Interference Alignment — Practical Challenges and Test-bed Implementation

Data traffic over wireless communication networks has experienced a tremendous growth in the last decade, and it is predicted to exponentially increase in the next decades. Enabling future wireless networks to fulfill this expectation is a challenging task both due to the scarcity of radio resources (e.g. spectrum and energy), and also the inherent characteristics of the wireless transmission medium. Wireless transmission is in general subject to two phenomena: fading and interference. The elegant interference alignment concept reveals that with proper transmission signalling design, different interference signals can in fact be aligned together, such that more radio resources can be assigned to the desired transmission. Although interference alignment can achieve a larger data rate compared to orthogonal transmission strategies, several challenges should be addressed to enable the deployment of this technique in future wireless networks For instance, to perform interference alignment, normally, global channel state information (CSI) is required to be perfectly known at all terminals. Clearly, acquiring such channel knowledge is a challenging problem in practice and proper channel training and channel state feedback techniques need to be deployed. In addition, since the channels are time-varying proper adaptive transmission is needed. This chapter review recent advances in practical aspects of interference alignment. It also presents recent test-bed implementations of signal processing algorithms for the realization of interference alignment.Comment: Book Chapter accepted for publication in the book entitled: Contemporary Issues in Wireless Communications, ISBN: 978-953-51-4101-3, Khatib, M. (Ed.), to be published by INTECH Publishers. Expected month of publication: November 201

Generalized detector as a spectrum sensor in cognitive radio networks

The implementation of the generalized detector (GD) in cognitive radio (CR) systems allows us to improve the spectrum sensing performance in comparison with employment of the conventional detectors. We analyze the spectrum sensing performance for the uncorrelated and spatially correlated receive antenna array elements. Addi¬tionally, we consider a practical case when the noise power at the output of GD linear systems (the preliminary and additional filters) is differed by value. The choice of the optimal GD threshold based on the minimum total error rate criterion is also discussed. Simulation results demonstrate superiority of GD implementation in CR sys¬tem as spectrum sensor in comparison with the energy detector (ED), weighted ED (WED), maximum-minimum eigenvalue (MME) detector, and generalized likelihood ratio test (GLRT) detecto

Performance Investigation of OFDM-FSO System under Diverse Weather Conditions of Bangladesh

Free space optical (FSO) communication systems which are deployed for last mile access, being considered as a suitable alternative technology for optical fiber networks. It is one of the emerging technologies for broadband wireless connectivity which has also been receiving growing attention due to high data rate transmission capability with low installation cost and license free spectrum. However, the widespread use of FSO technology has been hampered by the randomly time varying characteristics of propagation path mainly due to atmospheric turbulence, sensitivity to diverse weather conditions and the nonlinear responsivity of laser diode. This paper presents the performance investigation of an OFDM-FSO system over atmospheric turbulence channels under diverse weather conditions of Bangladesh. The channel is modeled with gamma-gamma distribution using 16-QAM modulation format and 4×4 multiple transceiver FSO system. All possible challenges are imposed on the system performance such as atmospheric attenuation, turbulence, pointing error, geometric loss etc. The refractive index structure parameter and atmospheric attenuation coefficient for different weather conditions are calculated by using the data, collected from Bangladesh Meteorological Department. The acquired results can be fruitful for scheming, forecasting and assessing the OFDM-FSO system’s ability to transmit wireless services over turbulent FSO links under actual conditions of Bangladesh

Solar Radiation Measurements

Obsahem bakalářské práce je návrh levného maticového snímače s fotodiodami BPW34 pro měření přímého a difúzního slunečního záření. V teoretické části je obsažen rozbor slunečního záření, jevy ovlivňující sluneční záření a rešerše přístrojů pro jeho měření. V praktické části je obsažen návrh a výběr vhodných součástek, následně jeho sestrojení a ověření funkčnosti realizovaného snímače v provozních podmínkách. Výsledky měření byly z důvodu chyby v návrhu sestaveného snímače nevyhodnotitelné a bylo změřeno pouze celkové sluneční záření. Závěr je věnován shrnutí naměřených výsledků a dalšímu postupu úpravy snímače.The aim of this thesis is to design a moderate matrix sensor equipped with photodiodes BPW34 which is used to measure direct and diffused solar radiation. The theoretical framework of the thesis is focused on the analysis of solar radiation, influencing phenomenon and devices used for measuring solar radiation. Practical part of the thesis includes design and selection of suitable parts followed by construction of the device and its testing in operating conditions. The irregularity in design of the sensor caused the error which led to the failure in evaluating of measurement. The overall solar radiation data was measured and evaluated. The conclusion is dedicated to the evaluation of results and possible future plans to redesign the device in order to correct the measurement of all required data.

