Συντάχθηκε 24-10-2014 09:53
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Παναγιώτη Αλεβίζου
με θέμα
Κωδικοποίηση Καναλιού και Ανίχνευση για Αυξημένης Εμβέλειας Διστατικά Ραδιόφωνα Σκέδασης
Channel Coding and Detection for Increased Range Bistatic Scatter Radio
Δευτέρα 27 Οκτωβρίου 2014, 7μμ
Αίθουσα 145.Π42, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Άγγελος Μπλέτσας (επιβλέπων)
Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Καρυστινός
Αναπληρωτής Καθηγητής Αντώνιος Δελληγιαννάκης
Περίληψη
Τα ραδιόφωνα σκέδασης, τα οποία επικοινωνούν μέσω ανάκλασης, έχουν αναδειχθεί σαν μία πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για πολύ χαμηλής ισχύος, ευρείας κλίμακας δικτύωση αισθητήρων. Η εργασία αυτή μελετάει παράλληλα την ασύμφωνη ανίχνευση και κωδικοποίηση καναλιού για δίκτυα ραδιοφώνων σκέδασης, με απόλυτο στόχο την περαιτέρω επέκταση της εμβέλειας επικοινωνίας, σε σύγκριση με υπάρχουσες τεχνικές. Συγκεκριμένα, η δουλειά αυτή εστιάζει στην διαμόρφωση μεταλλαγής ολίσθησης συχνότητας (FSK) σε διστατικές αρχιτεκτονικές ραδιοφώνων σκέδασης, όπου ο εκπομπός φέροντος είναι διαφορετική συσκευή σε σχέση με τον λογισμικά-ελεγχόμενο δέκτη (SDR). Η FSK είναι ιδανική διαμόρφωση για συστήματα χαμηλής ισχύος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συχνοτικές τεχνικές πρόσβασης στο μέσο.
Ένας καινοτόμος κανόνας αποκωδικοποίησης βασισμένος σε σύνθετο έλεγχο υποθέσεων εξήχθη για ασύμφωνη κωδικοποιημένη FSK σε διστατικές αρχιτεκτονικές ραδιοφώνων σκέδασης. Ο κανόνας αυτός αξιολογήθηκε με μπλοκ κώδικες μικρού μήκους, οι οποίοι προσφέρουν πολύ χαμηλής πολυπλοκότητας κωδικοποίηση, συνεπώς, οι κώδικές αυτοί είναι κατάλληλοι για αισθητήρες σκέδασης με περιορισμένους πόρους. Reed-Muller και BCH κώδικες μελετήθηκαν λόγω της ισχυρής αλγεβρικής δομής τους. Δείχθηκε ότι
το προτεινόμενο σχήμα κωδικοποίησης επιτυγχάνει υψηλής τάξης διαφοροποίηση μέσω σύμπλεξης. Εκτενείς προσομοιώσεις σε σενάρια διαλείψεων Rice περιλαμβάνουν την επίδραση που έχουν τα λάθη στην εκτίμηση φορέα συχνότητας, ο χρόνος συνάφειας του καναλιού και το βάθος της σύμπλεξης. Επίσης, έγινε ανάλυση απόδοσης σε κλειστή μορφή. Παρουσιάστηκε θεωρητική ανάλυση για σύμφωνη ανίχνευση και κωδικοποίηση μέγιστης πιθανοφάνειας για διαμόρφωση με μεταλλαγή on-off (OOK). Επιπροσθέτως, πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις σε εξωτερικούς χώρους με εμπορικά SDR και κατασκευασμένους αισθητήρες σκέδασης. Επιδείχθηκε πειραματικά ότι με πολυκατευθυντικές κεραίες και εκπεμπόμενη ισχύ 20 milliWatt μπορούν να επιτευχθούν 134 μέτρα εμβέλεια μεταξύ αισθητήρα και δέκτη. Η τεχνική κωδικοποίησης που εφαρμόστηκε, προσέφερε 10 επιπλέον μέτρα αύξηση στην εμβέλεια σε σχέση με τις καλύτερες προϋπάρχουσες τεχνικές που δεν χρησιμοποιούν κωδικοποίηση.
Σαν αποτέλεσμα, η εργασία αυτή προσέφερε μια απλή λύση που θα μπορούσε να βοηθήσει στην υιοθέτηση των ραδιοφώνων σκέδασης για ευρείας κλίμακας, πολύ χαμηλής κατανάλωσης ασύρματα δίκτυα αισθητήρων.
Abstract
Scatter radio, i.e communication by means of reflection, has emerged as a potential key-enabling technology for ultra low-cost, large-scale, ubiquitous sensor networking. This work jointly studies noncoherent detection and channel coding for scatter radio networks, with the ultimate goal to further extend communication range, compared to prior art. Specifically, this work focuses on frequency shift keying modulation (FSK) in bistatic scatter radio architectures, where carrier emitter is dislocated from the software defined radio receiver (SDR). FSK is ideal for the power limited regime and allows for simple, frequency division multiple access (FDMA) of simultaneously operating receiver-less sensors.
A novel composite hypothesis testing decoding rule is derived for noncoherent channel-encoded FSK, in bistatic scatter radio architectures. Such decoding rule is evaluated with short block length channel codes; the latter offer ultra-low encoding complexity, and thus, they are appropriate for resource-constraint scatter radio sensors. Reed-Muller and BCH codes are studied, due to their strong algebraic structure. It is shown that the proposed decoding scheme achieves high diversity order through interleaving. Extensive simulations under Rician fading scenarios include the impact of carrier frequency offset estimation errors, channel coherence time and interleaving depth. Closed-form performance analysis is also provided. Theoretical analysis for maximum likelihood coherent detection and decoding in on-off keying modulation (OOK) is also presented. Furthermore, experimental measurements are conducted outdoors, with a commodity SDR reader and custom scatter radio sensor. Sensor-to-reader ranges up to 134 meters are experimentally demonstrated with omnidirectional antennas and 13 dBm (20 milliWatt) transmission power. Coded setup offered 10 additional meters range extension compared to the state-of-the-art uncoded noncoherent detection.
As a result, this thesis provided a simple solution that could further leverage the adoption of scatter radio in large-scale, ultra low-cost wireless sensor networks.
