25 research outputs found

    The role of synchronization in digital communications using chaos - Part II: Chaotic modulation and chaotic synchronization.

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    For pt. I see ibid., vol. 44, p. 927-36 (1997). In a digital communications system, data are transmitted from one location to another by mapping bit sequences to symbols, and symbols to sample functions of analog waveforms. The analog waveform passes through a bandlimited (possibly time-varying) analog channel, where the signal is distorted and noise is added. In a conventional system the analog sample functions sent through the channel are weighted sums of one or more sinusoids; in a chaotic communications system the sample functions are segments of chaotic waveforms. At the receiver, the symbol may be recovered by means of coherent detection, where all possible sample functions are known, or by noncoherent detection, where one or more characteristics of the sample functions are estimated. In a coherent receiver, synchronization is the most commonly used technique for recovering the sample functions from the received waveform. These sample functions are then used as reference signals for a correlator. Synchronization-based coherent receivers have advantages over noncoherent receivers in terms of noise performance, bandwidth efficiency (in narrow-band systems) and/or data rate (in chaotic systems). These advantages are lost if synchronization cannot be maintained, for example, under poor propagation conditions. In these circumstances, communication without synchronization may be preferable. The theory of conventional telecommunications is extended to chaotic communications, chaotic modulation techniques and receiver configurations are surveyed, and chaotic synchronization schemes are describe

    Signal processing techniques for mobile multimedia systems

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    Recent trends in wireless communication systems show a significant demand for the delivery of multimedia services and applications over mobile networks - mobile multimedia - like video telephony, multimedia messaging, mobile gaming, interactive and streaming video, etc. However, despite the ongoing development of key communication technologies that support these applications, the communication resources and bandwidth available to wireless/mobile radio systems are often severely limited. It is well known, that these bottlenecks are inherently due to the processing capabilities of mobile transmission systems, and the time-varying nature of wireless channel conditions and propagation environments. Therefore, new ways of processing and transmitting multimedia data over mobile radio channels have become essential which is the principal focus of this thesis. In this work, the performance and suitability of various signal processing techniques and transmission strategies in the application of multimedia data over wireless/mobile radio links are investigated. The proposed transmission systems for multimedia communication employ different data encoding schemes which include source coding in the wavelet domain, transmit diversity coding (space-time coding), and adaptive antenna beamforming (eigenbeamforming). By integrating these techniques into a robust communication system, the quality (SNR, etc) of multimedia signals received on mobile devices is maximised while mitigating the fast fading and multi-path effects of mobile channels. To support the transmission of high data-rate multimedia applications, a well known multi-carrier transmission technology known as Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been implemented. As shown in this study, this results in significant performance gains when combined with other signal-processing techniques such as spa ce-time block coding (STBC). To optimise signal transmission, a novel unequal adaptive modulation scheme for the communication of multimedia data over MIMO-OFDM systems has been proposed. In this system, discrete wavelet transform/subband coding is used to compress data into their respective low-frequency and high-frequency components. Unlike traditional methods, however, data representing the low-frequency data are processed and modulated separately as they are more sensitive to the distortion effects of mobile radio channels. To make use of a desirable subchannel state, such that the quality (SNR) of the multimedia data recovered at the receiver is optimized, we employ a lookup matrix-adaptive bit and power allocation (LM-ABPA) algorithm. Apart from improving the spectral efficiency of OFDM, the modified LM-ABPA scheme, sorts and allocates subcarriers with the highest SNR to low-frequency data and the remaining to the least important data. To maintain a target system SNR, the LM-ABPA loading scheme assigns appropriate signal constella tion sizes and transmit power levels (modulation type) across all subcarriers and is adapted to the varying channel conditions such that the average system error-rate (SER/BER) is minimised. When configured for a constant data-rate load, simulation results show significant performance gains over non-adaptive systems. In addition to the above studies, the simulation framework developed in this work is applied to investigate the performance of other signal processing techniques for multimedia communication such as blind channel equalization, and to examine the effectiveness of a secure communication system based on a logistic chaotic generator (LCG) for chaos shift-keying (CSK)

