Bu tədqiqat yenidən konfiqurasiya edilə bilən ağıllı səth (Reconfigurable Intelligent Surface, RIS) dəstəkli hibrid radiofrekans/sərbəst fəza optikası (RF/FSO) rabitə sistemlərinin kənd şəbəkələrinin quraşdırılmasında istifadəsi üçün hazırlanmış MATLAB əsaslı RIS Deployment Planning Tool yazılımını tanımlamaktadır. Araç; kullanıcının Zimbabve üçün tanımlanan beş ərazi sınıfından birini, üç mövsümi atmosferik rejimden birini və 1–100 arasında RIS element sayısını seçmesine izin verir. Ardından RF-only, RIS bulunmayan hibrid RF/FSO və RIS dəstəkli hibrid RF/FSO sistemleri üçün outage probability, ergodik kapasite və orta bit hata oranını (BER) hesaplar; belirlenen outage və BER hedeflerine ulaşmak üçün gereken minimum SNR'yi, RIS'in sağladığı SNR kazancını, bu kazançla azaltılabilecek iletim gücünü və günəş enerjisi bütçesinde oluşabilecek fazlalığı raporlar.

Highveld ərazi sinfi üçün verilən nümunədə BER = 10⁻³ hedefinin N=50 RIS elemanıyla təxmini 11 dB'de karşılandığı, RIS bulunmayan karşılaştırma sistemlerinin isə təxmini 18 dB gerektirdiği bildirilmiştir. Bu təxmini 7 dB SNR farkı kaynakta iletim gücünün təxmini beşte birine düşürülmesiyle ilişkilendirilmektedir. Buna karşılık Eastern Highlands üçün m=0,5, kuru sezon və N=20 koşulunda BER hedefi üçün gereken değer 35,0 dB olaraq raporlanmış və mənbə bunu cari saha güc bütçesi açısından uygulanamaz senaryo olaraq değerlendirmiştir. Bulgular gerçek bir Zimbabve saha quraşdırma deneyinden deyil, analitik kanal modellerinden və bunların eşlik eden çalışmada gerçekleştirilen Monte Carlo doğrulamasından türetilmektedir; həmçinin ərazi və atmosfer parametreleri henüz ülke çapında birbaşa ölçüm kampanyasıyla kalibre edilmiş deyil.

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

RIS dəstəkli hibrid RF/FSO sistemlerin teorik performansı kapalı-form denklemler və sayısal integraller üzerinden hesaplanabilse de, bir kənd ağ planlayıcısının gerçek ihtiyacı çoğu zaman daha somuttur: belirli bir arazide kaç RIS elemanı kullanılmalı, hedef BER və ya outage üçün nə kadar SNR tələb olunan, cari enerji bütçesi yeterli mi və RIS kurulumu ilə nə kadar iletim gücü azaltılabilir?

Kaynak tədqiqat bu teorik-pratik boşluğu hedeflemektedir. Yazarlar daha əvvəl geliştirdikleri source–RIS–relay–destination yapısına ait analitik modeli, kullanıcıdan kanal teorisi və ya xüsusi funksiya hesabı beklemeyen grafik arayüzlü MATLAB aracına dönüştürmektedir.

RIS dəstəkli RF/FSO arxitekturası nə deməkdir?

Modelde rabitə zinciri mənbə, RIS, decode-and-forward röle və hedef arasında kurulmaktadır. Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey, elektromanyetik dalganın faz və yayılım özelliklerini kontrollü yansıtıcı elemanlarla değiştiren pasif və ya düşük güçlü bir yüzey olaraq ele alınmaktadır.

İkinci rabitə bölümünde RF və FSO bağlantılarının birlikte kullanıldığı hibrid yapı mövcuddur. Kaynak, hedef tarafta seçim birleştirmesi (selection combining) kullanan bu mimariyi RF-only və RIS bulunmayan hibrid sistemlerle karşılaştırmaktadır.

Yazılımın amacı RIS'in her koşulda üstün olduğunu varsaymak deyil. Tam tersine, ərazi kaynaklı RF fading və ya atmosfer kaynaklı FSO turbulence yeterince ağır olduğunda kullanıcının seçtiği hedeflerin fiziksel və enerji bütçesi açısından uygulanamaz hâle gelebileceğini göstermeyi amaçlamaktadır.

