Secure ADS-B: Towards Airborne Communications Security in the Federal Aviation Administration\u27s Next Generation Air Transportation System

The U.S. Congress has mandated that all aircraft operating within the National Airspace System, military or civilian, be equipped with ADS-B transponders by the year 2020. The ADS-B aircraft tracking system, part of the Federal Aviation Administration\u27s NextGen overhaul of the Air Transportation System, replaces Radar-based surveillance with a more accurate satellite-based surveillance system. However, the unencrypted nature of ADS-B communication poses an operational security risk to military and law enforcement aircraft conducting sensitive missions. The non-standard format of its message and the legacy communication channels used by its transponders make the ADS-B system unsuitable for traditional encryption mechanisms. FPE, a recent development in cryptography, provides the ability to encrypt arbitrarily formatted data without padding or truncation. Indeed, three new algorithms recommended by the NIST, may be suitable for encryption of ADS-B messages. This research assesses the security and hardware performance characteristics of the FF1, FF2, and FF3 algorithms, in terms of entropy of ciphertext, operational latency and resource utilization when implemented on a Field-Programmable Gate Array. While all of the algorithms inherit the security characteristics of the underlying AES block cipher, they exhibit differences in their performance profiles. Findings demonstrate that a Bump-in-the-Wire FPE cryptographic engine is a suitable solution for retrofitting encryption to ADS-B communication

Design and implementation of a downlink MC-CDMA receiver

Cette thèse présente une étude d'un système complet de transmission en liaison descendante utilisant la technologie multi-porteuse avec l'accès multiple par division de code (Multi-Carrier Code Division Multiple Access, MC-CDMA). L'étude inclut la synchronisation et l'estimation du canal pour un système MC-CDMA en liaison descendante ainsi que l'implémentation sur puce FPGA d'un récepteur MC-CDMA en liaison descendante en bande de base. Le MC-CDMA est une combinaison de la technique de multiplexage par fréquence orthogonale (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) et de l'accès multiple par répartition de code (CDMA), et ce dans le but d'intégrer les deux technologies. Le système MC-CDMA est conçu pour fonctionner à l'intérieur de la contrainte d'une bande de fréquence de 5 MHz pour les modèles de canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire tel que décrit par le "Third Genaration Partnership Project" (3GPP). La composante OFDM du système MC-CDMA a été simulée en utilisant le logiciel MATLAB dans le but d'obtenir des paramètres de base. Des codes orthogonaux à facteur d'étalement variable (OVSF) de longueur 8 ont été choisis comme codes d'étalement pour notre système MC-CDMA. Ceci permet de supporter des taux de transmission maximum jusquà 20.6 Mbps et 22.875 Mbps (données non codées, pleine charge de 8 utilisateurs) pour les canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire, respectivement. Une étude analytique des expressions de taux d'erreur binaire pour le MC-CDMA dans un canal multivoies de Rayleigh a été réalisée dans le but d'évaluer rapidement et de façon précise les performances. Des techniques d'estimation de canal basées sur les décisions antérieures ont été étudiées afin d'améliorer encore plus les performances de taux d'erreur binaire du système MC-CDMA en liaison descendante. L'estimateur de canal basé sur les décisions antérieures et utilisant le critère de l'erreur quadratique minimale linéaire avec une matrice' de corrélation du canal de taille 64 x 64 a été choisi comme étant un bon compromis entre la performance et la complexité pour une implementation sur puce FPGA. Une nouvelle séquence d'apprentissage a été conçue pour le récepteur dans la configuration intérieur/extérieur pédestre dans le but d'estimer de façon grossière le temps de synchronisation et le décalage fréquentiel fractionnaire de la porteuse dans le domaine du temps. Les estimations fines du temps de synchronisation et du décalage fréquentiel de la porteuse ont été effectués dans le domaine des fréquences à l'aide de sous-porteuses pilotes. Un récepteur en liaison descendante MC-CDMA complet pour le canal intérieur /extérieur pédestre avec les synchronisations en temps et en fréquence en boucle fermée a été simulé avant de procéder à l'implémentation matérielle. Le récepteur en liaison descendante en bande de base pour le canal intérieur/extérieur pédestre a été implémenté sur un système de développement fabriqué par la compagnie Nallatech et utilisant le circuit XtremeDSP de Xilinx. Un transmetteur compatible avec le système de réception a également été réalisé. Des tests fonctionnels du récepteur ont été effectués dans un environnement sans fil statique de laboratoire. Un environnement de test plus dynamique, incluant la mobilité du transmetteur, du récepteur ou des éléments dispersifs, aurait été souhaitable, mais n'a pu être réalisé étant donné les difficultés logistiques inhérentes. Les taux d'erreur binaire mesurés avec différents nombres d'usagers actifs et différentes modulations sont proches des simulations sur ordinateurs pour un canal avec bruit blanc gaussien additif

