Location-aware and Cooperative Communication in an OFDM based Ultra-wideband Radio System

Die auf dem orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) basierende Ultra-Breitband-(UWB, Ultra-wideband) Technologie stellt eine verheißungsvolle Technologie dar, um hohe Datenübertragungsraten und Lokalisierungs- und deren Tracking-Anwendungen zu realisieren. Im Gegensatz zu anderen Systemen ist die Reichweite von OFDM UWB Systemen durch eine strenge Regulierung sehr stark begrenzt. Darüber hinaus ist die Lokalisierung nicht zufriedenstellend. Damit sind bereits die beiden größten Nachteile im Bezug auf bestehende OFDM UWB System benannt. Die Motivation und Hauptaufgabe dieser Arbeit ist damit die Lösung der eben genannten Nachteile. Es wird ein OFDM UWB System vorgestellt, das Space Frequency Block Coding (SFBC) und FFH OFDM miteinander verbindet. Dieses vereinte System wertet die räumliche und frequentielle Diversität eines OFDM-Symbols aus und zeigt dabei eine hohe Güte in der Punkt-zu-Punkt Kommunikation. Beim Design von kooperativen UWB-Systemen wird ein AF-(Amplify-and-Forward) basiertes echtzeitfähriges SFBC-TFC (Time Frequency Code) Protokoll vorgestellt. In Kombination mit den oben genannten Strategien, kann eine Erhöhung in den Reichweite von OFDM UWB Systemen erreicht werden. In den Ausführungen zur Ortung anhand von OFDM UWB Signalen wird ein Algorithmus entwickelt, der aufgrund einer Kanalschätzung eine Minimierung des Phasenversatzes zwischen geschätztem und realem Kanal im Frequenzbereich durchführt. Diese Minimierung erwirkt eine Unterdrückung der Energie am Ende der Kanalimpulsantwort (CIR, Channel Impulse Response) im Zeitbereich. Zum Zweck der einfachen Implementierbarkeit wird das RTT (Round-Trip-Time) Messprotokoll in WiMedia UWB Systemen dahingehend verändert, dass das mobile Gerät keine Minimierung vornimmt. Es leitet seine Informationen an das mit ihm Kommunizierende, stationäre Gerät weiter, das direkt den gesamten Zeitversatz innerhalb des RTT berechnet. Der vorgeschlagene Algorithmus und das vorgeschlagene Protokoll haben ein besseres Ortungsvermögen als bekannte UWB Lokalisierungsprozeduren und bedürfen nur etwas zusätzlicher Berechnungsleistung. Diese Arbeit zeigt, dass Systeme mit hohen Datenraten wie OFDM UWB auch eine gute Lokalisierungsgenauigkeit erreichen können. Zusätzlich ist die Schwachstelle einer limitierten Reichweite ebenso kompensiert worden. Diese Erweiterungen dienen der Entwicklung von nützlichen UWB-Applikationen und sichern den Anteil der OFDM UWB Technik im Markt der drahtlosen Kommunikationssysteme der Zukunft.The Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based Ultra-wideband (UWB) is one of the most promising technologies for high data rate transmission and localization and tracking applications. However, the restricted transmit power causes a shorter communication range compared to other indoor radio systems. In addition, the ranging functionality is still not well supported by the current OFDM based UWB technology. These two drawbacks are the main disadvantages existing in the current OFDM UWB systems. To get rid of the two drawbacks, is the motivation and main task of this thesis. Within the scope of this thesis, a joint design of Space Frequency Block Coding (SFBC) with Fast Frequency Hopping (FFH) OFDM scheme is investigated in a multiple antenna OFDM UWB system. The joint scheme is able to exploit spatial and frequency domain diversity within one OFDM symbol, and can improve the data transmission quality in point-to-point communication. To the cooperative communication in UWB systems, an Amplify-and-Forward (AF) based distributed SFBC-TFC (Time Frequency Code) protocol is designed. In combination with the aforementioned strategies an increase in the communication range is achieved. Within the scope of this thesis, accurate ranging schemes for the OFDM UWB systems are designed. Fine ToA detection method based on the estimated channel is developed. The fine ToA is estimated by minimizing the accumulated energy of the tail taps of the estimated Channel Impulse Response (CIR). For the purpose of a feasible implementation, the Round-Trip-Time (RTT) measurement protocol in [WiM09] is modified in a way that the complicated computational tasks are burden onto the powerful device. The proposed fine ToA detection method and modified RTT protocol provides an accurate ranging capability and ensures feasible implementation to the MB-OFDM UWB systems. In carrying out this scheme, only some computational tasks are needed, no extra hardware support is required. It is shown in this thesis, OFDM UWB systems with very high data rate transmission and good ranging capability could be achieved, and the weakness of limited communication range is also compensated. These improvements will cause the rise of more valuable UWB applications for customers and ensures a bright future for the OFDM UWB technique