MATLAB alətinin diqqətçəkən cəhəti nədir?

RIS Deployment Planning Tool tek bir RIS_Planning_Tool.m dosyası olaraq geliştirilmiştir. Arayüz kod tarafından programatik biçimde oluşturulduğu üçün uygulamanın çalışması MATLAB App Designer və ya ek toolbox gerektirmemektedir.

Kaynağa görə minimum gereksinim base MATLAB R2018b və ya daha yeni sürümdür. Windows, macOS və Linux desteklenmektedir.

MATLAB komut satırında:

RIS_Planning_Tool

komutu çalıştırıldığında GUI açılır və boş ekran göstermek yerine varsayılan Highveld / moderate-turbulence koşuluyla ilk hesaplamayı otomatik gerçekleştirir.

Hesablamalar hansı MATLAB funksiyaları ilə aparılır?

Çalışmanın önemli yazılım tercihlerinden biri Communications Toolbox kimi ek paketlere bağımlılığı ortadan kaldırmaktır. Analitik motor base MATLAB fonksiyonları üzerine kurulmuştur.

Bu yapı yazılımı ek MATLAB toolbox lisanslarından bağımsız hâle getirirken, kullanılan fiziksel və olasılıksal model varsayımlarını ortadan kaldırmaz. Hesaplama kodunun kolay çalışması, kanal modelinin gerçek sahayı otomatik olaraq doğru temsil ettiği anlamına gelmez.

GUI hansı bölmələrdən ibarətdir?

Kaynağın Şekil 1'inde və PDF'nin 3. sayfasındaki gerçek MATLAB GUI ekranında uygulama beş ana görsel alana ayrılmıştır. Sol panel bütün girişleri içerir. Orta üst alanda outage probability, ergodic capacity və BER üçün üç sekmeli grafik mövcuddur. Her grafikte RF-only, hybrid-without-RIS və RIS-assisted sistemler eyni eksen üzərində müqayisə edilir.

Orta alt panel kullanıcıya matematiksel ara nəticələr yerine sadeleştirilmiş bir link-budget özeti verir. Sağ üstte altı nəticə kutusu, sağ altta isə Zimbabwe terrain/season reference guide mövcuddur. Böylece kullanıcının seçtiği Nakagami-m və ya Gamma–Gamma parametresinin hansı saha/mövsüm sınıfını temsil ettiği arayüzden ayrılmadan görülebilir.

Zimbabve ərazi sinifləri RF kanalını necə dəyişir?

Arazi seçimi RF bağlantıları üçün Nakagami-m fading parametresini otomatik belirlemektedir. Kaynakta beş hazır sınıf vardır.

Bu sınıflar arasında Eastern Highlands üçün kullanılan m=0,5 değeri en ağır fading örneğini temsil ederken line-of-sight sınıfındaki m=3,0 daha elverişli RF yayılımını temsil etmektedir.

Ancak tədqiqat bu değerlerin Zimbabve'nin her noktasında birbaşa gerçekleştirilen yeni saha ölçümlerinden çıkarıldığını söylememektedir. Yazarlar ərazi/mövsüm eşlemelerinin benzer çevrelerde yayımlanmış çalışmalardan kalibre edildiğini və ülke içi ölçüm kampanyasının gelecekte yapılması gerektiğini açıkça belirtmektedir.

Fəsillər FSO kanalına necə ötürülür?

FSO bağlantısındaki atmosferik türbülans Gamma–Gamma dağılımının α və β parametreleriyle temsil edilir.

Bu eşleme sayesinde kullanıcı α və β parametrelerini birbaşa girmek zorunda kalmadan fiziksel olaraq daha anlaşılır mövsüm seçenekleri üzerinden analiz gerçekleştirebilir.

Standart girişlər hansılardır?

Proqram təminatı istifadəçiyə hansı nəticələri verir?

Highveld nümunəsinin əsas nəticəsi nədir?

Highveld, m=1,5 və moderate-atmosphere koşulunda, BER hedefi 10⁻³ olaraq tutulduğunda N=50 RIS dəstəkli sistem təxmini 11 dB orta SNR'de hedefe ulaşmaktadır. Kaynaktaki non-RIS karşılaştırmaları təxmini 18 dB gerektirmektedir.

Aradaki fark təxmini 7 dB'dir. Kaynak bunu təxmini beş kat daha düşük iletim gücü, başka bir ifadeyle başlangıç gücünün təxmini beşte biriyle ilişkilendirmektedir.

