Characterization of the 5 GHz Elevator Shaft Channel

In this paper we provide channel characterization results for the elevator shaft channel in the 5-GHz band, based upon measurements conducted in four buildings. This channel is of interest for several applications, including WiFi and public safety. Although several authors have provided elevator shaft channel characteristics for lower-frequency bands (255-MHz, 900-MHz, 1.9-GHz), to our knowledge this is the first work that addresses the 5-GHz band. Moreover, prior work has not thoroughly addressed channel characteristics when the elevator car is in motion, whereas here we provide measurement and modeling results for this dynamic condition. Our measurements were of power delay profiles, from which we estimated propagation path loss and root-mean square delay spread (RMS-DS). Path loss exponents were approximately 2.5 in one building and 5.5 in the other three buildings, with standard deviations about the log-distance linear fits equal to approximately 3 dB and 5.5 dB, respectively. Mean RMS-DS values range from approximately 14-60 ns when the elevator car is motionless. Maximum RMS-DS values were 144 ns and 152 ns in the two different types of buildings when the elevator car is moving. The significant differences in these channel characteristics among the four buildings are likely attributable to the distinct physical features of the buildings

Indoor Channel Characterization at the Large and Small Scales

Náplní práce je úvod do šíření rádiových vln uvnitř budov, způsoby simulace a měření tohoto šíření. Důraz je kladen na šíření super krátkých (SKV) nebo dokonce extrémně krátkých vln (EKV) s uvážením budoucího zavádění mobilních systémů 5. generace (5G). Obsahem práce je teoretický rozbor šíření elektromagnetických vln, na jehož základě jsou implementovány simulace. Hlavní částí práce je experimentální měření úniků v rádiovém kanálu v daném frekvenčním pásmu. Měření je prováděno s dostupným vybavením a statistiky úniků jsou porovnány se známými statistickými modely úniků.The content of the work is an introduction to radio wave propagation indoors, ways of a simulation and measurement of this propagation. Emphasis is put on the propagation of the waves on super-high or even extremely high-frequency band, considering future deployment of the 5th generation of the mobile network (5G).The thesis contains the theoretical basis of the propagation of the electromagnetic waves, and on this basis, the simulations are implemented. The main part is focused on measurement of fading alongside the radio channel at given frequency band. The measurement is carried out with the available equipment, and the fading statistics is compared with well-known statistical fading models

Experimental statistical channel modelling for advanced wireless communication systems in indoor environments

Draadloze communicatiesystemen voor mobiele telefonie en draadloos internet zijn onmisbaar geworden in het dagelijkse leven. De grootste troef van draadloze communicatie over bedrade communicatie is de toegenomen mobiliteit. Draadloze communicatie heeft evenwel ook één groot nadeel, namelijk de onzekerheid over de kwaliteit van de link tussen zender en ontvanger. Waar bedrade communicatie een doorgedreven ontwerp van het kanaal tussen zender en ontvanger (d.i. de kabel) toelaat, is het ontwerp van het draadloze kanaal (d.i. de omgeving) bijna onmogelijk. Desondanks kunnen wel modellen van de propagatie van draadloze signalen opgesteld worden voor verschillende types omgevingen. Deze modellen laten toe om de betrouwbaarheid en de performantie van een draadloze link in te schatten. Modellering van draadloze propagatie voor indooromgevingen is het algemeen onderwerp van dit proefschrift. De propagatiemodellering in dit proefschrift betreft drie types indooromgevingen, nl. industriële en kantooromgevingen, en de omgeving binnen in een voertuig. De modellering bestaat uit statistische modellen gebaseerd op veldmetingen in deze omgevingen. Verschillende parameters van draadloze signalen worden onderzocht, zoals de variabiliteit van het signaalvermogen met de afstand en in de tijd, het signaalbereik, de dispersie in het tijdsdomein, de dispersie in het spatiaal domein en het vermogensverlies bij propagatie van buiten naar binnen een voertuig

Empirical multi-band characterization of propagation with modelling aspects for communictions