Architectures and Novel Functionalities for Optical Access OFDM Networks "Arquitecturas y Nuevas Funcionalidades para Redes OFDM de Acceso Óptico"

En los últimos años ha habido un gran aumento en el despliegue de redes de acceso ópticas de fibra hasta el hogar (FTTH, del inglés fibre-to-the home). FTTH es una solución flexible, una tecnología de acceso de futuro que permite proporcionar tasas de datos del orden de Gbit/s por ususario. Diversos estudios indican que FTTH se convertirá en la diferencia clave entre los operadores más importantes. Además, FTTH es la única tecnolotgía capaz de crear nuevas fuentes de ingresos de aplicaciones de alta velocidad, como por ejemple entretenimiento de alta definición (vído y juegos de alta definición...) Dede el punto de vista del operador, una de las vientajas importantes que proporciona FTTH es que permite una mayor eficiencia operativa en coparción con otras tecnologías de acceso, principalmente por la reducción de costes de mantenimiento y de operación. Además, FTTH reduce los requisitos de los equipos de las centrales. Esta tesis doctoral tiene como ojetivo extender estas ventajas más allá del concepto FTTH mediante la integración de la red óptica de distribución desplegada dentro del hogar así como el enlace radio final de corto o medio alcance inalámbrico. Esto proporciona una arquitctura de red FFTH integrada de extremo a extremo. De este modo, los beneficios de la reducción de costes operativos y mayor eficiencia se extienden hasta el usuario final de la red. En esta tesis doctoral, se propone una arqutectura de acceso integrada óptica-radio basada en la multiplexación por división ortogonal de fecuencia (OFDM, del inglés orthogonal frequency división multiplexing) para proporcionar diferentes servicios al usuario como Internet, teléfono/voz, televisión de lata definición, conexión inalámbrica y seguridad en el hogar. Las señales OFDM se utilizan en muchos estándares inalámbricos como las señales de banda ultraancha (UWB, del inglés ultra-wide band), WiMAX, LTE, WLAN, DVB-T o DAB. Estos formatos aprovechan las características intrínsecas de la modulación OFDM como su mayor inmunidad ante desvanecimiento multi-camino. Esta tesis incluye la propuesta y la demostración experimental de la transmisión simultánea y bi-direccional de señales OFDM multi-estándar en radio-sobre-fibra proporcionando servicios triple-play basados en OFDM como UWB para televisión de alta definición, WiMAX para datos de Internet, y LTE para el servicio telefónico.Morant Perez, M. (2012). Architectures and Novel Functionalities for Optical Access OFDM Networks "Arquitecturas y Nuevas Funcionalidades para Redes OFDM de Acceso Óptico" [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15076Palanci

Wireless Technologies for IoT in Smart Cities

[EN] As cities continue to grow, numerous initiatives for Smart Cities are being conducted. The concept of Smart City encompasses several concepts being governance, economy, management, infrastructure, technology and people. This means that a Smart City can have different communication needs. Wireless technologies such as WiFi, ZigBee, Bluetooth, WiMax, 4G or LTE (Long Term Evolution) have presented themselves as solutions to the communication needs of Smart City initiatives. However, as most of them employ unlicensed bands, interference and coexistence problems are increasing. In this paper, the wireless technologies available nowadays for IoT (Internet of Things) in Smart Cities are presented. Our contribution is a review of wireless technologies, their comparison and the problems that difficult coexistence among them. In order to do so, the characteristics and adequacy of wireless technologies to each domain are considered. The problems derived of over-crowded unlicensed spectrum and coexistence difficulties among each technology are discussed as well. Finally, power consumption concerns are addressed.García-García, L.; Jimenez, JM.; Abdullah, MTA.; Lloret, J. (2018). Wireless Technologies for IoT in Smart Cities. Network Protocols and Algorithms. 10(1):23-64. doi:10.5296/npa.v10i1.12798S236410

Performance Assessment of UWB-Over-Fiber and Applications

Organic chemistr

A General Framework for Analyzing, Characterizing, and Implementing Spectrally Modulated, Spectrally Encoded Signals

Fourth generation (4G) communications will support many capabilities while providing universal, high speed access. One potential enabler for these capabilities is software defined radio (SDR). When controlled by cognitive radio (CR) principles, the required waveform diversity is achieved via a synergistic union called CR-based SDR. Research is rapidly progressing in SDR hardware and software venues, but current CR-based SDR research lacks the theoretical foundation and analytic framework to permit efficient implementation. This limitation is addressed here by introducing a general framework for analyzing, characterizing, and implementing spectrally modulated, spectrally encoded (SMSE) signals within CR-based SDR architectures. Given orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a 4G candidate signal, OFDM-based signals are collectively classified as SMSE since modulation and encoding are spectrally applied. The proposed framework provides analytic commonality and unification of SMSE signals. Applicability is first shown for candidate 4G signals, and resultant analytic expressions agree with published results. Implementability is then demonstrated in multiple coexistence scenarios via modeling and simulation to reinforce practical utility