Bu çalışma, yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey (Reconfigurable Intelligent Surface, RIS) destekli hibrit radyo frekansı/serbest uzay optiği (RF/FSO) haberleşme sistemlerinin kırsal ağ kurulumunda kullanılabilmesi için geliştirilen MATLAB tabanlı RIS Deployment Planning Tool yazılımını tanımlamaktadır. Araç; kullanıcının Zimbabve için tanımlanan beş arazi sınıfından birini, üç mevsimsel atmosferik rejimden birini ve 1–100 arasında RIS eleman sayısını seçmesine izin verir. Ardından RF-only, RIS bulunmayan hibrit RF/FSO ve RIS destekli hibrit RF/FSO sistemleri için outage probability, ergodik kapasite ve ortalama bit hata oranını (BER) hesaplar; belirlenen outage ve BER hedeflerine ulaşmak için gereken minimum SNR'yi, RIS'in sağladığı SNR kazancını, bu kazançla azaltılabilecek iletim gücünü ve güneş enerjisi bütçesinde oluşabilecek fazlalığı raporlar.

Highveld arazi sınıfı için verilen örnekte, BER = 10⁻³ hedefinin N=50 RIS elemanıyla yaklaşık 11 dB'de karşılandığı, RIS bulunmayan karşılaştırma sistemlerinin ise yaklaşık 18 dB gerektirdiği bildirilmiştir. Bu yaklaşık 7 dB SNR farkı kaynakta iletim gücünün yaklaşık beşte birine düşürülmesiyle ilişkilendirilmektedir. Buna karşılık Eastern Highlands için m=0,5, kuru sezon ve N=20 koşulunda BER hedefi için gereken değer 35,0 dB olarak raporlanmış ve kaynak bunu mevcut saha güç bütçesi açısından uygulanamaz senaryo olarak değerlendirmiştir. Bulgular gerçek bir Zimbabve saha kurulum deneyinden değil, analitik kanal modellerinden ve bunların eşlik eden çalışmada gerçekleştirilen Monte Carlo doğrulamasından türetilmektedir; ayrıca arazi ve atmosfer parametreleri henüz ülke çapında doğrudan ölçüm kampanyasıyla kalibre edilmiş değildir.

Çalışmanın temel problemi nedir?

RIS destekli hibrit RF/FSO sistemlerin teorik performansı kapalı-form denklemler ve sayısal integraller üzerinden hesaplanabilse de, bir kırsal ağ planlayıcısının gerçek ihtiyacı çoğu zaman daha somuttur: belirli bir arazide kaç RIS elemanı kullanılmalı, hedef BER veya outage için ne kadar SNR gerekli, mevcut enerji bütçesi yeterli mi ve RIS kurulumu ile ne kadar iletim gücü azaltılabilir?

Kaynak çalışma bu teorik-pratik boşluğu hedeflemektedir. Yazarlar daha önce geliştirdikleri source–RIS–relay–destination yapısına ait analitik modeli, kullanıcıdan kanal teorisi veya özel fonksiyon hesabı beklemeyen grafik arayüzlü MATLAB aracına dönüştürmektedir.

RIS destekli RF/FSO mimarisi ne anlama geliyor?

Modelde haberleşme zinciri kaynak, RIS, decode-and-forward röle ve hedef arasında kurulmaktadır. Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey, elektromanyetik dalganın faz ve yayılım özelliklerini kontrollü yansıtıcı elemanlarla değiştiren pasif veya düşük güçlü bir yüzey olarak ele alınmaktadır.

İkinci haberleşme bölümünde RF ve FSO bağlantılarının birlikte kullanıldığı hibrit yapı bulunur. Kaynak, hedef tarafta seçim birleştirmesi (selection combining) kullanan bu mimariyi RF-only ve RIS bulunmayan hibrit sistemlerle karşılaştırmaktadır.

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

MATLAB aracının dikkat çekici yönü nedir?

RIS Deployment Planning Tool tek bir RIS_Planning_Tool.m dosyası olarak geliştirilmiştir. Arayüz kod tarafından programatik biçimde oluşturulduğu için uygulamanın çalışması MATLAB App Designer veya ek toolbox gerektirmemektedir.

Kaynağa göre minimum gereksinim base MATLAB R2018b veya daha yeni sürümdür. Windows, macOS ve Linux desteklenmektedir.

MATLAB komut satırında:

RIS_Planning_Tool

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

Hesaplamalar hangi MATLAB fonksiyonlarıyla yapılıyor?

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

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

GUI hangi bölümlerden oluşuyor?

