Double-Frame Current Control with a Multivariable PI Controller and Power Compensation forWeak Unbalanced Networks

The handling of weak networks with asymmetric loads and disturbances implies the accurate handling of the second-harmonic component that appears in an unbalanced network. This paper proposes a classic vector control approach using a PI-based controller with superior decoupling capabilities for operation in weak networks with unbalanced phase voltages. A synchronization method for weak unbalanced networks is detailed, with dedicated dimensioning rules. The use of a double-frame controller allows a current symmetry or controlled imbalance to be forced for compensation of power oscillations by controlling the negative current sequence. This paper also serves as a useful reminder of the proper way to cancel the inherent coupling effect due to the transformation to the synchronous rotating reference frame, and of basic considerations of the relationship between switching frequency and control bandwidth.Comment: 17 pages, contribution to the 2014 CAS - CERN Accelerator School: Power Converters, Baden, Switzerland, 7-14 May 201

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol

Multiband Spectrum Access: Great Promises for Future Cognitive Radio Networks

Cognitive radio has been widely considered as one of the prominent solutions to tackle the spectrum scarcity. While the majority of existing research has focused on single-band cognitive radio, multiband cognitive radio represents great promises towards implementing efficient cognitive networks compared to single-based networks. Multiband cognitive radio networks (MB-CRNs) are expected to significantly enhance the network's throughput and provide better channel maintenance by reducing handoff frequency. Nevertheless, the wideband front-end and the multiband spectrum access impose a number of challenges yet to overcome. This paper provides an in-depth analysis on the recent advancements in multiband spectrum sensing techniques, their limitations, and possible future directions to improve them. We study cooperative communications for MB-CRNs to tackle a fundamental limit on diversity and sampling. We also investigate several limits and tradeoffs of various design parameters for MB-CRNs. In addition, we explore the key MB-CRNs performance metrics that differ from the conventional metrics used for single-band based networks.Comment: 22 pages, 13 figures; published in the Proceedings of the IEEE Journal, Special Issue on Future Radio Spectrum Access, March 201

On-board processing satellite network architecture and control study

The market for telecommunications services needs to be segmented into user classes having similar transmission requirements and hence similar network architectures. Use of the following transmission architecture was considered: satellite switched TDMA; TDMA up, TDM down; scanning (hopping) beam TDMA; FDMA up, TDM down; satellite switched MF/TDMA; and switching Hub earth stations with double hop transmission. A candidate network architecture will be selected that: comprises multiple access subnetworks optimized for each user; interconnects the subnetworks by means of a baseband processor; and optimizes the marriage of interconnection and access techniques. An overall network control architecture will be provided that will serve the needs of the baseband and satellite switched RF interconnected subnetworks. The results of the studies shall be used to identify elements of network architecture and control that require the greatest degree of technology development to realize an operational system. This will be specified in terms of: requirements of the enabling technology; difference from the current available technology; and estimate of the development requirements needed to achieve an operational system. The results obtained for each of these tasks are presented

Asynchronous performance analysis of a single-phase capacitor-start, capacitor-run permanent magnet motor

This work presents a detailed analysis of the asynchronous torque components (average cage, magnet braking torque and pulsating) for a single-phase capacitor-start, capacitor-run permanent magnet motor. The computed envelope of pulsating torque superimposed over the average electromagnetic torque leads to an accurate prediction of starting torque. The developed approach is realized by means of a combination of symmetrical components and d-q axes theory and it can be extended for any m-phase AC motor - induction, synchronous reluctance or synchronous permanent magnet. The resultant average electromagnetic torque is determined by superimposing the asynchronous torques and magnet braking torque effects

Detection and Combining Techniques for Asynchronous Random Access with Time Diversity

Asynchronous random access (RA) protocols are particularly attractive for their simplicity and avoidance of tight synchronization requirements. Recent enhancements have shown that the use of successive interference cancellation (SIC) can largely boost the performance of these schemes. A further step forward in the performance can be attained when diversity combining techniques are applied. In order to enable combining, the detection and association of the packets to their transmitters has to be done prior to decoding. We present a solution to this problem, that articulates into two phases. Non-coherent soft-correlation as well as interference-aware soft-correlation are used for packet detection. We evaluate the detection capabilities of both solutions via numerical simulations. We also evaluate numerically the spectral efficiency achieved by the proposed approach, highlighting its benefits.Comment: 6 pages, 7 figures. Work has been submitted to the 11th International ITG Conference on Systems, Communications and Coding 201