55,985 research outputs found

    Delayed Dynamical Systems: Networks, Chimeras and Reservoir Computing

    Full text link
    We present a systematic approach to reveal the correspondence between time delay dynamics and networks of coupled oscillators. After early demonstrations of the usefulness of spatio-temporal representations of time-delay system dynamics, extensive research on optoelectronic feedback loops has revealed their immense potential for realizing complex system dynamics such as chimeras in rings of coupled oscillators and applications to reservoir computing. Delayed dynamical systems have been enriched in recent years through the application of digital signal processing techniques. Very recently, we have showed that one can significantly extend the capabilities and implement networks with arbitrary topologies through the use of field programmable gate arrays (FPGAs). This architecture allows the design of appropriate filters and multiple time delays which greatly extend the possibilities for exploring synchronization patterns in arbitrary topological networks. This has enabled us to explore complex dynamics on networks with nodes that can be perfectly identical, introduce parameter heterogeneities and multiple time delays, as well as change network topologies to control the formation and evolution of patterns of synchrony

    IEEE 802.15.4-PHY Packet Detection and Transmission System With Differential Encoding For Low Power IoT Networks

    Get PDF
    Synchronization is the first operation in a digital base band receiver. The accuracy of the synchronizer shapes up the performance of the base band receiver. Synchronization is broadly divided into Carrier Frequency and Phase Synchronization, Symbol Timing and Frame Synchronization. If number of false detections in frame synchronization are high then large amount of power is wasted for processing unwanted packets. In this paper, we are proposing a packet detection and transmission system with differential encoding for low power IoT networks which reduces the number of false packet detections compared to existing preamble detection techniques. The proposed frame synchronization method decides packet is valid or not by cross correlating received packet with fixed preamble sequence and determine its boundaries. The proposed system is analyzed with smart metering power data and corresponding probabilities of packet missing and false detection, power consumption and bit error rate are analyzed. At 3 dB SNR the number of false detections are reduced by 170 compared to conventional correlation method thereby saving 15.8 % of processing power at receiver

    Using discrete-time hyperchaotic-based asymmetric encryption and decryption keys for secure signal transmission

    Get PDF
    In this paper, a framework for the synchronization of two non-identical discrete-time hyperchaotic systems, namely the 3D Baier-Klein and the 3D Hitzel-Zele maps, based on the use of hybrid output feedback concept and aggregation techniques, is employed to design a two-channel secure communication system. New sufficient conditions for synchronization are obtained by the use of Borne and Gentina practical criterion for stabilization study associated to the forced arrow form matrix for system description. The efficiency of the proposed approach to confidentially recover the transmitted message signal is shown via an application to the hyperchaotic Baier-Klein and Hitzel-Zele systems, considered as generators of asymmetric encryption and decryption keys

    Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

    Get PDF
    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

    Synchronization of a WDM Packet-Switched Slotted Ring

    Get PDF
    In this paper, we present two different strategies of slot synchronization in wavelength-division-multiplexing (WDM) packet-switched slotted-ring networks. Emphasis is given to the architecture behind the WDM Optical Network Demonstrator over Rings (WONDER) project, which is based on tunable transmitters and fixed receivers. The WONDER experimental prototype is currently being developed at the laboratories of Politecnico di Torino. In the former strategy, a slotsynchronization signal is transmitted by the master station on a dedicated control wavelength; in the latter, slave nodes achieve slot synchronization aligning on data packets that are received from the master. The performance of both synchronization strategies, particularly in terms of packet-collision probability, was evaluated by simulation. The technique based on transmitting a timing signal on a dedicated control wavelength achieves better performance, although it is more expensive due to the need for an additional wavelength. However, the technique based on aligning data packets that are received from the master, despite attaining lower timing stability, still deserves further study, particularly if limiting the number of wavelengths and receivers is a major requirement. Some experimental results, which were measured on the WONDER prototype, are also shown. Measurement results, together with theoretical findings, demonstrate the good synchronization performance of the prototype

    On a Hybrid Preamble/Soft-Output Demapper Approach for Time Synchronization for IEEE 802.15.6 Narrowband WBAN

    Full text link
    In this paper, we present a maximum likelihood (ML) based time synchronization algorithm for Wireless Body Area Networks (WBAN). The proposed technique takes advantage of soft information retrieved from the soft demapper for the time delay estimation. This algorithm has a low complexity and is adapted to the frame structure specified by the IEEE 802.15.6 standard for the narrowband systems. Simulation results have shown good performance which approach the theoretical mean square error limit bound represented by the Cramer Rao Bound (CRB)
    corecore