Analytical Foundations of Energy-Efficient Wireless Communication: RIS Control and Sleep Mode Management
Tid: Må 2026-09-07 kl 13.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Telekommunikation
Respondent: Anders Enqvist , Kommunikationssystem
Opponent: Professor Alessio Zappone, Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale
Handledare: Professor Emil Björnson, Kommunikationssystem, Digital futures; Professor Cicek Cavdar, Kommunikationssystem; Assistant Professor Özlem Tugfe Demir, Bilkent University
QC 20260819
Abstract
Denna avhandling utforskar optimeringen av energieffektivitet (EE) och den signaleringsoverhead som krävs i trådlösa kommunikationssystem, med fokus på både användaren (UE) och basstationen (BS).
Den första delen av studien undersöker hur energiförbrukningen hos en UE kan minimeras vid överföring av små datamängder via en rekonfigurerbar intelligent yta (RIS) styrd av BS. För att balansera energikostnaden för de extra pilotsignaler som krävs för att konfigurera ytan mot energibesparingarna under dataöverföringen föreslår vi att RIS:ens element delas in i styrbara grupper (subarrays). Detta ger en unik energiminimerande konfiguration som bestäms av datamängdens storlek och radiokanalens dämpning. Med utgångspunkt i de praktiska utmaningarna vid RIS-implementering behandlar vi därefter den trådlösa kontrollsignalering som krävs för att återkoppla dessa faskonfigurationer till RIS:en. Vi föreslår en ny kvantiseringskodbok som garanterar en minimal förlust i signal-brusförhållande (SNR) samtidigt som signaleringsoverheaden reduceras från att skala linjärt till att skala logaritmiskt med antalet RIS-element. Dessutom introducerar vi ett effektivt differentiellt kontrollsignaleringsschema för mobilitetsscenarier.
Den andra delen fokuserar på EE hos basstationer med flera antenner, med hjälp av en effektförbrukningsmodell som tar hänsyn till sändarens aktiva och passiva komponenter. Genom att gemensamt optimera sändareffekt, bandbredd och antal antenner härleder vi nya analytiska lösningar som visar ett samband mellan utstrålad effekt och passiv kretsförbrukning. Detta optimeringsramverk utvidgas vidare till att omfatta tjänstekvalitetskrav (QoS) och avancerade vilolägen, vilket leder till en dynamisk schemaläggningsalgoritm som anpassar hårdvarukonfigurationen för att minimera den totala energiförbrukningen vid skurvis trafik.
Slutligen undersöker avhandlingen de grundläggande gränserna för energieffektivitet hos en tvåbandsbasstation som kombinerar en täckningsorienterad primär bärvåg under 6 GHz med en kapacitetsorienterad sekundär bärvåg med hög bandbredd. Genom att gemensamt optimera hårdvaruparametrar och vilolägenas aktivitet över de båda banden identifierar vi fyra driftsområden för EE överföring. Vi härleder analytiska tröskelvärden som exakt anger när det sekundära kapacitetsbandet bör väckas ur sitt viloläge, och visar att aktiveringen är optimal ur energieffektivitetssynpunkt först när kostnaden att tvinga ytterligare trafik genom det bandbreddsbegränsade primära bandet överstiger den statiska effektkostnaden för att aktivera det sekundära bandet.
Sammantaget ger dessa studier en samlad bild av energieffektiv optimering och resurshantering. De bidrar med nya teoretiska insikter och praktiska riktlinjer för utformningen av BS-konfigurationer, RIS-kontrollsignalering, hantering av vilolägen och multibandsintegration.