    Joint signal detection and channel estimation in rank-deficient MIMO systems

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    L'évolution de la prospère famille des standards 802.11 a encouragé le développement des technologies appliquées aux réseaux locaux sans fil (WLANs). Pour faire face à la toujours croissante nécessité de rendre possible les communications à très haut débit, les systèmes à antennes multiples (MIMO) sont une solution viable. Ils ont l'avantage d'accroître le débit de transmission sans avoir recours à plus de puissance ou de largeur de bande. Cependant, l'industrie hésite encore à augmenter le nombre d'antennes des portables et des accésoires sans fil. De plus, à l'intérieur des bâtiments, la déficience de rang de la matrice de canal peut se produire dû à la nature de la dispersion des parcours de propagation, ce phénomène est aussi occasionné à l'extérieur par de longues distances de transmission. Ce projet est motivé par les raisons décrites antérieurement, il se veut un étude sur la viabilité des transcepteurs sans fil à large bande capables de régulariser la déficience de rang du canal sans fil. On vise le développement des techniques capables de séparer M signaux co-canal, même avec une seule antenne et à faire une estimation précise du canal. Les solutions décrites dans ce document cherchent à surmonter les difficultés posées par le medium aux transcepteurs sans fil à large bande. Le résultat de cette étude est un algorithme transcepteur approprié aux systèmes MIMO à rang déficient

    Sécurisation par dynamiques chaotiques des réseaux locaux sans fil au niveau de la couche MAC

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    The security of wireless sensor network is a growing field of research hampered by limited battery life time and computing constraints. The originality of this thesis is to provide Low Power chaotic cryptosystems for sensor networks more suitable than conventional algorithms and achieve an implementation on a real platform.. We present first a state of the art of wireless networks, threats and constraints of the security process as well as conventional cryptographic techniques. We give an overview of the chaos theory and we validate the randomness of several chaotic maps by the NIST statistical tests. Then, we propose new methods of chaotic S-Box construction, while demonstrating their robustness against traditional attacks. Finally, we propose a new image encryption algorithm dedicated to wireless sensor network. Validation of our contributions is performed by simulation and experimental measurements on a platform of real sensor networks (SensLab).Les travaux de recherche de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de la sécurité par chaos des réseaux locaux sans fil, en particulier les réseaux de capteurs sans fil. L’originalité de cette thèse consiste à proposer des cryptosystèmes à base de chaos plus adaptés aux réseaux de capteurs, en termes de consommation d’énergie, que les algorithmes conventionnels et à réaliser une implémentation sur une plateforme réelle. Nous présentons en premier lieu un état de l’art des réseaux, les menaces, les contraintes limitant le processus de sécurité des informations ainsi que les principales techniques de cryptographie. Nous donnons un aperçu sur la théorie de chaos et nous validons l’aspect aléatoire de plusieurs suites chaotiques par les tests statistiques du NIST. Nous proposons ensuite des nouvelles méthodes de construction de S-Box chaotiques tout en prouvant leur robustesse contre les attaques traditionnelles. Nous proposons enfin un nouvel algorithme de cryptage d’image dédié au réseau de capteurs sans fil. La validation de nos contributions est effectuée par simulation et par des mesures expérimentales sur une plateforme de réseaux de capteurs réels (SensLab)

