Analysis performance of wavelet OFDM in mobility platforms

Wavelet orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is one of the medium access techniques recommended by the IEEE 1901 working group for broadband communications over electrical networks, and is under consideration for IoT applications. This standard provides a flexible architecture supporting integrated access, smart grid, building, in-home, and mobility platform (vehicle) applications. Wavelet OFDM is a filter bank multicarrier system based on the extended lapped transform, in which the transmitting and receiving filters are obtained from a waveform provided by the standard. In this paper, we explore system performance when other waveforms are employed, studying the trade-off between stopband attenuation and transition band width. Furthermore, an alternative and more efficient way of obtaining the theoretical expressions of the achievable data rate is shown, assuming realistic power line communication noise other than additive white Gaussian noise. To demonstrate the capabilities of wavelet OFDM, the results of simulation of the symbol error rate and the data rate in several systems in platform scenarios (in-vehicle and in-aircraft) are shown.Comunidad de MadridUniversidad de Alcal

MC-DS-CDMA System based on DWT and STBC in ITU Multipath Fading Channels Model

 في هذه الورقة، تم تحسين أداء النفوذ المتعدد بالتقسيم لرمز السلسلة المباشر متعدد الموجات (MC-DS-CDMA) في تطبيقات MC-DS-CDMA الثابتة والتطبيقات MC-DS-CDMA  المتنقلة باستعمال تعويضات التشفير الزمنية الفضائية وتحويل فورير السريعة المنفصلة (FFT) أو تحويل المويجات المنفصلة DWT. وقد تمت محاكاة أنظمة MC-DS-CDMA  باستخدام ماتلاب 2015a. من خلال محاكاة النظام المقترح، يمكن تغيير المعالم المختلفة واختبارها. ويتم الحصول على معدل خطأ البيانات (BER) لهذه الأنظمة على مدى واسع من نسبة الإشارة إلى الضوضاء. وقد قورنت جميع نتائج المحاكاة مع بعضها البعض باستخدام حجم الموجة الحاملة الفرعية المختلفة FFT أو DWT مع ل STBC 1،2،3 و 4 هوائيات في المرسل وفي مختلف قنوات الخبو في متعددة الممرات ITU ومختلف ترددات دوبلر (fd).In this paper, the performance of multicarrier direct sequence code division multiple access (MC-DS-CDMA) in fixed MC-DS-CDMA and Mobile MC-DS-CDMA applications have been improved by using the compensations of space time block coding and Discrete Fast Fourier transforms (FFT) or Discrete Wavelets transform DWT. These MC-DS-CDMA systems had been simulated using MATLAB 2015a. Through simulation of the proposed system, various parameters can be changed and tested. The Bit Error Rate (BERs) of these systems are obtained over wide range of signal to noise ratio. All simulation results had been compared with each other using different subcarrier size of FFT or DWT with STBC for 1,2,3 and 4 antennas in transmitter and under different ITU multipath fading channels and different Doppler frequencies (fd). The proposed structures of STBC-MC-DS-CDMA system based on (DWT) batter than based on (FFT) in varies Doppler frequencies and subcarrier size. Also, proposed system with STBC based on 4 transmitters better than other systems based on 1 or 2 or 3 transmitters in all Doppler frequencies and subcarrier size in all simulation results

Diseño de Arquitecturas Eficientes Heterogéneas para Comunicaciones de Banda Ancha sobre Redes Eléctricas