Heterogeneous Acceleration for 5G New Radio Channel Modelling Using FPGAs and GPUs

L'abstract è presente nell'allegato / the abstract is in the attachmen

Intelligent Circuits and Systems

ICICS-2020 is the third conference initiated by the School of Electronics and Electrical Engineering at Lovely Professional University that explored recent innovations of researchers working for the development of smart and green technologies in the fields of Energy, Electronics, Communications, Computers, and Control. ICICS provides innovators to identify new opportunities for the social and economic benefits of society.　 This conference bridges the gap between academics and R&D institutions, social visionaries, and experts from all strata of society to present their ongoing research activities and foster research relations between them. It provides opportunities for the exchange of new ideas, applications, and experiences in the field of smart technologies and finding global partners for future collaboration. The ICICS-2020 was conducted in two broad categories, Intelligent Circuits & Intelligent Systems and Emerging Technologies in Electrical Engineering

Energy-Sustainable IoT Connectivity: Vision, Technological Enablers, Challenges, and Future Directions

Technology solutions must effectively balance economic growth, social equity, and environmental integrity to achieve a sustainable society. Notably, although the Internet of Things (IoT) paradigm constitutes a key sustainability enabler, critical issues such as the increasing maintenance operations, energy consumption, and manufacturing/disposal of IoT devices have long-term negative economic, societal, and environmental impacts and must be efficiently addressed. This calls for self-sustainable IoT ecosystems requiring minimal external resources and intervention, effectively utilizing renewable energy sources, and recycling materials whenever possible, thus encompassing energy sustainability. In this work, we focus on energy-sustainable IoT during the operation phase, although our discussions sometimes extend to other sustainability aspects and IoT lifecycle phases. Specifically, we provide a fresh look at energy-sustainable IoT and identify energy provision, transfer, and energy efficiency as the three main energy-related processes whose harmonious coexistence pushes toward realizing self-sustainable IoT systems. Their main related technologies, recent advances, challenges, and research directions are also discussed. Moreover, we overview relevant performance metrics to assess the energy-sustainability potential of a certain technique, technology, device, or network and list some target values for the next generation of wireless systems. Overall, this paper offers insights that are valuable for advancing sustainability goals for present and future generations.Comment: 25 figures, 12 tables, submitted to IEEE Open Journal of the Communications Societ

Internet of Things and Sensors Networks in 5G Wireless Communications

The Internet of Things (IoT) has attracted much attention from society, industry and academia as a promising technology that can enhance day to day activities, and the creation of new business models, products and services, and serve as a broad source of research topics and ideas. A future digital society is envisioned, composed of numerous wireless connected sensors and devices. Driven by huge demand, the massive IoT (mIoT) or massive machine type communication (mMTC) has been identified as one of the three main communication scenarios for 5G. In addition to connectivity, computing and storage and data management are also long-standing issues for low-cost devices and sensors. The book is a collection of outstanding technical research and industrial papers covering new research results, with a wide range of features within the 5G-and-beyond framework. It provides a range of discussions of the major research challenges and achievements within this topic