Συντάχθηκε 30-07-2014 15:18
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
30-07-2014 15:49
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΦΑΣΑΡΑΚΗ - ΧΙΛΛΙΑΡΝΤ
με θέμα
Σύμφωνη Ανίχνευση και Κωδικοποίηση Καναλιού για Δίκτυα Αισθητήρων Οπισθοσκέδασης
Coherent Detection and Channel Coding for Backscatter Sensor Networks
Παρασκευή 1 Αυγούστου 2014, 4:30μμ
Αίθουσα 137.Π39, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Άγγελος Μπλέτσας (επιβλέπων)
Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Καρυστινός
Αναπληρωτής Καθηγητής Αντώνιος Δεληγιαννάκης
Περίληψη
Με την ραγδαία ανάπτυξη τεχνολογίας αισθητήρων και την εξέλιξη των συστημάτων ασύρματης επικοινωνίας με οπισθοσκέδαση, η αρχή της επικοινωνίας με ανάκλαση αντί για ενεργή μετάδοση έχει αναδειχθεί ως μία κρίσιμη τεχνολογία για χαμηλού κόστους, μεγάλης κλίμακας, υψηλής ανάλυσης και κάλυψης δικτύωση αισθητήρων. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας αναπτύσσεται καινοτόμος σύμφωνος δέκτης ψηφιακής διαμόρφωσης συχνότητας (FSK) για το διστατικό κανάλι οπισθοσκέδασης. Η εργασία αυτή προσφέρει τον βέλτιστο σύμφωνο εκτιμητή μέγιστης πιθανοφάνειας, μια απλή διαδικασία εκτίμησης καναλιού και αναλυτικές εκφράσεις για την πιθανότητα σφάλματος του σύμφωνου ανιχνευτή. Επιπροσθέτως, η εμβέλεια επικοινωνίας αυξάνεται χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους μικρού-μήκους, κυκλικούς κώδικες καναλιού. Η προτεινόμενη προσέγγιση χαρακτηρίζεται από χαμηλή πολυπλοκότητα κωδικοποίησης, ιδανική για αισθητήρες πολύ χαμηλής κατανάλωσης εφοδιασμένους με μικροελεγκτές περιορισμένης επεξεργαστικής ισχύος, πετυχαίνει χαμηλή πολυπλοκότητα αποκωδικοποίησης στον δέκτη και προσφέρει διαφοροποίηση υψηλού βαθμού με κατάλληλη προεπεξεργασία χαμηλής υπολογιστικής πολυπλοκότητας. Ο προτεινόμενος σύμφωνος δέκτης προσφέρει έως και 4.6 dB κέρδος σε σχέση με ανταγωνιστικούς ασύμφωνους διστατικούς δέκτες ενώ κέρδος μέχρι και 18dB μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τους προτεινόμενους μικρού-μήκους κυκλικούς κώδικες καναλιού. Η θεωρητική σχεδίαση επιβεβαιώνεται πειραματικά με εμπορικούς δέκτες ελεγχόμενους από λογισμικό και πρωτότυπους αισθητήρες σκέδασης. Επιτυγχάνεται εμβέλεια επικοινωνίας μεταξύ αισθητήρα και δέκτη μέχρι και 150 μέτρα χρησιμοποιώντας μόνο 20 mW εκπεμπόμενης ισχύος, αυξάνοντας κατά 10 μέτρα την εμβέλεια σε σχέση με την ασύμφωνη ανίχνευση χωρίς κωδικοποίηση καναλιού. Με την επικείμενη ανάδειξη των δικτύων οπισθοσκέδασης ως βασικό στοιχείο ασύρματης δικτύωσης αισθητήρων μεγάλης κλίμακας, η εργασία αυτή συνεισφέρει προς την κατεύθυνση της πραγματοποίησης πολύ χαμηλού κόστους, χαμηλής ενέργειας και αυξημένης εμβέλειας σχετικών εφαρμογών.
Abstract
With rapid advances in sensor technology and the evolution of scatter radio systems, the principle of reflection rather than active transmission employed by backscatter sensor networks has emerged as a potential key element of low-cost, large-scale, high-resolution ubiquitous sensing. This work develops a novel coherent receiver of frequency shift keying (FSK) modulation for the bistatic scatter radio channel. The optimal maximum likelihood (ML) coherent detector as well as a simple channel estimation procedure are offered and closed form expressions for the error rate performance of the coherent detector are provided. Additional range gains are achieved by proposing specific short block-length cyclic channel codes. The proposed approach requires minimum encoding complexity, ideal for resource-constrained ultra-low power microcontroller unit (MCU)-based scatter radio tags, adheres to simple low-complexity decoding at the receiver and achieves high-order signal diversity through appropriate low-complexity prepossessing. It is found that the proposed coherent receiver offers up to 4.6dB gain compared to state-of-the-art noncoherent bistatic receiver while gains up to 18dB are reported by employing specific short-block length channel codes. The theoretical design is followed by experimental validation with a commodity software-defined radio (SDR) reader and custom scatter radio tags; tag-to-reader ranges up to 150 meters are demonstrated with as little as 20mW transmission power, increasing sensing ranges by 10 additional meters compared to the uncoded noncoherent case. With the imminent emergence of backscatter sensor networks as a key element of ubiquitous sensing, this work serves as
a small step forward towards the realization of ultra low-cost, low-power, increased range backscatter sensor networks and applications.