Para establecer la comunicación a través de la red eléctrica (PLC), el estándar IEEE 1901/2010 propone como técnica de acceso al medio las modulaciones multiportadora basadas en bancos de filtros (FBMC). Sin embargo, una desventaja que presentan las comunicaciones a través de la red eléctrica es el canal de comunicación, el cual contiene considerable ruido y notables interferencias. No obstante, el uso de técnicas de estimación de canal permite obtener un modelo de canal PLC para compensar, mediante un igualador de canal, los efectos no deseados introducidos por el canal. Esto hace que el sistema sea más complejo y requiera de una mayor carga computacional, sobre todo en la etapa de recepción. Por esta razón, se va a llevar a cabo un estudio de diferentes arquitecturas para su implementación. Esta tesis presenta el diseño de arquitecturas heterogéneas para comunicaciones PLC de banda ancha. Para ello, se lleva a cabo un análisis de la técnica de acceso al medio que se va a utilizar, así como de las técnicas de estimación e igualación de canal. Este análisis describe matemáticamente cada una de las etapas que componen el sistema FBMC, tanto la etapa de transmisión, como la de recepción. Entre los métodos de estimación de canal se han seleccionado los que presentan menor carga computacional, como son los estimadores basados en mínimos cuadrados (LS). Por otro lado, entre las técnicas de igualación para sistemas multiportadora basadas en banco de filtros, se pueden encontrar los ecualizadores ASCET, los cuales presentan una arquitectura de filtros FIR para llevar a cabo la ecualización. Los dispositivos FPGA permiten soportar la carga computacional que presenta el sistema de forma considerable. Además, algunos SoC integran un procesador ARM junto con la FPGA, haciendo que la propuesta de la arquitectura heterogénea se plantee para los dispositivos de la familia Zynq® de Xilinx. Dentro de la arquitectura, aquellas partes con mayores exigencias temporales se implementarán en la lógica programable del dispositivo; por otro lado, las partes que presenten restricciones temporales más laxas se codificarán para que sean ejecutadas en el procesador, definiendo así la arquitectura mixta HW/SW. Cada uno de los bloques que compone la parte hardware de la arquitectura serán modelados mediante herramientas de síntesis de alto nivel (HLS). Por otro lado, con el fin de obtener un consumo de recursos hardware eficiente se realiza un estudio del datapath para ajustar el ancho de palabra a los bloques DSP del dispositivo. Para las partes software de la arquitectura se describirán los métodos de aceleración disponibles en el dispositivo. Cabe destacar que se hace uso de la unidad vectorial NEON para acelerar ciertos cálculos complejos como la FFT. Además, la implementación software se extiende para usar todos los núcleos disponibles del procesador con el fin de alcanzar una mayor aceleración. Esto se realiza para los dispositivos Zynq® 7000 con uno y dos núcleos, y para Zynq® UltraScale+ con uno, dos y cuatro núcleos, estableciendo los mecanismos de comunicación entre núcleos para ambos caso

Inferring Power Grid Information with Power Line Communications: Review and Insights

High-frequency signals were widely studied in the last decade to identify grid and channel conditions in PLNs. PLMs operating on the grid's physical layer are capable of transmitting such signals to infer information about the grid. Hence, PLC is a suitable communication technology for SG applications, especially suited for grid monitoring and surveillance. In this paper, we provide several contributions: 1) a classification of PLC-based applications; 2) a taxonomy of the related methodologies; 3) a review of the literature in the area of PLC Grid Information Inference (GII); and, insights that can be leveraged to further advance the field. We found research contributions addressing PLMs for three main PLC-GII applications: topology inference, anomaly detection, and physical layer key generation. In addition, various PLC-GII measurement, processing, and analysis approaches were found to provide distinctive features in measurement resolution, computation complexity, and analysis accuracy. We utilize the outcome of our review to shed light on the current limitations of the research contributions and suggest future research directions in this field.Comment: IEEE Communication Surveys and Tutorials Journa

Diseño e implementación de técnicas de sincronización, estimación e igualación de canal para PLC

Los sistemas de comunicaciones PLC (Power Line communications) han despertado en los últimos años un gran interés investigador, existiendo ya algunas propuestas comerciales para conectividad multimedia en el hogar, y están jugando un papel importante en el desarrollo de las redes de distribución inteligentes de energía (Smart Grids). Al mismo tiempo han supuesto un cambio en la sociedad actual, siendo uno de los medios más importantes para proporcionar soporte de banda ancha para la transmisión de datos. El hecho de tratarse de un medio con un coste muy bajo de instalación al utilizar la red eléctrica ya existente en la mayoría de entornos públicos interiores (edificios, viviendas, fábricas, industrias, etc.) es una de sus principales ventajas. El canal PLC presenta ciertas particularidades, como son el fuerte desvanecimiento selectivo en frecuencia, la mayor duración efectiva del canal, así como la caracterización del ruido del canal en ruido de fondo y en tres tipos de ruido impulsivo. El estándar IEEE 1901-2010 propone el uso de Wavelet-OFDM como técnica de acceso al medio. Esta técnica permite mejorar la eficiencia espectral del sistema al definir mejor en frecuencia las subportadoras y, por tanto, reduce las emisiones fuera de la banda de emisión. Wavelet-OFDM introduce un filtrado por cada subportadora tras la DCT-IV, conocido como filtro prototipo. Este filtrado hace que símbolos consecutivos se solapen en el dominio del tiempo. El primer objetivo de la tesis es proponer un algoritmo robusto de sincronismo temporal en sistemas PLC de banda ancha, empleado como técnica de acceso al medio Wavelet-OFDM. Dicho algoritmo propone el uso de conjuntos complementarios de secuencias multinivel como símbolo piloto, debido a las propiedades óptimas de correlación que presentan éstas, haciendo posible realizar una sincronización precisa en el receptor. En segundo lugar, se analizan posibles métodos de igualación y estimación de canal para compensar los efectos que se introducen en la transmisión PLC. Para ello es necesario el estudio de diversas técnicas de transmisión, como la inserción del prefijo cíclico y el zero-padding, para seleccionar la que mejor se ajuste a las especificaciones. Al igual que antes para el sincronismo, los algoritmos propuestos para estimación e igualación de canal se basan en el empleo de secuencias Zadoff-Chu como símbolos piloto en los preámbulos de la transmisión PLC. Finalmente, se presenta una arquitectura eficiente basada en FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) para la implementación en tiempo real del algoritmo de sincronismo propuesto, junto con otra para la estimación e igualación del canal, susceptibles de ser integradas en un hipotético receptor PLC que emplea como técnica de acceso al medio Wavelet-OFDM