Diese Arbeit präsentiert eine empirische Untersuchung der Wellenausbreitung für drahtlose Kommunikation im Millimeterwellen- und sub-THz-Band, wobei als Referenz das bereits bekannte und untersuchte sub-6-GHz-Band verwendet wird. Die großen verfügbaren Bandbreiten in diesen hohen Frequenzbändern erlauben die Verwendung hoher instantaner Bandbreiten zur Erfüllung der wesentlichen Anforderungen zukünftiger Mobilfunktechnologien (5G, “5G and beyond” und 6G). Aufgrund zunehmender Pfad- und Eindringverluste bei zunehmender Trägerfrequenz ist die resultierende Abdeckung dabei jedoch stark reduziert. Die entstehenden Pfadverluste können durch die Verwendung hochdirektiver Funkschnittstellen kompensiert werden, wodurch die resultierende Auflösung im Winkelbereich erhöht wird und die Notwendigkeit einer räumlichen Kenntnis der Systeme mit sich bringt: Woher kommt das Signal? Darüber hinaus erhöhen größere Anwendungsbandbreiten die Auflösung im Zeitbereich, reduzieren das small-scale Fading und ermöglichen die Untersuchung innerhalb von Clustern von Mehrwegekomponenten. Daraus ergibt sich für Kommunikationssysteme ein vorhersagbareres Bild im Winkel-, Zeit- und Polarisationsbereich, welches Eigenschaften sind, die in Kanalmodellen für diese Frequenzen widergespiegelt werden müssen. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Arbeit eine umfassende Charakterisierung der Wellenausbreitung durch simultane Multibandmessungen in den sub-6 GHz-, Millimeterwellen- und sub-THz-Bändern vorgestellt. Zu Beginn wurde die Eignung des simultanen Multiband-Messverfahrens zur Charakterisierung der Ausbreitung von Grenzwert-Leistungsprofilen und large-scale Parametern bewertet. Anschließend wurden wichtige Wellenausbreitungsaspekte für die Ein- und Multibandkanalmodellierung innerhalb mehrerer Säulen der 5G-Technologie identifiziert und Erweiterungen zu verbreiteten räumlichen Kanalmodellen eingeführt und bewertet, welche die oben genannten Systemaspekte abdecken.This thesis presents an empirical characterization of propagation for wireless communications at mm-waves and sub-THz, taking as a reference the already well known and studied sub-6 GHz band. The large blocks of free spectrum available at these high frequency bands makes them particularly suitable to provide the necessary instantaneous bandwidths to meet the requirements of future wireless technologies (5G, 5G and beyond, and 6G). However, isotropic path-loss and penetration-loss are larger with increasing carrier frequency, hence, coverage is severely reduced. Path-loss can be compensated with the utilization of highly directive radio-interfaces, which increases the resolution in the angular domain. Nonetheless, this emphasizes the need of spatial awareness of systems, making more relevant the question “where does the signal come from?” In addition, larger application bandwidths increase the resolution in the time domain, reducing small-scale fading and allowing to observe inside of clusters of multi-path components (MPCs). Consequently, communication systems have a more deterministic picture of the environment in the angular, time, and polarization domain, characteristics that need to be reflected in channel models for these frequencies. Therefore, in the present work we introduce an extensive characterization of propagation by intensive simultaneous multi-band measurements in the sub-6 GHz, mm-waves, and sub-THz bands. Firstly, the suitability of the simultaneous multi-band measurement procedure to characterize propagation from marginal power profiles and large-scale parameters (LSPs) has been evaluated. Then, key propagation aspects for single and multi-band channel modelling in several verticals of 5G have been identified, and extensions to popular spatial channel models (SCMs) covering the aforementioned system aspects have been introduced and evaluated

A STUDY ON WIRELESS COMMUNICATION ERROR PERFORMANCE AND PATH LOSS PREDICTION

One channel model that characterises multipath fading effect of a wireless channel is called Flat Rayleigh Fading channel model. Given the properties of Flat Rayleigh Fading channel, an equation to find the capacity of a Flat Rayleigh fading channel with hard decision decoding is derived. The difference of power requirement to achieve the Additive White Gaussian Noise (AWGN) capacity over a Flat Rayleigh Fading channel fading is found to increase exponentially with Es /N0 . Upper and lower bounds of error performance of linear block codes over a Flat Rayleigh Fading channel are also studied. With the condition that the excess delay of a channel is known earlier, it is shown that a correlator with shorter length, according to excess delay of the channel, can be constructed for use in wireless channel response measurements. Therefore, a rule of construction of a shorter length correlator is defined, involving concatenation of parts of a Constant Amplitude Zero Auto-Correlation (CAZAC) sequence. Simulation of [136,68,24] Double Circulant Code with Dorsch List Decoding is also done in order to evaluate error performance of the channel coding scheme over one of the IEEE Wireless Metropolitan Area Network (WirelessMAN) channel models, the Stanford University Interim Channel Model No. 5 (SUI-5) channel. Performance of the channel cod- ing was severely degraded over the SUI-5 channel when it is compared to its performance over the AWGN channel. Indoor path losses within three multifloor office buildings were investigated at 433 MHz, 869 MHz and 1249 MHz. The work involved series of extensive received signal strength measurements within the buildings for all of the considered frequencies. Results have shown that indoor path loss is higher within a square footprint building than indoor path loss in a rectangular building. Parameters of Log-Distance Path Loss and Floor Attenuation Factor Path Loss models have been derived from the measurement data. In addition, a new indoor path loss prediction model was derived to cater for path loss pre- diction within multifloor buildings with indoor atriums. The model performs with better prediction accuracy when compared with Log-Distance Path Loss and Floor Attenuation Factor Path Loss models.Ministry of Higher Education of Malaysia, Universiti Teknologi Malaysi

