Optimizing transmission and reception techniques for Ultra Wide-band Communication Systems:
Creators: name: Mustafa Safaryan, Taghreed H.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Υπερ-ευρύζωνικος επικοινωνίας
Ασύρματος επικοινωνίας
Πομπός – Δέκτης
Ultra Wide-band communications
Wireless communication
Wireless Transmission

description: This thesis deals with the optimization and study of transmission and reception techniques for ultra wide-band (UWB) communication systems. More specifically, this thesis introduces a novel technique for high data rate transmission in UWB communications systems considering the limited bandwidth modulated and modified Hermite pulse (LB-MMHP) set of different orders for each user in order to reduce various interferences. The LB-MMHP set is composed of pseudo-orthogonal pulses that have both good auto-correlation characteristics in all orders and low cross-correlation characteristics between different orders. The LB-MMHP pulses maintain their orthogonality without significantly changing their pulse bandwidth for any pulse order used. The Data is transmitted using MN-ary biorthogonal pulse position amplitude modulation (BPPAM) at a rate of many pulses per symbol. Multiple access capability is achieved using spread spectrum time hopping (TH). The Multi-user interference (MUI) and inter symbol interference (ISI) can be reduced effectively in a multi-user system. The performance of the proposed system is evaluated over multipath fading channels. Numerical and simulation results show that the proposed UWB system has significant performance improvements in terms of interference suppression and the advantage of low transceiver complexity. Furthermore, the thesis investigates the use of opportunistic UWB networks which can be efficiently applied to collect data through sensors employed for preserving environment. The high-precision positioning capabilities of UWB technology, based on its operation of ultra short data bearing pulses, can be a reliable solution. Most of the positioning techniques are based on time-of-arrival (ToA) of the first path which can be effectively estimated when the probability of early detection (PoED) is known. In this thesis, the PoED of UWB positioning sensor network subject to narrowband interference (NBI) modeled with Nakagami-m distribution is evaluated. The derived closed-form approximative expression of the PoED has remarkable accuracy in comparison to the existing semi-infinite series expression. The derived closed-form approximative expression is an easily handling finite sum that can be easily evaluated by any standard commercial mathematical software package. However, the tight lower and upper closed form bounds for the PoED are derived. Numerical and simulation results are shown to validate the analytical derivations.
description: Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη βελτιστοποίηση και τη μελέτη τεχνικών εκπομπής και λήψης για τηλεπικοινωνιακά συστήματα υπερ-ευρείας ζώνης (UWB). Ειδικότερα, παρουσιάζει μία καινοτόμα τεχνική για χρήση σε επίτευξη υψηλών ρυθμού μετάδοσης δεδομένων σε συστήματα UWB, χρησιμοποιώντας το σύνολο των παλμών Hermite περιορισμένου εύρους ζώνης (LB-MMHP) διαφορετικής τάξης για κάθε χρήστη του συστήματος, με σκοπό τον περιορισμό των παρεμβολών. Το σύνολο των παλμών LB-MMHP αποτελείται από ψευδο-ορθογωνικούς παλμούς οι οποίοι έχουν πολύ καλά χαρακτηριστικά αυτοσυσχέτισης σε όλες τις τάξεις και χαμηλά χαρακτηριστικά αλληλοσυσχέτισης μεταξύ διαφορετικών τάξεων. Οι παλμοί LB-MMHP υποστηρίζουν την ορθογωνικότητα χωρίς σημαντική μεταβολή του εύρους ζώνης των παλμών για κάθε τάξη παλμού. Τα δεδομένα μεταδίδονται χρησιμοποιώντας ΜΝ-αδικούς διπλο-ορθογώνια διαμόρφωση θέσης παλμούς (BPPAM) σε ρυθμό πολλών παλμών ανά σύμβολο. Η δυνατότητα πολλαπλής προσπέλασης επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας τεχνική spread spectrum time hopping (TH). Η παρεμβολή των άλλων χρηστών (MUI) και η διασυμβολική παρεμβολή (ISI) μπορεί να μειωθεί με το τρόπο αυτό ιδιαίτερα αποτελεσματικά. Η επίδοση του προτεινόμενου συστήματος αξιολογείται σε κανάλι πολλαπλών οδεύσεων. Αποτελέσματα και προσομοιώσεις δείχνουν ότι το προτεινόμενο UWB σύστημα παρουσιάζει σημαντική βελτίωση της επίδοσης με όρους αντιμετώπισης των παρεμβολών και μικρότερης πολυπλοκότητας στον δέκτη. Επιπρόσθετα, η διατριβή ερευνά τη χρήση δικτύων opportunistic UWB, τα οποία μπορούν αποτελεσματικά να εφαρμοστούν στη συλλογή δεδομένων μέσω αισθητήρων, οι οποίοι τοποθετούνται στο περιβάλλον. Η δυνατότητες εύρεσης της θέσης με μεγάλη ακρίβεια μέσω των συστημάτων αυτών και με χρήση παλμών πολύ μικρής διάρκειας μπορεί να είναι μία αξιόπιστη λύση. Οι περισσότερες τεχνικές εύρεσης θέσης βασίζεται στον χρόνο αύξησης (ToA) της πρώτης όδευσης, η οποία μπορεί να εκτιμηθεί αποτελεσματικά όταν η πιθανότητα έγκαιρης ανίχνευσης (PoED) είναι γνωστή. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μία μεθοδολογία εύρεσης της PoED των UWB δικτύων αισθητήρων, υποθέτοντας ότι η παρεμβολή στενής ζώνης (NBI) μοντελοποιείται με την κατανομή Nakagami-m. Οι σχέσεις κλειστής μορφής που παρουσιάζονται για την PoED είναι ιδιαίτερα ακριβείς συγκρινόμενες με τις υπάρχουσες σχε΄σεις με άπειρα αθροίσματα. Επίσης παρουσιάζονται σχέσεις κλειστής μορφής για άνω και κάτω όρια της PoED. Σύγκριση μεταξύ αριθμητικών αποτελεσμάτων και προσομοιώσεων δείχνουν ότι οι προτεινόμενες σχέσεις είναι ακριβείς.