On the feasibility of the communications in the TVWS spectrum analysis and coexistence issue

In the last decade, the enormous growth in the wireless industry has come from using only a small part of the wireless spectrum, nominally less than 10% under 3 GHz. Nowadays, the vast majority of the available spectral resources have already been licensed. Measurements made by the Federal Communication Commission (FCC) have shown that a great part of the spectrum, although allocated, is virtually unused. For all this reasons, in the last years, several countries have already (USA) or are in the process (EU, China, Japan, South Korea) of switching off analog TV broadcasting in favor of Digital Terrestrial Television (DTT) broadcasting systems and digital switchover plans have driven a thorough review of TV spectrum exploitation. The resulting unused channels within this band are called “TV white spaces” (TVWS). Even after the redistribution of the digital TV channels, the problem of an efficient utilization of the allocated frequencies is still far from being solved. For example, there are still large territorial areas on which, although allocated, the TV channels result unused, due to coverage problems. New spectrum allocation approaches such as the dynamic spectrum access method have been studied. This new concept implies that the radio terminals have the capacity to monitor their own radio environment and consequently adapt to the transmission conditions on whatever frequency band are available (adaptive radio). If this concept is supplemented with the capacity of analyzing the surrounding radio environment in search of white spaces, the term adaptive radio is extended to Cognitive Radio (CR). The spectrum management rule of CR is that all new users for the spectrum are secondary (cognitive) users (SU) and requires that they must detect and avoid the primary (licensed) users (PU) in terms of used frequencies, transmission power and modulation scheme. In the TV bands specifically, the presence of PUs (e.g. TV broadcasters) can be revealed both performing a spectrum sensing operation and considering the information provided by the external databases called “geo-location databases” (GL-DB). The database provides, for a certain location, the list of the free TV channels and the allowable maximum effective isotropic radiated power (EIRP) for transmitting without harmful interference to incumbent users. Decision thresholds are still a critical parameter for protecting services in a scenario where cognitive devices would be operating. There are cases where the approach based on GL Spectrum Occupancy DB might not be available, either because the database does not exist for that area (for example in non densely populated areas) or in the case that access to the database is not possible (deep indoor operation, low populated areas etc.). Several studies have suggested that radio noise has increased significantly over the last decades and consequently the assumptions about decision thresholds and interference protection ratios might be outdated. The Hidden Node Margin (HNM) is a parameter that quantifies the difference between the potential interfered signal values at the location where it is measured or estimated by the cognitive device, and the actual value at the location where the receiving antenna for this signal is located. HNM is a key parameter to define the protection requirements that cognitive devices must comply in order not to create any harmful interference to broadcast receiving systems. In this context, this thesis goes in a precise direction, with four main topics related to the feasibility of communication cognitive systems operating in the TVWS, considering coexistence as the main operational issue. The first topic studies new spectrum sensing approaches in order to improve the more critical functionality of CRs. In the second topic an unlicensed indoor short-range distribution system for the wireless retransmission in the DTT band of High definition TV (HDTV) contents with immediate implementations as home entertainment systems has been carried out. The third topic of this thesis is about a particular database developed in order to provide information to easily calculate HNM values and associated statistics, TV Channel Occupancy and Man Made Noise Upper Limits. The empirical data for this work has been recorded in different locations of Spain and Italy during 2011 and 2012 thanks to the partnership between the Department of Electrical and Electronic Engineering (D.I.E.E.) of the University of Cagliari and the Department of Electronics and Telecommunications of the University of Bilbao (UPV/EHU). Finally in the last topic we focus on the IEEE 802.22 WRAN standard evaluating, thanks to extended measurements, the performance of an 802.22 system operating into the same coverage range of a DTT receiver