Diseño y evaluación de nuevas formas e onda para comunicaciones de alta movilidad

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e Comunicación en Redes Móbiles. 553V01[Resumo] Os servizos multimedia e de datos experimentaron un crecemento continuo nos últimos anos e espérase que crezan aínda máis nos anos seguintes. A xente está a usar cada vez máis os seus dispositivos móbiles para acceder a servizos baseados en datos para fins relacionados co traballo, entretemento ou socialización en liña. Ademais, as comunicacións masivas de tipo máquina tamén están en ascenso (por exemplo, as comunicacións en transporte e loxística, sensores, Internet das cousas, etc.), e serán moi importantes para a nova xeración de sistemas de comunicacións sen fíos. Para afrontar o aumento esperado no uso de servizos multimedia e baseado en datos, así como para soportar novos casos de uso que hoxe non son posibles, unha nova xeración de redes sen fíos é necesaria. Para iso, espérase que os sistemas de comunicación sen fíos 5G traian as melloras necesarias: maiores taxas de datos, baixas latencias, mellor eficiencia enerxética, alta fiabilidade, etc. O coñecemento das características da canle sen fíos é fundamental para a planificación das redes de comunicación sen fíos e o deseño de transceptores. Como primeiro paso, centramos este traballo na caracterización completa da canle para diferentes escenarios, como son os trens de alta velocidade, metro e comunicacións vehículo a infraestrutura en estradas. A canle caracterizouse mediante a avaliación da relación sinal a ruído, a perda de traxecto (path loss) e os chamados parámetros condensados da canle (por exemplo, o factor K, o perfil potencia-retardo (power delay profile) e a densidade espectral de potencia Doppler. Ademais, para a nova interface aérea das redes 5G, unha das principais cuestións foi a forma de onda a usar. Finalmente, o 3rd Generation Partnership Project (3GPP) decidiu usar a tecnoloxía de multiplexación por división de frecuencias ortogonais (OFDM polas súas siglas en inglés). Isto semella unha elección natural debido ás moitas vantaxes de OFDM e que tamén é a técnica de modulación empregada nas redes 4G. Con todo, nos últimos anos, esquemas multiportadora baseados en bancos de filtros (FBMC polas súas siglas en inglés) recibiron unha grande atención como alternativa a OFDM debido ás súas vantaxes: non utilizan un prefixo cíclico (proporcionan unha maior eficiencia espectral), os usuarios non precisan ser sincronizados no enlace ascendente, e un mellor rendemento teórico en contornas de alta velocidade debido a unha menor interferencia entre portadoras. Neste traballo comparamos experimentalmente o rendemento de FBMC e OFDM en contornas de alta velocidade. Tamén analizamos o rendemento de FBMC e OFDM no caso de uso práctico dun vehículo aéreo lixeiro pilotado remotamente. A maior parte do traballo realizado nesta tese requiriu o deseño e desenvolvemento do chamado GTEC 5G Simulator, que foi usado en conxunto co GTEC Testbed para realizar a maior parte das campañas de medicións e avaliacións de rendemento mediante transmisións polo aire.[Resumen] Los servicios multimedia y basados en datos experimentaron un crecimiento sin interrupciones en los últimos años, y se espera que crezcan aún más en los años siguientes. Las personas utilizan cada vez más sus dispositivos móviles para acceder a los servicios basados en datos con fines relacionados con el trabajo, el entretenimiento o la socialización en línea. Además, las comunicaciones masivas de tipo máquina también están en aumento (por ejemplo, comunicaciones en transporte y logística, sensores, Internet de las cosas, etc.) y serán muy importantes para la nueva generación de sistemas de comunicaciones inalámbricos. Para hacer frente al aumento esperado en el uso de servicios multimedia y basados en datos, así como para soportar nuevos casos de uso que no son posibles hoy en día, se requiere una nueva generación de sistemas inalámbricos. Para esto, se espera que los sistemas de comunicación inalámbrica 5G aporten las mejoras necesarias: mayores tasas de datos, menores latencias, mejor eficiencia energética, alta fiabilidad, etc. El conocimiento de las características del canal inalámbrico es fundamental para la planificación de redes de comunicación inalámbricas y el diseño de transceptores. Como primer paso, centramos este trabajo en la caracterización completa del canal para diferentes escenarios, tales como trenes de alta velocidad, metro y comunicaciones vehículo a