Kaynağın Şekil 1'inde ve 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 ve BER için üç sekmeli grafik bulunur. Her grafikte RF-only, hybrid-without-RIS ve RIS-assisted sistemler aynı eksen üzerinde karşılaştırılır.

Orta alt panel kullanıcıya matematiksel ara sonuçlar yerine sadeleştirilmiş bir link-budget özeti verir. Sağ üstte altı sonuç kutusu, sağ altta ise Zimbabwe terrain/season reference guide bulunur. Böylece kullanıcının seçtiği Nakagami-m veya Gamma–Gamma parametresinin hangi saha/mevsim sınıfını temsil ettiği arayüzden ayrılmadan görülebilir.

Zimbabwe arazi sınıfları RF kanalını nasıl değiştiriyor?

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

Bu sınıflar arasında Eastern Highlands için 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 çalışma bu değerlerin Zimbabve'nin her noktasında doğrudan gerçekleştirilen yeni saha ölçümlerinden çıkarıldığını söylememektedir. Yazarlar arazi/mevsim eşlemelerinin benzer çevrelerde yayımlanmış çalışmalardan kalibre edildiğini ve ülke içi ölçüm kampanyasının gelecekte yapılması gerektiğini açıkça belirtmektedir.

Mevsimler FSO kanalına nasıl aktarılıyor?

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

Bu eşleme sayesinde kullanıcı α ve β parametrelerini doğrudan girmek zorunda kalmadan fiziksel olarak daha anlaşılır mevsim seçenekleri üzerinden analiz gerçekleştirebilir.

Varsayılan girişler nelerdir?

Yazılım kullanıcıya hangi sonuçları veriyor?

Highveld örneğinin ana sonucu nedir?

Highveld, m=1,5 ve moderate-atmosphere koşulunda, BER hedefi 10⁻³ olarak tutulduğunda N=50 RIS destekli sistem yaklaşık 11 dB ortalama SNR'de hedefe ulaşmaktadır. Kaynaktaki non-RIS karşılaştırmaları yaklaşık 18 dB gerektirmektedir.

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

Daha dikkat çekici sonuç, eleman sayısının sürekli artırılmasının aynı oranda kazanç sağlamamasıdır. Makaleye göre N=20 ve N=50 eğrileri birbirine çok yaklaşırken N=5 yalnız birkaç dB kaybetmektedir. Yazarlar bunun ikinci hop'un darboğaz hâline gelmesinden kaynaklandığını ve Highveld için yaklaşık N=10–20 aralığının ekonomik açıdan daha anlamlı hâle geldiğini belirtmektedir.

Bununla birlikte kaynak aynı zamanda RIS kanalı için kullanılan CLT yaklaşımının doğrulama kriterini N≥20 olarak vermektedir. Dolayısıyla özellikle N=5 gibi küçük dizilerin sayısal sonuçları N≥20 ile aynı doğrulama sınırı içinde değerlendirilmemelidir.

Eastern Highlands örneği neden önemli?

Bu örnek yazılımın yalnız “RIS ne kadar kazandırıyor?” sorusuna değil, “bu kurulum uygulanabilir mi?” sorusuna da cevap vermeyi hedeflediğini göstermektedir.

Kaynağın Şekil 1'inde kullanılan konfigürasyon:

Yazarlar 35,0 dB BER gereksinimini 20 dBm saha güç bütçesinin dışında olarak yorumlamakta ve yazılımın tasarımı uygulanamaz olarak işaretlediğini belirtmektedir.

Burada birimsel yorum açısından dikkatli olmak gerekir: SNR dB ile 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 olarak sunmamaktadır. Bu nedenle 35 dB ile 20 dBm değerleri bağımsız fiziksel büyüklüklermiş gibi doğrudan çıkarılmamalıdır; kaynak bunları yazılımın kurulum uygunluğu mantığı bağlamında ilişkilendirmektedir.

Solar surplus ne anlama geliyor?

RIS aynı BER hedefini daha düşük iletim gücüyle karşılayabiliyorsa, güneş enerjisiyle çalışan uzak bir telekom sahasında güç bütçesinin bir bölümü haberleşme vericisinden başka yüklere ayrılabilir. Yazılım bu potansiyel farkı solar surplus olarak raporlamaktadır.

Kaynak bu fazla gücün topluluk ölçeğinde aydınlatma veya su pompalama gibi amaçlara yönlendirilebileceğini örneklemektedir. Bu, gerçek bir saha enerji deneyinde ölçülen tasarruf değildir; analitik link-budget sonuçlarından türetilen planlama göstergesidir.

Türkiye açısından nasıl okunmalı?

