, namely, RR, MaxCQI, and LQ, under various network conditions. Simulation results show that selecting an appropriate scheduling algorithm is critical to meet challenging target delay violation probabilities.
-
ÖgeVector-driven: A new projection and backprojection algorithm based on vector mapping(Graduate School, 2024-08-19)X-ray imaging is a technique used to visualize the internal structures of objects, primarily employed in medical diagnostics. X-rays, which are special electromagnetic waves with wavelengths ranging from 10 nanometers to 10 picometers, penetrate objects and are absorbed by varying internal densities. This differential absorption allows detectors to capture and measure the X-rays' intensities, creating images that reveal internal structures. A major advantage of X-ray imaging is the ability to observe internal structures without invasive procedures. However, radiation exposure poses significant risks, especially in medical applications, requiring a careful balance between radiation dose and image quality. This study focuses on the medical applications of X-ray imaging, particularly the need for multiple projections to achieve 3D reconstructions from 2D projections. The trade-off between image quality and radiation exposure requires careful parameter optimization. Image reconstruction transforms 2D projections into 3D images, a process involving forward projection (3D to 2D transformation) and backprojection (2D to 3D transformation). The body is modeled as an array of attenuation coefficients, which absorb X-rays to varying degrees. The reconstruction process involves calculating line integrals on the image to fill detector cells, storing projections in a sinogram for further processing. Two main domains are used: the image domain (representing the reconstructed image) and the sinogram domain (used for filtering and analyzing projection quality). Projection and backprojection are critical operations in image reconstruction, with three main approaches: pixel-driven (PD), ray-driven (RD), and distance-driven (DD). Each approach models the geometrical structure of X-ray imaging differently. PD calculates X-ray beams passing through pixel centers to detector cells, RD attaches X-rays to detector cell centers and evaluates contributions along the X-ray trace, and DD maps pixel and detector cell boundaries onto a common axis to calculate overlapping regions. DD is the state-of-the-art for projection and backprojection. However, DD algorithm faces problems like index mismatching and non-rectangular overlapping when the detector is tilted. These issues significantly limit DD's applicability, necessitating new solutions. This study proposes a new algorithm called vector-driven to address the tilted detector problem, non-rectangular overlapping, and index matching issues in DD. The algorithm involves three stages: mapping, redefining boundaries, and calculating overlapping regions. The first stage projects voxels directly onto the detector plane, eliminating distortions caused by mapping onto a common axis. The second stage interpolates non-rectangular voxel distributions onto a regular grid, simplifying overlap calculations. The third stage uses standard overlap calculation methods after redefining boundaries. This approach enhances robustness against geometrical limitations, making the reconstruction system more flexible and suitable for custom designs. The proposed algorithm also facilitates parallelization, improving computational efficiency. To examine the proposed model, we developed a tomographic imaging toolbox using Python 3.8.0 to simulate X-ray imaging. The system is organized into modules following object-oriented programming principles, categorized by fundamental stages of tomographic imaging. The setup includes components like the beam source, detector, data object, projector, backprojector, and reconstructor. Each module corresponds to real or imaginary entities linked by attributes and methods. Several experiments compared the efficiency of the proposed method against DD and branchless distance-driven (BDD). The proposed vector-driven algorithm proved robustness against rotations, capturing projections without causing artifacts. However, DD and BDD exhibited significant distortions, particularly with detector rotations around y and z axis. The VD algorithm's robustness makes it more compatible with flexible digital breast tomosynthesis (DBT) applications. Timing is a less critical criterion compared to accuracy, but important for handling high-resolution images and extensive computations required by AI applications. The proposed algorithm, while not the fastest, performed acceptably and can be further optimized. The proposed vector-driven algorithm outperformed DD and BDD in handling rotations and geometrical distortions, making it a robust and feasible solution for projection and backprojection operations. Future improvements could include parallelization, different interpolators, and new filtering topologies to enhance performance and flexibility further.