infraestructura en carreteras. El canal se caracterizó por medio de la evaluación de la relación señal a ruido, la pérdida de trayecto (path loss) y los llamados parámetros condensados de canal (por ejemplo, el factor K, el perfil potencia-retardo (power delay profile) y la densidad espectral de potencia Doppler). Además, para la nueva interfaz aérea de las redes 5G, una de las preguntas principales ha sido la forma de onda a usar. Finalmente, el 3rd Generation Partnership Project (3GPP) decidió usar la tecnología de multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM por sus siglas en inglés). Esta es una elección lógica, debido a las muchas ventajas exhibidas por OFDM y dado que también es la técnica de modulación empleada en las redes 4G. Sin embargo, en los últimos años, los esquemas multiportadora basados en bancos de filtros (FBMC por sus siglas en inglés) han recibido una gran atención como una alternativa a OFDM debido a sus ventajas: no usan un prefijo cíclico (lo que proporciona una mayor eficiencia espectral), los usuarios no necesitan sincronizarse en el enlace ascendente, y un mejor rendimiento teórico en escenarios de alta velocidad debido a una menor interferencia entre subportadoras. En este trabajo comparamos experimentalmente el rendimiento de FBMC y OFDM en entornos de alta velocidad. También analizamos el rendimiento de FBMC y OFDM en el caso de uso práctico de un vehículo aéreo ligero tripulado remotamente. La mayor parte del trabajo llevado a cabo en esta tesis requirió el diseño y desarrollo del denominado GTEC 5G Simulator, que se utilizó junto con el GTEC Testbed para realizar la mayoría de las campañas de medidas y evaluaciones de rendimiento por medio de transmisiones por aire.[Abstract] Multimedia and data-based services experienced a non-stopping growth over the last few years and are expected to grow even more in the following years. People are using more and more their mobile devices to access data-based services for work-related purposes, entertainment or online socialization. Moreover, massive machine-type communications are also on the rise (e.g., transport and logistics communications, sensors, Internet of Things, etc.), and will be very important for the new generation of wireless communication systems. To cope with the expected increase in the usage of multimedia and data-based services, as well as to support new use cases which are not possible today, a new generation of wireless systems is required. For this, 5G wireless communication systems are expected to bring the necessary improvements: higher data rates, lower latencies, better energy efficiency, high reliability, etc. Knowledge of the wireless channel characteristics is fundamental for the planning of wireless communication networks and transceivers design. As a first step, this work centered in the channel characterization for different scenarios such as high-speed trains, subways, and vehicle-to-infrastructure in roads. The channel was characterized by means of assessing the signal-to-noise ratio, the path loss, and the so-called channel condensed parameters (e.g., the K-factor, the power delay profile, and the Doppler power spectral density). Moreover, for the new air interface of 5G networks, one of the main questions was the waveform to be used. Finally, the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) decided to use orthogonal frequencydivision multiplexing (OFDM). This seems a natural choice due to the many advantages exhibited by OFDM and it is also the modulation technique employed by 4G networks. However, over the last few years, schemes based on filter bank multicarrier (FBMC) using quadrature amplitude modulation have received a great attention as an alternative to OFDM due to their advantages: they do not use a cyclic prefix (thus providing a higher bandwidth efficiency), users do not need to be synchronized in the uplink, and they achieve a theoretical better performance in high-speed scenarios due to a lower inter-carrier interference. In this work, we have experimentally compared the performance of FBMC versus OFDM in high-speed scenarios. We have also analyzed the performance of FBMC versus OFDM in the practical use case of a lightweight remotely piloted aircraft. The majority of the work carried out in this thesis required the design and development of the so-called GTEC 5G Simulator, which was used in conjunction with the GTEC Testbed to perform most of the measurement campaigns and performance evaluations by means of over-the-air transmissions

