Millimeter-wave (mmWave) is widely investigated for indoor communication scenarios thanks to the available rich spectrum. However, the shortened antenna size and the high frequency make mmWave extra sensitive to blockages. Indoor dense space (IDS) is a specific type of indoor environment, where the compact geometry together with a high number of blocking objects and users make it hard to fulfill the data rate required by all of the users in the mmWave network. With the capability of redirecting signals, the reconfigurable intelligent surface (RIS) has the potential to overcome the attenuation brought by the blockage. Aside from the promising improvement in data rate brought by the RIS, the power supply for RIS is also a major concern in IDS due to the cabling and the batteries. Dynamic RIS has the capability of reconfiguring its phase-shifts to offer a higher gain in data rate with the price of consuming power. In comparison, by sacrificing the reconfigurability, static RIS does not require any power, cabling, or batteries but is expected to provide lower data rates. To find the balance between the performance and cost trade-off, the concept of self-sustainable RIS in IDS is proposed. This approach involves the utilization of specific RIS elements to harvest energy, thereby providing support for the power requirements of the RIS operation, consequently reducing the reliance on traditional cabling infrastructure. In this work, we compare the coverage extension effect brought by deploying static, dynamic, and self-sustainable RISs in the aircraft cabin which is a typical example of an IDS. To capture the propagation characteristics of a RIS in IDS, we first provide guidelines for modeling the RIS in the ray tracing (RT) simulator, and then we select the best locations to deploy RISs among three candidates. For each type of RIS deployment, we propose an optimization algorithm, which jointly configures the RIS phase-shifts and the time resources to provide the maximum equal achievable data rate for all of the users. Additionally, for the self-sustainable RIS, the working mode of each RIS element is also jointly configured such that each element is used either to reflect the incoming signal or to use the signal for energy harvesting. Based on the results, the signal propagation of a single base station (BS) can be extended from 3 rows to 11 rows by deploying static or dynamic RISs. The minimal achievable data rate is 35.4 Mbps with the static RISs and 45.3 Mbps with the dynamic RISs. The results indicate that due to the limitation of self-sustainable constraints, RISs with 16 elements are hard to cover the whole 11 rows in the considered cabin. Nevertheless, with self-sustainable RIS, 10 more UEs are covered compared to the case where no RIS is deployed. The minimal data rate with the help of the self-sustainable RISs within the coverage is 0.75 Mbps. The feasibility study shows that this energy requirement has a greater likelihood of being fulfilled as the number of elements in RIS increases. / Millimetervåg (mmWave) är allmänt undersökt för inomhuskommunikationsscenarier tack vare det tillgängliga rika spektrumet. Den förkortade antennstorleken och den höga frekvensen gör dock mmWave extra känslig för blockeringar. Indoor dense space (IDS) är en specifik typ av inomhusmiljö, där den kompakta geometrin tillsammans med ett stort antal blockerande objekt och användare gör det svårt att uppfylla den datahastighet som krävs av alla användare i mmWave-nätverket. Med förmågan att omdirigera signaler har reconfigurable intelligent surface (RIS) potentialen att övervinna dämpningen av blockeringen. Bortsett från den lovande förbättringen av datahastigheten som RIS ger, är strömförsörjningen för RIS också ett stort problem inom IDS på grund av kablarna och batterierna. Dynamic RIS har förmågan att omkonfigurera sina fasförskjutningar för att erbjuda en högre förstärkning i datahastighet med priset för att förbruka energi. I jämförelse, genom att offra omkonfigurerbarheten, kräver statisk RIS ingen ström, kablar eller batterier utan förväntas ge lägre datahastigheter. För att hitta balansen mellan prestanda och kostnadsavvägning föreslås konceptet med självförsörjande RIS i IDS. Detta tillvägagångssätt involverar användningen av specifika RIS-element för att skörda energi, vilket ger stöd för strömkraven för RIS-driften, vilket minskar beroendet av traditionell kabelinfrastruktur. I det här arbetet jämför vi den täckningsförlängningseffekt som uppstår genom att installera statiska, dynamiska och självförsörjande RIS i flygplanskabinen, vilket är ett typiskt exempel på en IDS. För att fånga utbredningsegenskaperna för en RIS i IDS ger vi först riktlinjer för modellering av RIS i ray tracing (RT)-simulatorn, och sedan väljer vi de bästa platserna för att distribuera RIS bland tre kandidater. För varje typ av RIS-distribution föreslår vi en optimeringsalgoritm, som gemensamt konfigurerar RIS-fasförskjutningarna och tidsresurserna för att tillhandahålla den maximalt lika möjliga datahastigheten för alla användare. Dessutom, för den självförsörjande RIS, är arbetsläget för varje RIS-element också gemensamt konfigurerat så att varje element används antingen för att reflektera den inkommande signalen eller för att använda signalen för energiskörd. Baserat på resultaten kan signalutbredningen av en enda base station (BS) utökas från 3 rader till 11 rader genom att distribuera statiska eller dynamiska RIS:er. Den minsta möjliga datahastigheten är 35,4 Mbps med statiska RIS och 45,3 Mbps med dynamiska RIS. Resultaten indikerar att på grund av begränsningen av självförsörjande begränsningar är RIS med 16 element svåra att täcka hela 11 rader i den övervägda kabinen. Ändå, med självförsörjande RIS, täcks 10 fler UE jämfört med fallet där ingen RIS är utplacerad. Den minimala datahastigheten med hjälp av de självförsörjande RIS:erna inom täckningen är 0,75 Mbps. Förstudien visar att detta energibehov har större sannolikhet att uppfyllas i takt med att antalet element i RIS ökar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-337683 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Li, Zhenyu |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:680 |
Page generated in 0.008 seconds