Yazılım mimarisi yalnız Zimbabve'ye özgü değildir; ancak hazır arazi ve mevsim parametreleri Zimbabve için tanımlanmıştır. Kaynak başka bir Sahra-altı ülkeye uyarlamanın iki parametre eşleme tablosunun yerel değerlere göre değiştirilmesiyle mümkün olabileceğini belirtmektedir.

Türkiye için de aynı mantık geçerlidir fakat mevcut Highveld, Lowveld veya Eastern Highlands sınıfları doğrudan kullanılmamalıdır. RF tarafında Türkiye'deki hedef kırsal bölgenin gerçek Nakagami-m veya eşdeğer fading karakteristiklerinin, FSO tarafında ise yerel sis, aerosol, nem ve türbülans koşullarını temsil eden Gamma–Gamma parametrelerinin ayrıca belirlenmesi gerekir. Bu çalışma Türkiye için ölçülmüş kanal parametreleri sağlamamaktadır.

Çalışmanın söylediği ve söylemediği

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Analiz edilen üç haberleşme konfigürasyonu

Temel performans ölçütleri

Monte Carlo doğrulaması hangi kapsamda?

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

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

RIS eleman sayısında neden doygunluk oluşuyor?

Kaynağa göre RIS eleman sayısı büyüdükçe ilk hop güçlenmektedir; ancak belirli bir noktadan sonra sonraki bağlantı bölümü sistemin temel darboğazı hâline gelir. Bu nedenle RIS eleman sayısındaki artışın marjinal faydası düşmektedir.

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

Eastern Highlands neden çok daha zor?

Eastern Highlands için 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 hibrit linki kurtarmaya yetmediğini göstermek için kullanmaktadır. Önerilen çözüm seçenekleri arasında daha büyük RIS dizisine geçmek, daha elverişli yayılım sağlayan yükseltilmiş konum aramak veya servis performans hedefini değiştirmek bulunmaktadır.

Yazılımın raporlama sistemi

EXPORT REPORT düğmesi şu biçimde zaman damgalı dosya oluşturur:

RIS_Planning_Report_YYYYMMDD_HHMMSS.txt

Raporda önce ekran üzerindeki link-budget özeti, ardından seçilen SNR aralığındaki her SNR noktası için outage probability, ergodic capacity ve BER sayısal tablosu bulunmaktadır.

Kaynak bu çıktı biçimini satın alma dosyaları ve tasarım incelemeleri gibi pratik mühendislik süreçlerine uygun bir belge olarak tanımlamaktadır.

Temel model varsayımları ve sınırlılıklar

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

Gelecek geliştirmeler

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

Bunlar mevcut v1.0.0 sürümünün doğrulanmış özellikleri değildir; yazarların gelecek geliştirme hedefleridir.

Kaynak ve Yöntem Notu

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

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

Sorumlu yazar: Tinotenda Mzembi.

Eş birinci/eş katkı: Yüklenen çalışmada eş birinci veya 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, haberleşme sistemi modelleme ve kurulum planlama çalışması.

Yayın durumu: Bu çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir; sonuçları bu sınırlılık dikkate alınarak okunmalıdır.

Platform: SSRN.

Yıl: 2026.

SSRN abstract numarası: 7166813.

DOI: 10.2139/ssrn.7166813.

Dergi: Yüklenen sürüm için 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 veya daha yeni sürüm.

Ek toolbox: Gerekmemektedir.

İşletim sistemi: Windows, macOS veya Linux.

Lisans: MIT License.

Sürüm kontrolü: Git.

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

Temel doğrulama: Yazılımın kullandığı analitik ifadeler eşlik eden çalışmada SNR noktası başına 10⁵, seçilmiş noktalarda 10⁶ Monte Carlo kanal gerçekleşimi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Composite end-to-end outage ifadesi için kaynakta −10 ile +12 dB arasında %4 içinde uyum bildirilmektedir.

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

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

Saha doğrulaması: Bu yazılım çalışması yeni Zimbabve saha kanal ölçümleri sunmamaktadır. Arazi ve mevsim eşlemelerinin benzer yayımlanmış çevrelerden kalibre edildiği ve ülke içi ölçüm kampanyasının gelecekte yapılmasının planlandığı belirtilmektedir.

İlişkili kaynak: 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 olarak gösterilmektedir.

Companion manuscript: Kaynak ayrıca Tinotenda Mzembi ve 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 veya kişisel ilişki bulunmadığını beyan etmektedir.

Üretken yapay zekâ beyanı: Yazarlar makalenin hazırlanması sırasında taslak ve biçimlendirme desteği için Claude (Anthropic) kullandıklarını, sonrasında metni gözden geçirip düzenlediklerini ve 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 ve array-size sonuçları kullanılan analitik kanal modelleri ve parametre kabulleri altında elde edilmektedir.

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