Diseño y evaluación de nuevas formas e onda para comunicaciones de alta movilidad

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e Comunicación en Redes Móbiles. 553V01[Resumo] Os servizos multimedia e de datos experimentaron un crecemento continuo nos últimos anos e espérase que crezan aínda máis nos anos seguintes. A xente está a usar cada vez máis os seus dispositivos móbiles para acceder a servizos baseados en datos para fins relacionados co traballo, entretemento ou socialización en liña. Ademais, as comunicacións masivas de tipo máquina tamén están en ascenso (por exemplo, as comunicacións en transporte e loxística, sensores, Internet das cousas, etc.), e serán moi importantes para a nova xeración de sistemas de comunicacións sen fíos. Para afrontar o aumento esperado no uso de servizos multimedia e baseado en datos, así como para soportar novos casos de uso que hoxe non son posibles, unha nova xeración de redes sen fíos é necesaria. Para iso, espérase que os sistemas de comunicación sen fíos 5G traian as melloras necesarias: maiores taxas de datos, baixas latencias, mellor eficiencia enerxética, alta fiabilidade, etc. O coñecemento das características da canle sen fíos é fundamental para a planificación das redes de comunicación sen fíos e o deseño de transceptores. Como primeiro paso, centramos este traballo na caracterización completa da canle para diferentes escenarios, como son os trens de alta velocidade, metro e comunicacións vehículo a infraestrutura en estradas. A canle caracterizouse mediante a avaliación da relación sinal a ruído, a perda de traxecto (path loss) e os chamados parámetros condensados da canle (por exemplo, o factor K, o perfil potencia-retardo (power delay profile) e a densidade espectral de potencia Doppler. Ademais, para a nova interface aérea das redes 5G, unha das principais cuestións foi a forma de onda a usar. Finalmente, o 3rd Generation Partnership Project (3GPP) decidiu usar a tecnoloxía de multiplexación por división de frecuencias ortogonais (OFDM polas súas siglas en inglés). Isto semella unha elección natural debido ás moitas vantaxes de OFDM e que tamén é a técnica de modulación empregada nas redes 4G. Con todo, nos últimos anos, esquemas multiportadora baseados en bancos de filtros (FBMC polas súas siglas en inglés) recibiron unha grande atención como alternativa a OFDM debido ás súas vantaxes: non utilizan un prefixo cíclico (proporcionan unha maior eficiencia espectral), os usuarios non precisan ser sincronizados no enlace ascendente, e un mellor rendemento teórico en contornas de alta velocidade debido a unha menor interferencia entre portadoras. Neste traballo comparamos experimentalmente o rendemento de FBMC e OFDM en contornas de alta velocidade. Tamén analizamos o rendemento de FBMC e OFDM no caso de uso práctico dun vehículo aéreo lixeiro pilotado remotamente. A maior parte do traballo realizado nesta tese requiriu o deseño e desenvolvemento do chamado GTEC 5G Simulator, que foi usado en conxunto co GTEC Testbed para realizar a maior parte das campañas de medicións e avaliacións de rendemento mediante transmisións polo aire.[Resumen] Los servicios multimedia y basados en datos experimentaron un crecimiento sin interrupciones en los últimos años, y se espera que crezcan aún más en los años siguientes. Las personas utilizan cada vez más sus dispositivos móviles para acceder a los servicios basados en datos con fines relacionados con el trabajo, el entretenimiento o la socialización en línea. Además, las comunicaciones masivas de tipo máquina también están en aumento (por ejemplo, comunicaciones en transporte y logística, sensores, Internet de las cosas, etc.) y serán muy importantes para la nueva generación de sistemas de comunicaciones inalámbricos. Para hacer frente al aumento esperado en el uso de servicios multimedia y basados en datos, así como para soportar nuevos casos de uso que no son posibles hoy en día, se requiere una nueva generación de sistemas inalámbricos. Para esto, se espera que los sistemas de comunicación inalámbrica 5G aporten las mejoras necesarias: mayores tasas de datos, menores latencias, mejor eficiencia energética, alta fiabilidad, etc. El conocimiento de las características del canal inalámbrico es fundamental para la planificación de redes de comunicación inalámbricas y el diseño de transceptores. Como primer paso, centramos este trabajo en la caracterización completa del canal para diferentes escenarios, tales como trenes de alta velocidad, metro y comunicaciones vehículo a