Daha dikkat çekici nəticə, element sayısının sürekli artırılmasının eyni oranda qazancı sağlamamasıdır. Makaleye görə N=20 və N=50 eğrileri birbirine çok yaklaşırken N=5 yalnız birkaç dB kaybetmektedir. Yazarlar bunun ikinci hop'un darboğaz hâline gelmesinden kaynaklandığını və Highveld üçün təxmini N=10–20 aralığının ekonomik açıdan daha anlamlı hâle geldiğini belirtmektedir.

Bununla birlikte mənbə eyni zamanda RIS kanalı üçün kullanılan CLT yaklaşımının validasiya kriterini N≥20 olaraq vermektedir. Dolayısıyla xüsusilə N=5 kimi küçük dizilerin sayısal nəticələri N≥20 ilə eyni validasiya sınırı içində değerlendirilmemelidir.

Eastern Highlands nümunəsi nə üçün vacibdir?

Bu örnek yazılımın yalnız “RIS nə kadar kazandırıyor?” sorusuna deyil, “bu quraşdırma tətbiq edilə bilən mi?” sorusuna da cevap vermeyi hedeflediğini göstermektedir.

Kaynağın Şekil 1'inde kullanılan konfigürasyon:

Yazarlar 35,0 dB BER gereksinimini 20 dBm saha güc bütçesinin xaricində olaraq yorumlamakta və yazılımın tasarımı uygulanamaz olaraq işaretlediğini belirtmektedir.

Burada birimsel yorum açısından dikkatli olmak gerekir: SNR dB ilə verilirken saha verici gücü dBm cinsindendir. Yazılımın link-budget motoru bunları sistem varsayımları içerisinde ilişkilendirse de bu kısa yazılım makalesi SNR'den mutlak transmit-power değerine geçişin bütün ara link-budget terimlerini ayrıntılı denklem olaraq sunmamaktadır. Bu nedenle 35 dB ilə 20 dBm değerleri bağımsız fiziksel büyüklüklermiş kimi birbaşa çıkarılmamalıdır; mənbə bunları yazılımın quraşdırma uygunluğu mantığı bağlamında ilişkilendirmektedir.

Solar surplus nə deməkdir?

RIS eyni BER hedefini daha düşük iletim gücüyle karşılayabiliyorsa, günəş enerjisiyle çalışan uzak bir telekom sahasında güc bütçesinin bir bölümü rabitə vericisinden başka yüklere ayrılabilir. Yazılım bu potansiyel farkı solar surplus olaraq raporlamaktadır.

Kaynak bu fazla gücün topluluk ölçeğinde aydınlatma və ya su pompalama kimi amaçlara yönlendirilebileceğini örneklemektedir. Bu, gerçek bir saha enerji deneyinde ölçülen tasarruf deyil; analitik link-budget sonuçlarından türetilen planlaşdırma göstergesidir.

Bu, Türkiyə baxımından necə oxunmalıdır?

Yazılım mimarisi yalnız Zimbabve'ye özgü deyil; lakin hazır ərazi və mövsüm parametreleri Zimbabve üçün tanımlanmıştır. Kaynak başka bir Sahra-altı ülkeye uyarlamanın iki parametr eşleme tablosunun yerel değerlere görə değiştirilmesiyle mümkün olabileceğini belirtmektedir.

Türkiye üçün de eyni mantık geçerlidir fakat cari Highveld, Lowveld və ya Eastern Highlands sınıfları birbaşa kullanılmamalıdır. RF tarafında Türkiye'deki hedef kənd bölgenin gerçek Nakagami-m və ya eşdeğer fading karakteristiklerinin, FSO tarafında isə yerel sis, aerosol, nem və türbülans koşullarını temsil eden Gamma–Gamma parametrelerinin həmçinin belirlenmesi gerekir. Bu tədqiqat Türkiye üçün ölçülmüş kanal parametreleri sağlamamaktadır.

Tədqiqatın söylədikləri və söyləmədikləri

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Təhlil edilən üç rabitə konfiqurasiyası

Əsas performans meyarları

Monte Carlo validasiyası hansı çərçivədədir?

Kaynak, yazılımın hesapladığı ifadelerin eşlik eden analitik çalışmada Monte Carlo simülasyonuyla doğrulandığını bildirmektedir.