Пространственно-временное разнесение сигналов в системах с широкополосным множественным доступом и кодовым разделением каналов

Transmit diversity under transmission of signals from the base station to mobile station using the code-division multiple-access (CDMA) system allows us obtaining the performance gains close to the mobile station receiver diversity without complexity of the mobile station receiver antenna array. The multipath diversity can be achieved using the pre-RAKE precoding at the transmitter that could be employed and there is no need to install the RAKE receiver at the mobile station. We investigate several transmitter diversity techniques employed by wideband CDMA (W-CDMA) systems. We also study a possibility to combine transmitter diversity and precoding that achieves the gain of maximum ratio combining of all space and frequency diversity branches jointly with long-term prediction algorithm. It was demonstrated that the performance of the space-time pre-RAKE method approaches the performance of the maximum ratio combining for all space and frequency diversity branches. It is shown that all closed loop methods depend on the long range prediction to approximate the ideal performance in the fast fading environment.Разнесение сигналов, передаваемых от базовой станции (центра управления полетом) к мобильной станции или летательному аппарату, например беспилотнику, используя систему с множественным доступом и кодовым разделением каналов, предоставляет возможность получать такую же вероятность ошибки на бит, как и в случае разнесенного приема сигналов без усложнения структуры антенной решетки приемной антенны летательного аппарата. Предварительное кодирование совместно с предварительной фильтрацией передаваемых сигналов с учетом знания информации о параметрах канала связи c многолучевым излучением передаваемого сигнала, порождающим замирания, выполняемое передающим устройством базовой станции, может применяться для обеспечения многолучевого распространения передаваемого сигнала без необходимости использования многоканального приемного устройства для разнесенных сигналов бортовой аппаратурой летательного аппарата. Мы изучаем возможность реализации нескольких методов разнесения сигналов, передаваемых от центра управления полетом к летательному аппарату, используя систему с широкополосным множественным доступом и кодовым разделением каналов. Мы также исследуем оптимальный метод для сочетания разнесения передаваемых сигналов и предварительного кодирования, который дает возможность получить вероятность ошибки на бит очень близкую к оптимальной вероятности ошибки на бит при оптимальном сложении разнесенных сигналов по всем пространственным и частотным каналам разнесенного приема. Мы используем алгоритм долгосрочного прогнозирования параметров канала связи с целью адаптации рассматриваемых методов к условиям быстрого изменения во времени параметров канала связи с замираниями при многолучевом излучении передаваемых сигналов

Free Space Optical Communication

Communication is key to day to day activities for all companies and people. Wireless communication has made us expect more from our tools. Radio Frequency has been the preferred medium for a couple decades, but there is a need for faster secure communication. Free Space Optical Communication is an alternate wireless communication system which uses optics to create a link. It utilizes low-power and converts an analog signal into digital pulses which are transmitted across space to a receiver. Its only caveat is its vulnerability under atmospheric obstacles. The goal of this project is to create a free space optical transmitter and receiver link that can circumvent the attenuation inherent in adverse weather conditions such as fog presence. The target requirement for the system is to enable multiple wavelength transmission at safe power levels through non-optimal conditions with minimal errors in the link. The receiver reads the signal as a current input which is amplified to establish an optical link. The integration of optical wavelengths will improve the quality of transmission. The system will strive to minimize signal attenuation from atmospheric obstacles such as fog. This solution will offer customers an alternative wireless medium to Radio Frequency in which Free Space Optical Communication offers a higher bandwidth link at faster speeds while consuming less power. It also offers the same high speed bandwidth seen today in fiber optic cables at a fraction of the cost due to the free space element which eliminates physical wires. Intuitive FSO systems that combine these specifications with a potential transmission distance of up to 2 kilometers will prove to be lucratively successful in industry. The end result will enable more widespread adoption of FSO technology in addition to securing cheap, smaller community footprint data handling for customers of nearly all business structures. Customers will benefit from an ecologically resilient wireless communication option that ensures security and transmission at competitive speeds

CРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОТНОШЕНИЯ МОЩНОСТИ НЕСУЩЕЙ СИГНАЛА К УРОВНЮ ПОМЕХИ ПЛЮС ШУМ ПРИ ОПТИМАЛЬНОМ УПЛОТНЕНИИ КАНАЛОВ И СУММИРОВАНИИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО ВЗВЕШЕННЫХ СИГНАЛОВ КАЖДОГО КАНАЛА

