Erőforrás korlátozott WLAN és BioMed alkalmazások új kommunikációs elveken alapuló, átkonfigurálható fizikai rétegeinek és protokolljainak kutatása
Title in English
New reconfigurable physical layers and their protocols for resource limited, low-rate WLAN and wearable BAN applications
Keywords in Hungarian
erőforráskorlátozott WLAN és BioMed adatátvitel, átkonfigurálható fizikai rétegek, szofver vezérelt vezetéknélküli hálózati eszközök
Keywords in English
resource limited WLAN and wearable BAN, reconfigurable physical layers, sofware defined wireless networking devices
Discipline
Electro-technology (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Electronic data interchange
Panel
Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent
Faculty of Information Technology and Bionics (Pázmány Péter Catholic University)
Participants
Józsa, Csaba Máté Krébesz, Tamás Oláh, András Tisza, Dávid
Starting date
2011-02-01
Closing date
2014-01-31
Funding (in million HUF)
16.548
FTE (full time equivalent)
8.04
state
closed project
Summary in Hungarian
A környezettudatos mérnöki megoldások a korszerű méréstechnika ill. érzékelő, adatátviteli és információ-feldolgozó eszközök alkalmazásával maximalizálják az új ill. már létező termékek, technológiák és az emberi tevékenységek hatásfokát. Egy ilyen rendszer szenzorok, szabályzók és vezetéknélküli hálózati eszközök (WND) tucatjaiból épül fel. Mivel ilyen nagyszámú eszköz esetén a frekvenciakiosztás megoldhatatlan, az engedélyhez nem kötött rádió az egyetlen megoldás. Merőben új hálózati és kommunikációs stratégiákra van szükség, mivel ezek a hálózatok ad hoc módon vannak telepítve, egy eszköz kiesése esetén annak feladatát a szomszédos eszközöknek kell átvenniük. A kognitívitáson túlmenően az egyes eszközöknek relézési funkciót is el kell látniuk ha nincs közvetlen összeköttetés az információ forrás és a célállomás között. A kutatási célok: 1. átkonfigurálható fizikai rétegek kidolgozása új vivők generálása, új modulációk és detekciós algoritmusok kutatása 2. alkalmazás orientált protokollok kutatása 3. WND modellek felállítása amelyek felhasználhatók mind a fizikai réteg, mind a kommunikációs paraméterek felett végrehajtott hálózati szintű optimalizálásban A kutatás az erőforrás-korlátozott, kis sebességű WLAN és viselhető BAN alkalmazásokra fog fókuszálni, a frekvencia újrafelhasználás az UWB technológiával lesz biztosítva. Mivel az FCC UWB szabályozás csak az emissziós limitet adja meg de nem korlátozza az új vivők és modulációk alkalmazását a kutatást kiterjesztjük az új vivőkre és modulációkra is.
Summary
Green Engineering, the only chance for sustainable development, uses advanced measurement, sensing, data transmission, information processing and control techniques to improve the efficiency of new or already existing products, technologies and human activities. To implement such systems dozens of sensors, controllers and Wireless Networking Devices (WDNs) have to be installed. Unlicensed operation is a must because frequency assignment cannot be done. New networking and communication strategies are required since these networks are installed in ad hoc manner, the neighbouring nodes have to take over the duty of a disabled node. Addition to cognitivity even collaboration among the nodes is required if a direct link does not exist between the information source and destination. Research goals are elaboration of 1. reconfigurable physical layers generation of new carriers, new modulation schemes with detection algorithms 2. application-oriented communication protocols 3. mathematical WND models suitable for both optimization of PHY layer and performing network level optimization exploiting the variable communications parameters The requirements of resource limited, low-rate WLAN and wearable BAN applications will be met, the reuse the already occupied radio frequency bands with UWB technology will be solved. The problem of data communication will be revisited since the FCC UWB Regulations limit only the emission but allows to use new types of carriers and modulation schemes.
Final report
Results in Hungarian
(1) Átkonfigurálható fizikai rétegek kidolgozása
- Kidolgoztuk a CS-DCSK/GCS-DCSK modulációs eljárásokat
- Analitikus összefüggéseket adtunk az új modulációk hibaarányára
- Eljárásokat adtunk adott feltételek között optimális megoldást adó detekciós algoritmusok levezetésére
(2) Alkalmazás orientált kommunikációs protokollok kidolgozása a fizikai rétegekre
-Az UWB FM-DCSK kommunikációs protokoll kidolgozásával egy nagyságrenddel megnöveltük az irodalomból ismert gauss-i UWB impulzusokon alapuló rádiós összeköttetések hatótávolságát
-Az UWB Chirp IR TR kommunikációs protokoll kidolgozásával egy nagyságrenddel megnöveltük a gauss-i impulzusokon alapuló rádiós összeköttetések hatótávolságát úgy hogy közben megőriztük a gauss-i rendszerek csatorna diszperzió elnyomását
(3) Az SDE koncepcióhoz illeszkedő alapsávi WND modellek felállítása
-Szisztematikus tervezési eljárásokat adtunk WLAN és BioMed WND eszközök alapsávi modelljeinek származtatására
-Alapsávi számítógépes szimulátorok SDE mérőrendszerbe való integrálásával olyan szoftver definiált kutatói platformot dolgoztunk ki, amely alkalmas valóságos fizikai jelek generálására és feldolgozására
(4) WLAN alkalmazásokra optimalizált GPU platformon implementált detekciós algoritmus kidolgozása
- Megmutattuk, hogy a GPU platformok párhuzamos struktúrájú algoritmusokkal alkalmassá tehetők detekciós feladatok végrehajtására
- Kidolgoztuk az ML detekció GPU platformon való implementálását lehetővé tevő PSD algoritmust
Results in English
(1) Elaboration of reconfigurable physical layers
- Elaboration of CS-GCSK/GCS-DCSK modulation schemes
- Derivation of analytical expression for the BER performance of these new modulation schemes
- Elaboration of a step-by-step method for the derivation of detection algorithms assuring optimum solution for different applications
(2) Elaboration of application-oriented protocols for PHY layer
- Elaboration of UWB FM-DCSK protocol which improves by an order the coverage of the already published Gaussian UWB Impulse Radio (IR)
- Elaboration of UWB Chirp IR TR protocol which improves by an order the coverage of Gaussian UWB IR but which preserves the channel dispersion suppression capability of Gaussian one
(3) Elaboration of SDE conform BaseBand (BB) WND models
- Elaboration of a step-by-step method for the derivation of equivalent BB models of WLAN and BioMed devices
- By integration of BB simulators into the SDE platform we have elaborated a software defined research platforms for the generation and analysis of real physical signals
(4) Elaboration of detection algorithms on Gp-GPU platform suitable for WLAN applications
- We have shown that with appropriate parallel algorithms the GP-GPU platforms can be used to implement detectors
- Elaboration of PSD algorithm which implements the ML detection on GP-GPU platform
Géza Kolumbán, Tamás Krébesz, Chi K. Tse, and Francis C.M. Lau: Basics of Communications Using Chaos, Chaotic Signals in Digital Communications - Electrical Engineering & Applied Signal Processing Series, October 25, 2013 by CRC Press, 2013
