Väitös radiotieteen ja -tekniikan alalta, M.Sc. Sravan Vuyyuru

Väitöskirjan nimi: Electromagnetics-consistent design and modeling of reconfigurable intelligent surfaces for next-generation wireless networks

Väittelijä: Sravan Vuyyuru
Vastaväittäjä: Prof. Oscar Quevedo-Teruel, KTH Royal Institute of Technology, Ruotsi
Kustos: Prof. Viktar Asadchy, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Älypuhelimien ja verkkoon kytkettyjen laitteiden eksponentiaalinen kasvu kuormittaa olemassa olevia tukiasemia siinä määrin, että niiden kapasiteetin ja kuuluvuuden rajat tulevat vastaan. Tämä tutkimus keskittyy uudelleenkonfiguroitaviin älypintoihin (RIS). Nämä ovat paneeleja, joissa sirontaelementtien sijoitus on aallonpituutta pienempi ja jotka voivat säätää dynaamisesti sähkömagneettisia (EM) aaltorintamia. RIS parantaa verkon kuuluvuutta ja kapasiteettia tiheissä sirontaympäristöissä, lähinnä katvealueilla. Tämä tutkimus auttaa kehittämään mallinnus- ja synteesimenetelmiä, erityisesti sähkömagneettisen sironnan ja havainnoinnin osalta, mikä puolestaan mahdollistaa tehokkaat ja käytännölliset RIS:t tulevaisuuden langattomissa verkoissa. Langattoman viestinnän laajemmasta näkökulmasta tutkimus edistää mahdollisuuksia yhtenäistää viestinnän, havainnoinnin ja älykkyyden osa-alueet yhdeksi kokonaisuudeksi. 

Väitöskirja koostuu kahdesta osasta; ensimmäinen keskittyy sähkömagneettiseen mallinnukseen viritettävien RIS-sirottajien synteesissä ja toinen analysoi RIS-avusteisia viestintätyökaluja integroimalla sähkömagneettisen RIS:n sirontaominaisuudet verkkosimulaattoreihin. Tutkimuksessa kehitetään tarkkoja sähkömagneettisia ekvivalenttipiirimalleja kuormitusohjatun RIS:n sirontaominaisuuksien ennustamiseksi ja syntetisoimiseksi. Säädettävien ominaisuuksien avulla laitteet voivat toimia kahtalaisesti, samanaikaisesti tunnistaen ja uudelleenohjaten tulevan aallon ilman kömpelöjä RF-piiriketjuja. Validointi suoritetaan numeerisilla simulaatioilla käyttäen realistisia liuskaryhmiä. Toisessa osassa esitellään RIS-avusteinen makroskooppinen tietoliikennemallinnus. Siinä viedään verkkosimulaattoriin sähkömagneettisesti oikeita RIS-sirontamalleja nopean makroskooppisen parametrikartoituksen avulla, jolloin pystytään yhdistämään tarkka sähkömagneettisen fysiikan kuvaus laajamittaisiin verkkoihin ja samalla pienentämään laskennallista monimutkaisuutta. Realistisuuden todentamiseksi suunnitellaan, valmistetaan ja kokeellisesti validoidaan sisätilamittauksilla ja kaiuttamassa huoneessa ei-uudelleenkonfiguroitava RIS, jolla on anomaalinen heijastusominaisuus. 

Tämä väitöskirja esittelee RIS-mallinnustyökalun langattomien verkkoteknologioiden kehittämistä varten uusien protokollien ja teknologioiden toteuttamiseksi. Näiden malli toimivat suurella tarkkuudella numeerisina verkkosuunnittelutyökaluina RIS-mallien luontiin kontrolloidussa ympäristössä.

Avainsanat: 6G, uudelleenkonfiguroitava älypinta (RIS), tulokulmatunnistus, anomaalinen heijastin, kaukokenttäsironta, integroitu havainnointi- ja viestintäjärjestelmä (ISAC), kuormitetut sirontaelementit, metapinnat, verkkosimulaattori, vastaanottoantenni, älyseinä

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot: 
sravan.vuyyuru@aalto.fi 
+358 504734381 
https://www.linkedin.com/in/sravan-kumar-reddy-vuyyuru/
https://www.aalto.fi/en/department-of-electronics-and-nanoengineering/designer-materials-and-devices

Lisätiedot kuvasta: Visio älykkäästä kaupungista, jonka mahdollistavat uuden sukupolven viestintäverkot. Nämä integroivat saumattomasti viestinnän, havainnoinnin ja laskennan uudelleenkonfiguroitavien älykkäiden pintojen avulla. Älypinnat vuorovaikuttavat ympäröivien laitteiden kanssa ja mahdollistavat älykkäät, energiatehokkaat ja erittäin nopeat yhteydet kaupunkiympäristössä. © Sravan Kumar Reddy Vuyyuru