Diseño de una arquitectura para un enlace PLC de banda ancha de alta velocidad para entornos vehiculares o aeroespaciales

Este trabajo tiene como finalidad realizar comunicaciones PLC de banda ancha y alta velocidad en entornos vehiculares o aeroespaciales. Para ello, se utiliza la técnica de acceso al medio FBMC recomendada por el estándar IEEE 1901-2010 para comunicaciones PLC. Para la etapa de conversión se utilizan dos Analog Front-End que constan de conversores AD/DA, pero un único bus de datos bidireccional. Es por tanto necesario realizar una arquitectura que conste de dos drivers, que configuren un AFE como transmisor y otro como receptor; una interfaz para interactuar entre todos los módulos del diseño y un módulo de Sincronismo para determinar el inicio de la comunicación entre el transmisor y el receptor del transmultiplexor FBMC. La arquitectura se realizará en una FPGA y será integrada en un SoC para su gestión avanzada.The purpose of this work is to carry out high-speed broadband PLC communications in vehicular or aerospace environments. For this purpose, FBMC is used as medium access technique, as recommended by the IEEE 1901 standard for PLC communications. For the conversion stage, two Analog Front-End are used, consisting of AD/DA converters, but a single bidirectional data bus. It is therefore necessary to make an architecture consisting of two drivers, configuring one AFE as a transmitter and another as a receiver, an interface to interact between all modules of the design and a Synchronism module to determine the start of communication between the transmitter and receiver of the transmultiplexor FBMC. The architecture will be implemented in an FPGA and integrated in a SoC for its advanced management.Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación (M125

Bioinspired metaheuristic algorithms for global optimization

This paper presents concise comparison study of newly developed bioinspired algorithms for global optimization problems. Three different metaheuristic techniques, namely Accelerated Particle Swarm Optimization (APSO), Firefly Algorithm (FA), and Grey Wolf Optimizer (GWO) are investigated and implemented in Matlab environment. These methods are compared on four unimodal and multimodal nonlinear functions in order to find global optimum values. Computational results indicate that GWO outperforms other intelligent techniques, and that all aforementioned algorithms can be successfully used for optimization of continuous functions

Experimental Evaluation of Growing and Pruning Hyper Basis Function Neural Networks Trained with Extended Information Filter

In this paper we test Extended Information Filter (EIF) for sequential training of Hyper Basis Function Neural Networks with growing and pruning ability (HBF-GP). The HBF neuron allows different scaling of input dimensions to provide better generalization property when dealing with complex nonlinear problems in engineering practice. The main intuition behind HBF is in generalization of Gaussian type of neuron that applies Mahalanobis-like distance as a distance metrics between input training sample and prototype vector. We exploit concept of neuron’s significance and allow growing and pruning of HBF neurons during sequential learning process. From engineer’s perspective, EIF is attractive for training of neural networks because it allows a designer to have scarce initial knowledge of the system/problem. Extensive experimental study shows that HBF neural network trained with EIF achieves same prediction error and compactness of network topology when compared to EKF, but without the need to know initial state uncertainty, which is its main advantage over EKF