infraestructura en carreteras. El canal se caracterizó por medio de la evaluación de la relación señal a ruido, la pérdida de trayecto (path loss) y los llamados parámetros condensados de canal (por ejemplo, el factor K, el perfil potencia-retardo (power delay profile) y la densidad espectral de potencia Doppler). Además, para la nueva interfaz aérea de las redes 5G, una de las preguntas principales ha sido la forma de onda a usar. Finalmente, el 3rd Generation Partnership Project (3GPP) decidió usar la tecnología de multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM por sus siglas en inglés). Esta es una elección lógica, debido a las muchas ventajas exhibidas por OFDM y dado que también es la técnica de modulación empleada en las redes 4G. Sin embargo, en los últimos años, los esquemas multiportadora basados en bancos de filtros (FBMC por sus siglas en inglés) han recibido una gran atención como una alternativa a OFDM debido a sus ventajas: no usan un prefijo cíclico (lo que proporciona una mayor eficiencia espectral), los usuarios no necesitan sincronizarse en el enlace ascendente, y un mejor rendimiento teórico en escenarios de alta velocidad debido a una menor interferencia entre subportadoras. En este trabajo comparamos experimentalmente el rendimiento de FBMC y OFDM en entornos de alta velocidad. También analizamos el rendimiento de FBMC y OFDM en el caso de uso práctico de un vehículo aéreo ligero tripulado remotamente. La mayor parte del trabajo llevado a cabo en esta tesis requirió el diseño y desarrollo del denominado GTEC 5G Simulator, que se utilizó junto con el GTEC Testbed para realizar la mayoría de las campañas de medidas y evaluaciones de rendimiento por medio de transmisiones por aire.[Abstract] Multimedia and data-based services experienced a non-stopping growth over the last few years and are expected to grow even more in the following years. People are using more and more their mobile devices to access data-based services for work-related purposes, entertainment or online socialization. Moreover, massive machine-type communications are also on the rise (e.g., transport and logistics communications, sensors, Internet of Things, etc.), and will be very important for the new generation of wireless communication systems. To cope with the expected increase in the usage of multimedia and data-based services, as well as to support new use cases which are not possible today, a new generation of wireless systems is required. For this, 5G wireless communication systems are expected to bring the necessary improvements: higher data rates, lower latencies, better energy efficiency, high reliability, etc. Knowledge of the wireless channel characteristics is fundamental for the planning of wireless communication networks and transceivers design. As a first step, this work centered in the channel characterization for different scenarios such as high-speed trains, subways, and vehicle-to-infrastructure in roads. The channel was characterized by means of assessing the signal-to-noise ratio, the path loss, and the so-called channel condensed parameters (e.g., the K-factor, the power delay profile, and the Doppler power spectral density). Moreover, for the new air interface of 5G networks, one of the main questions was the waveform to be used. Finally, the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) decided to use orthogonal frequencydivision multiplexing (OFDM). This seems a natural choice due to the many advantages exhibited by OFDM and it is also the modulation technique employed by 4G networks. However, over the last few years, schemes based on filter bank multicarrier (FBMC) using quadrature amplitude modulation have received a great attention as an alternative to OFDM due to their advantages: they do not use a cyclic prefix (thus providing a higher bandwidth efficiency), users do not need to be synchronized in the uplink, and they achieve a theoretical better performance in high-speed scenarios due to a lower inter-carrier interference. In this work, we have experimentally compared the performance of FBMC versus OFDM in high-speed scenarios. We have also analyzed the performance of FBMC versus OFDM in the practical use case of a lightweight remotely piloted aircraft. The majority of the work carried out in this thesis required the design and development of the so-called GTEC 5G Simulator, which was used in conjunction with the GTEC Testbed to perform most of the measurement campaigns and performance evaluations by means of over-the-air transmissions

