Energy-efficient wireless communication

In this chapter we present an energy-efficient highly adaptive network interface architecture and a novel data link layer protocol for wireless networks that provides Quality of Service (QoS) support for diverse traffic types. Due to the dynamic nature of wireless networks, adaptations in bandwidth scheduling and error control are necessary to achieve energy efficiency and an acceptable quality of service. In our approach we apply adaptability through all layers of the protocol stack, and provide feedback to the applications. In this way the applications can adapt the data streams, and the network protocols can adapt the communication parameters

Energy-efficient adaptive wireless network design

Energy efficiency is an important issue for mobile computers since they must rely on their batteries. We present an energy-efficient highly adaptive architecture of a network interface and novel data link layer protocol for wireless networks that provides quality of service (QoS) support for diverse traffic types. Due to the dynamic nature of wireless networks, adaptations are necessary to achieve energy efficiency and an acceptable quality of service. The paper provides a review of ideas and techniques relevant to the design of an energy efficient adaptive wireless networ

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

High-Speed Communications Over Polymer Optical Fibers for In-Building Cabling and Home Networking

This paper focuses on high-speed cabling using polymer optical fibers (POF) in home networking. In particular, we report about the results obtained in the POF-ALL European Project, which is relevant to the Sixth Framework Program, and after two years of the European Project POF-PLUS, which is relevant to the Seventh Framework Program, focusing on their research activities about the use of poly-metyl-metha-acrilate step-index optical fibers for home applications. In particular, for that which concerns POF-ALL, we will describe eight-level pulse amplitude modulation (8-PAM) and orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) approaches for 100-Mb/s transmission over a target distance of 300 m, while for that which concerns POF-PLUS, we will describe a fully digital and a mixed analog-digital solution, both based on intensity modulation direct detection, for transmitting 1 Gb/s over a target distance of 50 m. The ultimate experimental results from the POF-ALL project will be given, while for POF-PLUS, which is still ongoing, we will only show our most recent preliminary results

Joint On-the-Fly Network Coding/Video Quality Adaptation for Real-Time Delivery

This paper introduces a redundancy adaptation algorithm for an on-the-fly erasure network coding scheme called Tetrys in the context of real-time video transmission. The algorithm exploits the relationship between the redundancy ratio used by Tetrys and the gain or loss in encoding bit rate from changing a video quality parameter called the Quantization Parameter (QP). Our evaluations show that with equal or less bandwidth occupation, the video protected by Tetrys with redundancy adaptation algorithm obtains a PSNR gain up to or more 4 dB compared to the video without Tetrys protection. We demonstrate that the Tetrys redundancy adaptation algorithm performs well with the variations of both loss pattern and delay induced by the networks. We also show that Tetrys with the redundancy adaptation algorithm outperforms FEC with and without redundancy adaptation