Reconnaissance de locuteurs pour robot mobile

L'audition artificielle est de plus en plus utilisée en robotique mobile pour améliorer l'interaction humain-robot. La reconnaissance de la parole occupe présentement une place importante tandis qu'un intérêt particulier se développe pour la reconnaissance de locuteurs. Le système ManyEars permet actuellement à un robot mobile de localiser, suivre et séparer plusieurs sources sonores. Ce système utilise un ensemble de huit microphones qui sont disposés en cube. Ce mémoire porte sur la conception et l'évaluation d'un système de reconnaissance de locuteurs, baptisé WISS (Who IS Speaking), couplé au système ManyEars. Le système de reconnaissance de locuteurs conçu est robuste au bruit ambiant et au changement d'environnement. Une technique de combinaison de modèle parallèle (parallel model combination (PMC)) et des masques sont utilisés pour améliorer le taux d'identification dans un milieu bruité. Un indice de confiance est également introduit pour pondérer les identifications obtenues. La simplicité du système proposé fait en sorte qu'il est possible d'exécuter en temps réel l'algorithme sur un processeur généraliste ( General Purpose Processor (GPP)). Les performances du système sont établies à l'aide de plusieurs scénarios. Dans un premier lieu, des enregistrements sont diffusés dans des haut-parleurs pour un ensemble de vingt locuteurs. Le système est ainsi caractérisé en fonction des positions angulaires et radiales des sources sonores. Le taux de reconnaissance est affecté par la qualité du signal (i.e. diminution du rapport signal sur bruit ( Signal-to-Noise Ratio (SNR))) : il passe de 95.6% à 84.3% en moyenne lorsque le SNR passe d'environ 16 dB à 2 dB lorsque le locuteur se situe à 1.5 mètres des microphones. Par la suite, un scénario dit statique est vérifié à l'aide de quatre locuteurs qui récitent chacun leur tour des phrases à un volume de voix naturel. Finalement, un scénario dynamique dans lequel un groupe de quatre locuteurs ont une conversation naturelle avec des chevauchements entre les segments de paroles est étudié. Le taux de reconnaissance varie entre 74.2% et 100.0% (avec une moyenne de 90.6%) avec le scénario statique, et entre 42.6% et 100.0% avec le scénario dynamique (avec des moyennes de 58.3%, 72.8% et 81.4% pour des segments de 1, 2 et 3 secondes respectivement). Des solutions sont identifiées afin d'améliorer les performances lors de travaux futurs. Au meilleur de notre connaissance, il n'existe aucun système qui effectue une reconnaissance de locuteurs dans un environnement contaminé simultanément par des bruits convolutif et additif. De plus, l'utilisation de masques pour estimer ces bruits est un nouveau concept. Ces masques sont d'ailleurs généralement employés pour la reconnaissance de la parole et leur utilisation dans un contexte de reconnaissance de locuteur est une première. De plus, une caractérisation complète du système qui inclue les SNRs est proposée en fonction de la position du locuteur, ce qui est rarement disponible dans la littérature en audition artificielle pour les robots

Contribución al desarrollo de sistemas automáticos de planificación eficiente de rutas

[SPA] El objetivo de esta tesis doctoral es el desarrollo de un sistema de detección de dispositivos móviles y su aplicación en los sistemas de planificación eficiente de rutas. Para ello, se lleva a cabo la implementación piloto de un prototipo de sistema global automático para la estimación de información origen-destino (OD) en los medios públicos de transporte. Esta herramienta TIC de medición está basada en los resultados del análisis de la demanda y el flujo de pasajeros en las líneas urbanas de transporte, sus tasas de ocupación y las matrices origen-destino. Esto se logra mediante la detección de dispositivos electrónicos personales a bordo (etiquetas Bluetooth o WiFi), el procesamiento de esa información y su transmisión. Las muestras detectadas, tras ser tratadas por un procesador estadístico de decisión para determinar cuáles de ellas son representativas y cuáles no, permiten la creación de patrones de comportamiento atendiendo a las matrices de probabilidades OD resultantes. La capacidad de este prototipo para la obtención de grandes volúmenes de muestras, ha permitido garantizar la viabilidad de predicción del sistema con porcentajes de error despreciables. Este trabajo de tesis permite la mejora del servicio prestado por las empresas de transporte público de pasajeros a sus clientes directos, el consorcio de transportes de las ciudades en las que operan, así como los usuarios finales, los pasajeros, lo que facilita una movilidad más inteligente y sostenible. [ENG] The aim of this thesis is to develop a detection system of mobile devices and their application in efficient route planning. To this end, a pilot is carried out with an automated system prototype for estimating overall information origindestination (OD) in public transport services. This ICT measurement tool is based on the results of the analysis of demand and passenger flow in urban transport lines, occupancy rates and origin-destination matrices. This is accomplished by detecting personal electronic devices on board (Bluetooth or WiFi labels), processing and transmitting such information. The samples detected, after being treated by a statistical decision processor to determine which of these are representative and which are not, allow the creation of patterns of behavior in response to the OD resulting probability matrices. The capacity of this prototype for the production of large volumes of samples, has ensured the system viability for prediction with negligible percentages error. This thesis can improve the service provided by public transport companies of passengers to their direct customers, the transport consortium of cities in which they operate, as well as end users, the passengers, facilitating a smarter mobility and sustainable.Escuela Internacional de DoctoradoUniversidad Politécnica de CartagenaDoctor en Programa Oficial de Posgrado en Tecnologías de la Información y Comunicacione