Buradaki en kritik bilimsel sınır, %4 değerinin yalnız kaynakta belirtilen validasiya alanı üçün geçerli olmasıdır. Kullanıcı arayüzünün −10 ilə +30 dB arasında grafik çizmesi, bütün bu aralığın eyni Monte Carlo hata sınırıyla doğrulandığı anlamına gelmez.

RIS elementlərinin sayında nə üçün doyma yaranır?

Kaynağa görə RIS element sayı büyüdükçe ilk hop güçlenmektedir; lakin belirli bir noktadan sonra sonraki bağlantı bölümü sistemin temel darboğazı hâline gelir. Bu nedenle RIS element sayısındaki artışın marjinal faydası düşmektedir.

Highveld örneğinde N=20 və N=50 sonuçlarının birbirine yaklaşması bu mekanizmanın yazılım arayüzünde görünür örneğidir. Kaynağın genel anlatımında performans doygunluğunun təxmini 10–20 RIS elemanından sonra ortaya çıkabildiği qeyd olunur.

Eastern Highlands nə üçün daha çətindir?

Eastern Highlands üçün kullanılan m=0,5 Nakagami parametresi ağır fading durumunu temsil etmektedir. Kuru sezon FSO tarafında zayıf türbülansla en elverişli atmosfer rejimini sunsa bile RF kanalındaki ciddi fading cezası BER hedefine gereken SNR'yi çok yükseltebilmektedir.

Kaynak bu örneği, sadece hava koşulunun iyi olmasının toplam hibrid linki kurtarmaya yetmediğini göstermek üçün kullanmaktadır. Önerilen çözüm seçenekleri arasında daha büyük RIS dizisine geçmek, daha elverişli yayılım sağlayan yükseltilmiş konum aramak və ya servis performans hedefini değiştirmek mövcuddur.

Proqramın hesabat sistemi

EXPORT REPORT düğmesi şu biçimde zaman damgalı dosya oluşturur:

RIS_Planning_Report_YYYYMMDD_HHMMSS.txt

Raporda əvvəl ekran üzerindeki link-budget özeti, ardından seçilen SNR aralığındaki her SNR noktası üçün outage probability, ergodic capacity və BER sayısal tablosu mövcuddur.

Kaynak bu çıktı biçimini satın alma dosyaları və tasarım incelemeleri kimi pratik mühendislik süreçlerine uygun bir belge olaraq tanımlamaktadır.

Əsas model fərziyyələri və məhdudiyyətlər

Bu varsayımlar nedeniyle mənbə yazılım sonuçlarını best-case link budgets olaraq tanımlamaktadır. Özellikle kusurlu kanal kestiriminin teorik 7–8 dB kazancın önemli bir bölümünü geri alabileceği belirtilmiştir.

Gələcək inkişaflar

Kaynakta gelecekte imperfect-CSI üçün bir güvenlik marjı, yüksek bölgelerde çoklu-RIS modu, gerçek ölçülmüş kanal parametrelerini içe aktarma, MATLAB App paketleme və MATLAB lisansı gerektirmeden çalışabilecek derlenmiş standalone uygulama planları qeyd olunur.

Bunlar cari v1.0.0 sürümünün doğrulanmış özellikleri deyil; yazarların gelecek geliştirme hedefleridir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün tədqiqat adı: A MATLAB-Based Deployment Planning Tool for RIS-Assisted Hybrid RF/FSO Communication Systems in Rural Zimbabwe

Yazarlar və özgün sıralama: Tinotenda Mzembi; Munyaradzi Charles Rushambwa.

Sorumlu yazar: Tinotenda Mzembi.

Eş birinci/eş katkı: Yüklenen çalışmada eş birinci və ya eş katkı beyanı bulunmamaktadır.

Kurum: Department of Electronic Engineering, School of Engineering and Technology, Harare Institute of Technology, Harare, Zimbabwe.

Kaynak türü: MATLAB tabanlı bilimsel yazılım, rabitə sistemi modelleme və quraşdırma planlaşdırma çalışması.

Yayın durumu: Bu tədqiqat hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir; nəticələri bu məhdudiyyət dikkate alınarak okunmalıdır.

Platform: SSRN.

Yıl: 2026.

SSRN abstract numarası: 7166813.

