Online Learning of Power Transmission Dynamics

We consider the problem of reconstructing the dynamic state matrix of transmission power grids from time-stamped PMU measurements in the regime of ambient fluctuations. Using a maximum likelihood based approach, we construct a family of convex estimators that adapt to the structure of the problem depending on the available prior information. The proposed method is fully data-driven and does not assume any knowledge of system parameters. It can be implemented in near real-time and requires a small amount of data. Our learning algorithms can be used for model validation and calibration, and can also be applied to related problems of system stability, detection of forced oscillations, generation re-dispatch, as well as to the estimation of the system state.Comment: 7 pages, 4 figure

Measuring and Managing Answer Quality for Online Data-Intensive Services

Online data-intensive services parallelize query execution across distributed software components. Interactive response time is a priority, so online query executions return answers without waiting for slow running components to finish. However, data from these slow components could lead to better answers. We propose Ubora, an approach to measure the effect of slow running components on the quality of answers. Ubora randomly samples online queries and executes them twice. The first execution elides data from slow components and provides fast online answers; the second execution waits for all components to complete. Ubora uses memoization to speed up mature executions by replaying network messages exchanged between components. Our systems-level implementation works for a wide range of platforms, including Hadoop/Yarn, Apache Lucene, the EasyRec Recommendation Engine, and the OpenEphyra question answering system. Ubora computes answer quality much faster than competing approaches that do not use memoization. With Ubora, we show that answer quality can and should be used to guide online admission control. Our adaptive controller processed 37% more queries than a competing controller guided by the rate of timeouts.Comment: Technical Repor

An indoor variance-based localization technique utilizing the UWB estimation of geometrical propagation parameters

A novel localization framework is presented based on ultra-wideband (UWB) channel sounding, employing a triangulation method using the geometrical properties of propagation paths, such as time delay of arrival, angle of departure, angle of arrival, and their estimated variances. In order to extract these parameters from the UWB sounding data, an extension to the high-resolution RiMAX algorithm was developed, facilitating the analysis of these frequency-dependent multipath parameters. This framework was then tested by performing indoor measurements with a vector network analyzer and virtual antenna arrays. The estimated means and variances of these geometrical parameters were utilized to generate multiple sample sets of input values for our localization framework. Next to that, we consider the existence of multiple possible target locations, which were subsequently clustered using a Kim-Parks algorithm, resulting in a more robust estimation of each target node. Measurements reveal that our newly proposed technique achieves an average accuracy of 0.26, 0.28, and 0.90 m in line-of-sight (LoS), obstructed-LoS, and non-LoS scenarios, respectively, and this with only one single beacon node. Moreover, utilizing the estimated variances of the multipath parameters proved to enhance the location estimation significantly compared to only utilizing their estimated mean values

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