Modelling of mmWave Propagation Channel for Off-body Communication Scenarios

Předkládaná disertační práce je zaměřena na \uv{Modelování propagačního kanálu pro off-body komunikaci v oblasti milimetrových vln}. Navzdory pokrokům v rámci bezdrátových sítí v přímé blízkosti člověka stále systémy 5. generace postrádají dostatečnou šířku pásma a dostatečně nízkou odezvu. To je způsobeno neefektivním využíváním rádiového spektra. Tento nedostatek je potřeba co nejdříve odstranit a právě z tohoto důvodu je hlavním cílem této práce navrhnout vylepšený model rádiového kanálů pro off-body komunikaci. Úkolem tohoto modelu je umožnit uživatelům efektivněji a přesněji simulovat propagaci signálu v rámci daného prostředí. Navržený model je dále optimalizován a ověřen vůči nejnovějším měřením, získaným z literatury. Nakonec je tento model implementován do simulačního nástroje NS-3, pomocí kterého je následně využit k simulaci množství scénářů. Hlavním výstupem této práce je ověřený model přenosového kanálu pro off-body komunikaci v rámci milimetrových vln, společně s jeho implementací do simulačního nástroje NS-3, díky čemuž je dostupný pro širokou veřejnost.This thesis addresses the \uv{Modeling of mmWave Propagation Channel for Off-body Communication Scenarios}. Despite the advancements in the body area wireless networks, the 5G systems are still struggling with not enough bandwidth and large latency due to inefficient utilization of radio spectrum. This issue calls for immediate action and therefore the main aim of this Ph.D. thesis is to propose a novel mmWave off-body channel, which will enable its users to more effectively simulate the signal propagation. The proposed model is further optimized and verified against state-of-the-art measurements from the literature. Finally, the developed model is implemented into the NS-3 simulator and utilized for plethora of simulation scenarios. The main output of this thesis is the verified developed model as well as the implementation inside the NS-3 simulator, which enables a wide society to use it.

