Multiuser Coding and Signal Processing in a Low Power Sensor Network

Backscatter communication system is a wireless communication system that is used by both academic community and industry circles in recent years. This communication system only requires ultra-low power usage and simple design of the sensors. This project is using backscatter communication system to transmit data with backscatter tags. The method we used is semi-passive backscatter communication. This project focuses on transmitting signals with multiple sensors so there is a problem about distinguishing the signal reflected by different nodes. We modulated the transmitting digital signal with Walsh function to solve the problem of separating the signals between different nodes. By using spread sequences we have interferences between different signals from each node and also from the bouncing and direct path signals. We want to estimate the channel between the sensors to suppress the effect of the interferences. In addition, to make the system more practical with multiple usages and applications, we made the receiver and the illuminator on a moving platform. With this dynamic system it is important to deal with the interference of bouncing signals by analyzing the Doppler shift of received signal. With these approaches the purpose of this project is having the reader of the sensor network to communicate with multiple nodes with backscatter communication. This system can be used on variety of applications such as environmental sensing, signal recording and data communicating with less power usage compared with traditional communication systems. Advisor: Andrew Harm

Diseño de un sistema de sensado de bajo costo para una red de monitoreo en tiempo real de contaminantes atmosféricos presentes en zonas urbanas

La expansión de las ciudades producto del desarrollo de la industria y la explosión demográfica viene afectando la calidad de vida de sus habitantes. Por un lado, la mayoría de actividades industriales como parte de sus procesos desecha contaminantes que afectan el medio ambiente. Por otro lado, el crecimiento de la ciudad ha fomentado el desarrollo de actividades que responden a satisfacer necesidades ciudadanas siendo una de las principales el transporte, que presenta problemas tales como la informalidad y la obsolescencia del parque automotor, cuya principal consecuencia es el incremento del nivel de contaminación. Siguiendo las recomendaciones de la OMS para material contaminante suspendido en aire urbano, diversas instituciones gubernamentales en el Perú han establecido límites para la concentración de una serie de contaminantes, así como, ha realizado el monitoreo de los mismos en puntos estratégicos de la ciudad de Lima. Sin embargo, las soluciones empleadas en la actualidad son alternativas costosas y requieren de personal especializado para su operación, por lo que son escasas e insuficientes. Acorde a esta problemática, la presente tesis describe el desarrollo de un nodo sensorial de costo inferior a 800 USD, de dimensiones inferiores a 1m3 y peso menor a 25kg, capaz de determinar la concentración de gases contaminantes tales como el CO, NO2 y PM2.5 dentro de los rangos recomendados por el MINSA. El sistema desarrollado minimiza su costo de operación al abastecerse de energía mediante paneles solares funcionando al 25% de su capacidad de captación lumínica, además de contar con la capacidad para funcionamiento de emergencia de 12h y los equipos necesarios para determinar las principales variables meteorológicas. Durante el presente trabajo, se siguió la metodología de diseño mecatrónico planteada por la norma VD2206 adaptada a sistemas ciber-físicos comprobándose su pertinencia en procesos de desarrollo similares. Así mismo, se comprobó con un prototipo de baja fidelidad la capacidad del sistema para enviar datos en tiempo real a través de internet hacia la plataforma IOT de IBM (Watson). Finalmente, se elaboró la propuesta de un modelo para la ubicación de una red de estos nodos sensoriales y su optimización mediante algoritmos de aprendizaje automático.Tesi