DOI: 10.2139/ssrn.7166813.

Dergi: Yüklenen sürüm üçün doğrulanmış hakemli dergi yayını bulunmamaktadır.

Resmî preprint bağlantısı: https://ssrn.com/abstract=7166813

Yazılım adı: RIS Deployment Planning Tool.

Yazılım sürümü: v1.0.0.

Ana dosya: RIS_Planning_Tool.m.

Programlama dili/ortamı: MATLAB.

Minimum gereksinim: Base MATLAB R2018b və ya daha yeni sürüm.

Ek toolbox: Gerekmemektedir.

İşletim sistemi: Windows, macOS və ya Linux.

Lisans: MIT License.

Sürüm kontrolü: Git.

Kaynak kod deposu: https://github.com/tmzembi/RIS-Planning-Tool

Temel validasiya: Yazılımın kullandığı analitik ifadeler eşlik eden çalışmada SNR noktası başına 10⁵, seçilmiş noktalarda 10⁶ Monte Carlo kanal gerçekleşimi istifadə edilərək karşılaştırılmıştır. Composite end-to-end outage ifadesi üçün kaynakta −10 ilə +12 dB arasında %4 içində uyum bildirilmektedir.

CLT validasiya sınırı: RIS cascaded-channel central-limit-theorem yaklaşımının kaynakta belirtilen skewness kriteri N≥20 üçün geçerlidir. Kullanıcı arayüzünün N=1–100 arasında değer kabul etmesi, N<20 bölgesinin eyni validasiya statüsünde olduğu anlamına gelmez.

Model varsayımları: Perfect CSI, ideal decode-and-forward relaying, ideal RIS faz davranışı, mutual coupling'in ihmal edilmesi və FSO pointing error bulunmaması.

Saha doğrulaması: Bu yazılım çalışması yeni Zimbabve saha kanal ölçümleri sunmamaktadır. Arazi və mövsüm eşlemelerinin benzer yayımlanmış çevrelerden kalibre edildiği və ülke içi ölçüm kampanyasının gelecekte yapılmasının planlandığı qeyd olunur.

İlişkili mənbə: Tinotenda Mzembi'nin 2026 tarihli “Design, Modelling, and Performance Optimisation of a RIS-Assisted Hybrid RF/FSO Communication System for Reliable Rural Connectivity in Zimbabwe” başlıklı M.Tech tezi analitik çerçevenin ana kaynaklarından biri olaraq gösterilmektedir.

Companion manuscript: Kaynak həmçinin Tinotenda Mzembi və Munyaradzi Charles Rushambwa tarafından hazırlanan “Performance analysis of RIS-assisted hybrid RF/FSO communication systems over Nakagami-m and Gamma–Gamma channels with decode-and-forward relaying” başlıklı 2026 companion manuscript'ı referans göstermektedir.

Acknowledgements: Çalışmanın Harare Institute of Technology Telecommunications and Wireless Systems Master of Technology programı kapsamında gerçekleştirildiği belirtilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çalışmayı etkileyebilecek bilinen finansal çıkar və ya kişisel ilişki bulunmadığını beyan etmektedir.

Üretken yapay zekâ beyanı: Yazarlar makalenin hazırlanması sırasında taslak və biçimlendirme desteği üçün Claude (Anthropic) kullandıklarını, sonrasında metni gözden geçirip düzenlediklerini və yayımlanan içerikten tamamen sorumlu olduklarını belirtmektedir.

CRediT/yazar katkıları: Yüklenen çalışmada ayrı bir CRediT authorship contribution statement bulunmamaktadır.

Bilimsel yorum sınırı: Yazılım gerçek saha telekom altyapısının uçtan uca doğrulamasını sunmamaktadır. Raporlanan SNR, BER, outage, solar-surplus və array-size nəticələri kullanılan analitik kanal modelleri və parametr kabulleri altında elde edilir.

Bilimsel içerik sınırı: Bu Verianla makalesindeki metod, yazılım mimarisi, kanal parametreleri, örnek senaryolar, validasiya sınırları və sayısal nəticələr yüklenen çalışmaya dayanmaktadır. Dış validasiya yalnız bibliyografik kimlik, DOI, preprint durumu və yazılım deposunun erişilebilirliğini kontrol etmek amacıyla kullanılmış; kaynakta bulunmayan yeni performans sonucu eklenmemiştir.