누설전자파를 위한 방사 보안 레벨 및 신호 복원

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2013. 8. 김성철.In this dissertation, reconstruction of electromagnetic emanation security (EMSEC)-channel information for video display units and printer are reconstructed using the averaging technique and proposed adaptive deringing filter. Also, emission security limits are proposed based on the analysis of the indoor EMSEC-channel. An emitted waveform from equipment which manages the important information can be detected and restored intentionally using the sensitive antenna and high performance receiver. These documents related to the EMSEC have classified by high confidentiality so that these are prohibited to publish by military organization. For this reason, reasonable emission security limits for various electronic devices dealing with significant information are necessary. Firstly, we try to identify the exact a signal characteristics and the frequency components to measure and analyze the spectrum of electromagnetic waves which are contained information on personal computer (PC) and printer. The target devices are the desktop, laptop and laser printer which is generally used in the domestic offices in this study. The printer processed a large amount of information for a short period of time, there may be leaked the information in this process. To verify the leakage of electromagnetic spectrum that contains information, we measure and analyze the whole spectrum from 100 MHz to 1000 MHz. Secondly, we represent how to build the EMSEC-system and to restore the signal leakage of electromagnetic waves on the basis of the signal characteristics of the electromagnetic wave leakage of printer and video display unit (VDU) of PC. The parameters that can improve the performance of signal recovery of the leakage electromagnetic wave, it can be given antenna sensitivity, resolution bandwidth (RBW) of the receiver, and signal processing gain. To adjust the signal processing gain, antenna which have the high antenna gain, and the use of wider RBW on receiver are improved hardware of EMSEC system. Whereas image restoration algorithm for EMSEC system as post-processing is a portion corresponding to the software of EMSEC system. Techniques for increasing signal strength and noise reduction are particularly important when trying to measure compromising emanations because the magnitude of these signals can be extremely small. Averaging technique find to achieve maximum cross correlation between recorded electromagnetic leaked signals. That method is a practical, highly effective and widely used technique for increasing the signal-to-noise ratio (SNR) of a periodic signal, such as that generated by the image-refresh circuitry in a video display system. But, the printer and facsimile exhibit aperiodicity in their EMSEC-channel information during their operation state unlike video display systems. Since the aperiodic EMSEC-channel information of equipments such as printers and faxes is not involved in processing gain, the differences between periodic- and aperiodic compromising emanations need to be considered in order to establish emission security limits. In addition to, we propose the adaptive deringing filter to reconstruct the EMSEC- channel information from PC and printer. We can obtain that the minimum peak signal-to-noise ratio (PSNR) enhancement is 2 and maximum PSNR enhancement is 10 compared with the original reconstructed image. Next, we perform the EMSEC-channel measurements in the 100?1000 MHz frequency bands. Second, we analyze the pathloss characteristics of the indoor EMSEC-channel based on these measurements. We find the frequency correlation pathloss characteristics of compromising emanations to determine the reasonable total radio attenuation (TRA). Also, the pathloss exponent value have a range from 1.06 to 2.94 depending on frequency band and the CMs, which in turn differed with propagation environments. Through this EMSEC-channel analysis, we affirm that the TRA, which is one of the key parameters for determining the security limits for compromising emanations, follows the Rician distribution. However, previous work assumed that radio attenuations would have constant values. We found that the TRA does not show significant differences depending on the frequency bands and has the following range depending on the environment, 29?41dB at CM2, a 42?57 dB at CM3, a 47?57 dB at CM4, and 24?29 at CM5. In addition to, CM3 and CM4 have greater TRA than CM2 and CM5. Based on the experimental results of this study, we propose security limits on periodic as well as aperiodic EMSEC-channel information. The proposed security limits on compromising emanations are classified into two levels according to the TRA and the level of required confidentiality. Periodic emission security limits for class A is 24, 28, 35 dBμV/m in the 100-400 MHz, 400-900 MHz and 900-1000 MHz, respectively. And periodic emission security limits for class B is 4, 1, 3, 5 dBμV/m in the 100-200 MHz, 200-600 MHz, 600-700 MHz and 700-1000 MHz, respectively. Aperiodic emission security limits are weaker than the processing gain Gp, 23 dBi than periodic emission security limits owing to the redundancy caused by repetitive signals. So, that the periodic EMSEC-channel information is easily leaked and reconstructed, which results in a potential risk. Thus, the periodic emission security limits must be stronger than the aperiodic emission security limits. We can then compare our security limits with other security limits and existing civil and military EMC standards. Future works may include characterization and reconstruction of FAX, smartcard and other electronics. And it is need to EMSEC-channel analysis in more complex environments.Chapter 1 Introduction.............................................................1 1.1 Historic background and previous work......................................3 1.2 Motivation and scope...................................................................6 Chapter 2 Detection of Compromising Emanations................9 2.1 Introduction..................................................................................9 2.2 Compromising Emanations from Video Display Units.............10 2.2.1 Property of Video Display Units ..............................................10 2.2.2 Leakage path of Video Display Units........................................11 2.2.3Measurement system...................................................................13 2.2.4 Measurement result....................................................................15 2.3 Compromising Emanations from Printer...................................17 2.3.1 Property of Printer.....................................................................17 2.3.2 Leakage path of Printer..............................................................19 2.3.3 Measurement system..................................................................20 2.3.4 Measurement result....................................................................21 2.4 Conclusion..................................................................................23 Chapter 3 Reconstruction of Compromising Emanations.....25 3.1 Introduction................................................................................25 3.2 EMSEC system for Reconstruction...........................................26 3.3 Reconstruction of Compromising Emanations from Video Display Units....................................................................................26 3.3.1 Characteristics of EMSEC-channel information from VDUs...26 3.3.2 Reconstruction result.................................................................30 3.4 Reconstruction of Compromising Emanations from Printer… 31 3.4.1 Characteristics of EMSEC-channel information from Printer..31 3.4.2 Reconstruction result.................................................................34 3.5 Adaptive Deringing Filter for EMSEC-channel information Reconstruction..................................................................................36 3.6 Conclusion..................................................................................40 Chapter 4 Characteristic of Frequency Correlation EMSEC-Channel in indoor environments............................................42 4.1 Introduction................................................................................42 4.2 Measurement methodology........................................................43 4.2.1 Measurement system..................................................................43 4.2.2 Measurement scenario and environment...................................43 4.3 Analysis of indoor EMSEC-Channel for Compromising Emanations…………………………………..................................46 4.3.1 Frequency correlation property of indoor EMSEC-Channel....47 4.3.2 Pathloss characteristics of indoor EMSEC-Channel.................52 4.4 Conclusion..................................................................................56 Chapter 5 Emission Security Limits for Compromising Emanations.............................................................................58 5.1 Introduction................................................................................58 5.2 Parameters for Emission Security Limits …………………….58 5.2.1 Total radio attenuation...............................................................60 5.2.2 Radio noise.................................................................................65 5.2.3 Antenna gain..............................................................................67 5.2.4 Signal processing gain...............................................................68 5.2.5 Minimum SNR for reconstruction.............................................69 5.2.6 Receiver noise figure.................................................................70 5.2.7 Calculation of emission security limits.....................................71 5.3 Proposed Emission Security Limits...........................................72 5.4 Comparison with Public Standards and Other Security Limits.75 5.4.1 CISPR 22 and MIL-STD-461E.................................................75 5.4.2 Security limits for Markus Kuhn...............................................76 5.4.3 ITU-T K.84 Guidelines..............................................................78 5.5 Conclusion..................................................................................84 Chapter 6 Summary and Further Study.................................86 Bibliography 90 Abstract in Korean.................................................................95Docto