Spin-scanning Cameras for Planetary Exploration: Imager Analysis and Simulation

In this thesis, a novel approach to spaceborne imaging is investigated, building upon the scan imaging technique in which camera motion is used to construct an image. This thesis investigates its use with wide-angle (≥90° field of view) optics mounted on spin stabilised probes for large-coverage imaging of planetary environments, and focusses on two instruments. Firstly, a descent camera concept for a planetary penetrator. The imaging geometry of the instrument is analysed. Image resolution is highest at the penetrator’s nadir and lowest at the horizon, whilst any point on the surface is imaged with highest possible resolution when the camera’s altitude is equal to that point’s radius from nadir. Image simulation is used to demonstrate the camera’s images and investigate analysis techniques. A study of stereophotogrammetric measurement of surface topography using pairs of descent images is conducted. Measurement accuracies and optimum stereo geometries are presented. Secondly, the thesis investigates the EnVisS (Entire Visible Sky) instrument, under development for the Comet Interceptor mission. The camera’s imaging geometry, coverage and exposure times are calculated, and used to model the expected signal and noise in EnVisS observations. It is found that the camera’s images will suffer from low signal, and four methods for mitigating this – binning, coaddition, time-delay integration and repeat sampling – are investigated and described. Use of these methods will be essential if images of sufficient signal are to be acquired, particularly for conducting polarimetry, the performance of which is modelled using Monte Carlo simulation. Methods of simulating planetary cameras’ images are developed to facilitate the study of both cameras. These methods enable the accurate simulation of planetary surfaces and cometary atmospheres, are based on Python libraries commonly used in planetary science, and are intended to be readily modified and expanded for facilitating the study of a variety of planetary cameras

Interpolation temporelle des images avec estimation de mouvement raffinée basée pixel et réduction de l'effet de halo

Dans le présent travail, après un résumé de l'état de l'art, une nouvelle interpolation temporelle des images avec réduction de halo est proposée. D'abord, pour la télévision de définition standard, une estimation de mouvement dont la résolution est le pixel, est suggérée. L'estimation se fait par l'appariement des blocs, et est suivie par un raffinement basé pixel en considérant des vecteurs de mouvement environnant. La réduction de halo se faisant à l'aide d'une fenêtre glissante de forme adaptative ne recourt pas à une détection explicite des régions d'occlusion. Ensuite, pour la télévision à haute définition, dans le but de réduire la complexité, l'estimation de mouvement de résolution pixel ainsi que la réduction de halo sont généralisées dans le contexte d'une décomposition hiérarchique. L'interpolation finale proposée est générique et est fonction à la fois de la position de l'image et de la fiabilité de l'estimation. Plusieurs . post-traitements pour améliorer la qualité de l'image sont aussi suggérés. L'algorithme proposé intégré dans un ASIC selon la technologie de circuit intégré contemporain fonctionne en temps réel