المجلة الدولية للعلوم والتقنية

International Science and Technology Journal

الرئيسية < البحوث والدراسات < تفاصيل بحث أو دراسة

Beam Split Mitigation in RIS-Aided Wideband THz Communications using parallel SPDP architecture

الملخص
تعد أنظمة الاتصالات في نطاق التيراهيرتز (THz) من التقنيات الواعدة التي تتيح تحقيق معدلات نقل بيانات عالية في شبكات الجيل القادم. ومع ذلك، تواجه هذه الأنظمة تحديات كبيرة، من أبرزها الفقد العالي في الإشارة وتأثير انقسام الحزمة في الأنظمة واسعة النطاق، والذي ينتج عن التغير في الطور مع التردد. وقد تم اقتراح استخدام الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS) كحل فعال لتحسين جودة الإشارة من خلال التحكم في انعكاس الموجات، إلا أن الأنظمة التقليدية المعتمدة على إزاحة الطور فقط لا تزال تعاني من ضعف الأداء في البيئات واسعة النطاق. تهدف هذه الورقة البحثية إلى تحسين أداء أنظمة الاتصالات المدعومة ب RIS من خلال تقليل تأثير انقسام الحزمة وتحقيق محاذاة دقيقة للإشارة عبر مختلف الترددات. كما يسعى إلى تقييم أداء النظام باستخدام عدة مؤشرات، مثل معدل الإرسال، واحتمالية التغطية، واحتمالية الانقطاع، وكفاءة الطاقة، تحت ظروف تشغيل مختلفة. ولتحقيق ذلك، تم اعتماد بنية الطور -التأخير الطور (PSPD)التي تجمع بين إزاحة الطور ووحدات التأخير الزمني لتعويض التغيرات المعتمدة على التردد. بالإضافة إلى ذلك، تم اقتراح نظام مطور يعتمد على استخدام سطحين RIS بشكل متوازي، بهدف الاستفادة من تعدد مسارات الانتشار، مما يساهم في تعزيز قوة الإشارة المستقبلة وتحسين موثوقية الاتصال. أظهرت نتائج المحاكاة أن البنية المقترحة (SPDP) تُخفف بفعالية من تأثير انقسام الحزمة وتحقق محاذاة دقيقة للحزمة عبر جميع الحوامل الفرعية، مما يؤدي إلى تحسين ملحوظ في معدل الإرسال القابل للتحقيق. علاوةً على ذلك، يتفوق التكوين المقترح الذي يعتمد على سطحين ذكيين قابلين لإعادة التشكيل (RISs) موصولين على التوازي على النظام التقليدي المعتمد على سطح ذكي واحد، وذلك من خلال تحقيق معدلات إرسال أعلى، وتحسين احتمالية التغطية، وخفض احتمالية الانقطاع، وتعزيز كفاءة الطاقة، وتوسيع نطاق التغطية الاتصالية، مما يجعله حلاً واعدًا لأنظمة الاتصالات المستقبلية عريضة النطاق العاملة في نطاق التيراهيرتز.................. الكلمات المفتاحية:............. ترددات التيراهرتز (THz)، الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS)، ظاهرة انقسام الحزمة، بنية الطور–التأخير–الطور ذات الاتصال الجزئي (SPDP)، الترميز المسبق عريض النطاق، الأسطح الذكية المتوازية.
Abstract
Terahertz (THz) communication systems are considered a promising technology for achieving high data rates in next-generation wireless networks. However, these systems face several challenges, including severe signal attenuation and the beam split effect in wideband scenarios, which is caused by frequency-dependent phase variations. Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) have been introduced as an effective solution to enhance signal quality by intelligently controlling wave reflections. Nevertheless, conventional phase-only RIS designs still suffer from performance degradation in wideband environments. This paper aims to enhance the performance of RIS-assisted communication systems by mitigating the beam-split effect and improving beam alignment across different frequencies. Phase Delay Phase (SPDP) architecture is employed to compensate for frequency-dependent effects. In addition, a dual-RIS configuration is proposed to exploit multiple propagation paths, improving the received signal strength, communication reliability, and overall system performance in terms of achievable rate, coverage probability, outage probability, and energy efficiency. Simulation results demonstrate that the proposed SPDP architecture effectively mitigates the beam split effect and achieves accurate beam alignment across all subcarriers, leading to a significant improvement in the achievable rate. Moreover, the proposed parallel two-RIS configuration outperforms the conventional single-RIS system by providing higher achievable rates, improved coverage probability, lower outage probability, enhanced energy efficiency, and extended communication coverage, making it a promising solution for future wideband THz communication systems.................. Keywords:.............. Terahertz (THz), Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS), Beam Split Effect, Sub-Connected Phase–Delay–Phase (SPDP), Wideband Precoding, Parallel RIS.