Comparison between two common spatial combining algorithms, namely, optimal combining (OC) and maximal ratio combining (MRC) is carried out based on definition of a gain ratio. The receive carrier-to-interference plus noise ratio (CINR) is applied in Raleigh fading wireless communication systems to define the gain CINROC/CINRMRC with multiple interferences when the generalized approach to signal processing in noise is employed. The exact expression for the probability density function (pdf) and analytical solution for the average gain CINROC/CINRMRC in the case of a single interference is derived. For multiple interferences Monte-Carlo simulation to define the pdf and gain CINROC/CINRMRC is used. Additionally, an upper bound to the gain CINROC/CINRMRC to determine when the OC will exhibit significant gains over MRC is derived.Проводится статистический анализ между двумя общеизвестными алгоритмами пространственного уплотнения (АПУ) каналов, алгоритмом оптимального уплотнения (АОУ) каналов и алгоритмом суммирования дифференциально взвешенных сигналов (АСДВС) каждого канала, путем определения отношения сигнал/помеха+шум (С/П+Ш). При наличии pэлеевских замираний в каналах связи в условиях помех разного класса определяется коэффициент Z между (С/П+Ш)АОУ и (С/П+Ш)АСДВС, позволяющий отдать предпочтение тому или иному АПУ каналов. При наличии помехи одного вида представлены точные аналитические решения для плотности распределения вероятностей и математического ожидания коэффициента Z. Если присутствует несколько видов помехи, плотность распределения вероятностей коэффициента Z определяется Монте-Карло моделированием, и математическое ожидание плотности распределения вероятностей представляется в интегральной форме. Определена верхняя граница , определяющая условия, когда (С/П+Ш)АОУ >>С/П+Ш)АСДВС

Processing of orthogonal frequency-compensated signals transmitted via communication channels with fading

В работе проводится математический анализ вероятностных характеристик сигналов, передаваемых по уплотненным каналам связи с ортогональным частотным разделением при наличии замираний в канале связи, подчиняющихся закону распределения Накагами-m. В отличие от предыдущих исследований в настоящей работе рассматривается воздействие неоднородного распределения фазы замираний в канале связи на вероятность ошибок приема сигналов. Представлено унифицированное математическое выражение производящей функции моментов для коэффициентов замираний в канале связи в частотной области, распределенных в соответствии с законом Накагами-m с неоднородными распределениями фазы. Таким образом, классические методы определения производящей функции моментов могут непосредственно использоваться для определения точного математического представления вероятности ошибки приема сигналов при различных видах модуляции и разнесении сигналов. The mathematical analysis of the probabilistic characteristics of signals transmitted through compressed communication channels with orthogonal frequency separation in the presence of fading in the communication channel obeying the Nakagami-m distribution law is carried out in the paper. In contrast to previous studies, the effect of a non-uniform distribution of the fading phase in a communication channel on the probability of signal reception errors is examined. A unified mathematical expression of the generating function of moments is presented for the fading coefficients in the communication channel in the frequency domain, distributed in accordance with the Nakagami-m law with non-uniform phase distributions. Thus, the classical methods for determining the generating function of moments can be directly used to determine the exact mathematical representation of the probability of error receiving signals for various types of modulation and diversity of signals

Diversity signal processing over Weibull fading channels

Целью настоящей работы является рассмотрение характеристик L-канальных EGC и MRC приемников с линейным суммированием сигналов равной мощности и суммированием дифференциально взвешенных сигналов каждого канала при наличии независимых, не обязательно идентично распределенных, и коррелированных замираний Вейбулла в канале связи при разнесенном приеме сигналов, основанное на определении моментов высокого порядка для случайных параметров, а также определение среднего значения сигнал/помеха на выходе приемника, степени замирания, спектральной эффективности в области слабых сигналов, вероятности отказа и средней вероятности ошибок на символ как для когерентных, так и для некогерентных схем модуляции сигнала. Исследование проводилось на основе метода определения производящей функции моментов отношения сигнал/помеха и аппроксимации Паде. В рассматриваемой модели беспроводной системы связи и каналах предполагается, что помехи во входных каналах приемника не зависят от сигнала и некоррелированные между собой, а параметры канала связи мeдленно изменяются во времени, так что фаза сигнала может быть определена без затруднений. Результатом проведенных исследований является определение средней вероятности ошибки на символ для 2-канальных EGC и MRC приемников при коррелированных замираниях Вейбулла. Результаты компьютерного моделирования представлены для сравнения с численными результатами с целью определения точности предлагаемой аппроксимации Паде, демонстрируют высокую степень совпадения и подтверждают достоверность и точность предлагаемого теоретического подхода