    Estudio de mapeos caóticos discretos y su aplicación en criptografía

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    "La seguridad de la información digital cada vez tiene más auge, debido al creciente uso de dispositivos móviles, además del incremento de operaciones realizadas a través de internet. Esto representa un gran reto ya que para lograr la confidencialidad, integridad y autentificación es necesario el uso de mecanismos especializados, una forma de proporcionar estos servicios es por medio de la criptografía, sin embargo, la creciente demanda requiere de nuevos algoritmos que sean más rápidos y a su vez más seguros. Una opción para lograr estos objetivos es la criptografía basada en sistemas caóticos. Este trabajo de tesis se presenta en tres partes, en la primera parte se muestran los conceptos y definiciones básicas de las ¿áreas de criptografía y sistemas dinámicos, así como las herramientas que se tienen para estudiar cada uno de estos sistemas. Además se da una visión general de estas áreas así como una clasificación, de tal forma que nos enfocaremos en cifrados en flujo y en sistemas dinámicos de tiempo discreto. Cabe señalar que los sistemas dinámicos estudiados en este trabajo a diferencia del mapeo logístico y casa de campaña son multi-modales, los cuales presentan ciertas ventajas en comparación con los mapeos uni-modales. Posteriormente se analizan las similitudes y diferencias que se encuentran en estas dos áreas, dando lugar a la criptografía caótica, la cual ha sido objeto de estudio por diversos grupos de investigación en los últimos años. En la segunda parte de este trabajo se proponen metodologías para construir dos generadores pseudo-aleatorios, los cuales son la parte fundamental en el uso de cifrados en flujo, por un lado se propone el uso de valores positivos y negativos en el parámetro de bifurcación del mapeo logístico en conjunto con retardos, de esta forma es posible construir un generador que muestra resultados satisfactorios a las pruebas estadísticas de aleatoriedad propuestas por el NIST y además no es posible reconstruir el espacio fase. Por otro lado se presenta un generador basado en mapeos multi-modales el cual obtiene una secuencia binaria por medio de la combinación de diferentes modas, la principal ventaja radica en que solo es necesario definir un mapeo para obtener diferentes comportamientos, de igual forma este generador presenta resultados satisfactorios al ser evaluado por las pruebas estadísticas propuestas por el NIST.""The security of digital information is increasingly due to increasing use of mobile devices, in addition to the increase in transactions conducted via Internet. This represents a great challenge in order to achieve confidentiality, integrity and authentication is necessary use specialized mechanisms, a way of providing these services is through cryptography, however, the growing demand requires new algorithms that are faster and safe. One option to achieve these goals is chaos based cryptography. This thesis is presented in three parts, in the first part the basic concepts and definitions of the cryptography and dynamic systems as well as the tools to study each of these systems are shown. Furthermore an overview of these areas and a classification is given, we will focus on stream ciphers and discrete time dynamical systems. Note that the dynamical systems studied in this work unlike the logistic and tent map are multimodal, which have certain advantages compared with uni-modal maps. Afterwards the similarities and differences found in these two areas are analyzed, resulting in chaotic cryptography, which has been studied by several research groups in recent years. In the second part of this work we construct two pseudo-random generators, which are an essential part in the use of stream ciphers, in one hand we propose use positive and negative values in the bifurcation parameter of the logistic map together with delays, in this way it is possible to build a generator showing satisfactory results to statistical tests of randomness proposed by the NIST and it is not possible to reconstruct the phase space. On the other hand we present a generator based on multi-modal maps which produce a binary sequence obtained by combining different modal, the main advantage is that it is only necessary to define one map for different behaviors, similarly this generator presents satisfactory results when is evaluated by statistical tests proposed by the NIST.

    Efficient complementary sequences-based architectures and their application to ranging measurements

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    Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en 2015En las últimas décadas, los sistemas de medición de distancias se han beneficiado de los avances en el área de las comunicaciones inalámbricas. En los sistemas basados en CDMA (Code-Division Multiple-Access), las propiedades de correlación de las secuencias empleadas juegan un papel fundamental en el desarrollo de dispositivos de medición de altas prestaciones. Debido a las sumas ideales de correlaciones aperiódicas, los conjuntos de secuencias complementarias, CSS (Complementary Sets of Sequences), son ampliamente utilizados en sistemas CDMA. En ellos, es deseable el uso de arquitecturas eficientes que permitan generar y correlar CSS del mayor número de secuencias y longitudes posibles. Por el término eficiente se hace referencia a aquellas arquitecturas que requieren menos operaciones por muestra de entrada que con una arquitectura directa. Esta tesis contribuye al desarrollo de arquitecturas eficientes de generación/correlación de CSS y derivadas, como son las secuencias LS (Loosely Synchronized) y GPC (Generalized Pairwise Complementary), que permitan aumentar el número de longitudes y/o de secuencias disponibles. Las contribuciones de la tesis pueden dividirse en dos bloques: En primer lugar, las arquitecturas eficientes de generación/correlación para CSS binarios, derivadas en trabajos previos, son generalizadas al alfabeto multinivel (secuencias con valores reales) mediante el uso de matrices de Hadamard multinivel. Este planteamiento tiene dos ventajas: por un lado el aumento del número de longitudes que pueden generarse/correlarse y la eliminación de las limitaciones de las arquitecturas previas en el número de secuencias en el conjunto. Por otro lado, bajo ciertas condiciones, los parámetros de las arquitecturas generalizadas pueden ajustarse para generar/correlar eficientemente CSS binarios de mayor número de longitudes que con las arquitecturas eficientes previas. En segundo lugar, las arquitecturas propuestas son usadas para el desarrollo de nuevos algoritmos de generación/correlación de secuencias derivadas de CSS que reducen el número de operaciones por muestra de entrada. Finalmente, se presenta la aplicación de las secuencias estudiadas en un nuevo sistema de posicionamiento local basado en Ultra-Wideband y en un sistema de posicionamiento local basado en ultrasonidos
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