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

Retrieving shallow shear-wave velocity profiles from 2D seismic-reflection data with severely aliased surface waves

The inversion of surface-wave phase-velocity dispersion curves provides a reliable method to derive near-surface shear-wave velocity profiles. In this work, we invert phase-velocity dispersion curves estimated from 2D seismic-reflection data. These data cannot be used to image the first 50 m with seismic-reflection processing techniques due to the presence of indistinct first breaks and significant NMO-stretching of the shallow reflections. A surface-wave analysis was proposed to derive information about the near surface in order to complement the seismic-reflection stacked sections, which are satisfactory for depths between 50 and 700 m. In order to perform the analysis, we had to overcome some problems, such as the short acquisition time and the large receiver spacing, which resulted in severe spatial aliasing. The analysis consists of spatial partitioning of each line in segments, picking of the phase-velocity dispersion curves for each segment in the f-k domain, and inversion of the picked curves using the neighborhood algorithm. The spatial aliasing is successfully circumvented by continuously tracking the surface-wave modal curves in the f-k domain. This enables us to sample the curves up to a frequency of 40 Hz, even though most components beyond 10 Hz are spatially aliased. The inverted 2D VS sections feature smooth horizontal layers, and a sensitivity analysis yields a penetration depth of 20–25 m. The results suggest that long profiles may be more efficiently surveyed by using a large receiver separation and dealing with the spatial aliasing in the described way, rather than ensuring that no spatially aliased surface waves are acquired.Fil: Onnis, Luciano Emanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Osella, Ana Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Carcione, Jose M.. Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale; Itali

Optimization and performance of an optical cardio-magnetometer

Cardiomagnetometry is a growing field of noninvasive medical diagnostics that has triggered a need for affordable high-sensitivity magnetometers. Optical pumping magnetometers are promising candidates satisfying that need since it was demonstrated that they can map the heart magnetic field. For the optimization of such devices theoretical limits on the performance as well as an experimental approach is presented. The promising result is a intrinsic magnetometric sensitivity of 63 fT / Hz^1/2 a measurement bandwidth of 140 Hz and a spatial resolution of 28 mm

Super-resolution imaging using a camera array

The angular resolution of many commercial imaging systems is limited, not by diffraction or optical aberrations, but by pixilation effects. Multiaperture imaging has previously demonstrated the potential for super-resolution (SR) imaging using a lenslet array and single detector array. We describe the practical demonstration of SR imaging using an array of 25 independent commercial-off-the-shelf cameras. This technique demonstrates the potential for increasing the angular resolution toward the diffraction limit, but without the limit on angular resolution imposed by the use of a single detector array

Analysis of tower/blade interaction in the cancellation of the tower fore-aft mode via control

With the increase in size of wind turbines, there is increasing interest in exploiting the pitch control capability of variable speed turbines to alleviate tower fatigue loads. The most direct method is to modify the blade pitch angle in response to a measurement of tower acceleration. It is shown that the ap mode has a central role in determining whether this approach is effective since there is a strong interaction between the blade ap-wise mode and the tower fore-aft mode. Several different approaches to the design of the controller for the tower speed feedback loop are investigated. It is concluded that a reduction in the tower loads of up to 18% is possible for multi-megawatt sized wind turbines