Orthogonal chirp division multiplexing: performance evaluation in the presence of phase noise

In Beyond 5G technologies, Terahertz communications will be used: frequency bands between 100 GHz and 10 THz will be exploited in order to have higher throughput and lower latency. Those frequency bands suffer from several impairments, and it is thought that phase noise is one of the most significant. Orthogonal Chirp Division Multiplexing (OCDM) might be used in Beyond 5G communications, thanks to its robustness to multipath fading: it outperforms Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems. The aim of this thesis is to find a suitable model for describing phase noise in Terahertz communications, and to study the performance of an OCDM system affected by this impairment. After this, a simple compensation scheme is introduced, and the improvement that it provides is analysed. The thesis is organized as follow: in the first chapter Terahertz communications and Beyond 5G are introduced, in the second chapter phase noise is studied, in the third chapter OCDM is analysed, and in the fourth chapter numerical results are presented.

Implementazione di un ricevitore OFDM mediante software radio

Nel campo della trasmissione di segnali alfanumerici è cresciuto sempre di più l’interesse riguardo alla trasmissione di segnali caratterizzati da più sottoportanti affiancate nel dominio della frequenza mediante modulazione multiportante (MC, multicarrier modulation). Si è dimostrato che OFDM è un’effettiva tecnica per "combattere" il problema del multipath-fading nei canali wirless. Il multipath-fading è una forma di distorsione di un segnale che giunge a destinazione sotto forma di un certo numero di repliche, sfasate nel tempo, originate dai vari percorsi che il segnale stesso può aver seguito durante la sua propagazione e sommantesi tra loro in ricezione; ogni replica inoltre, sarà soggetta ad un’attenuazione in generale diversa da quella subita dalle altre repliche. Ciò che si vuole realizzare è un sistema di trasmissione e ricezione dati alfanumerico tramite la modulazione OFDM tramite l’utilizzo di due dispositivi SDR. In particolare per la trasmissione del segnale viene utilizzato il dispositivo ADALM-PLUTO, ed è lasciata libera scelta nel trasmettere qualsiasi tipo di segnale alfanumerico, ovvero il numero di simboli OFDM può variare a discrezione dell’utente. Per la ricezione del segnale inviato è stato impiegato il dispositivo Noolec NESDR, e l’utente, qui, sarà invece obbligato a inserire il numero di simboli OFDM da dover ricevere per avere così una corretta decodifica del segnale.

Coded slotted aloha with multipacket reception over block fading channels (for satellite networks)

Random access (RA) protocols are normally used in a satellite networks for initial terminal access and are particularly effective since no coordination is required. On the other hand, contention resolution diversity slotted Aloha (CRDSA), irregular repetition slotted Aloha (IRSA) and coded slotted Aloha (CSA) has shown to be more efficient than classic RA schemes as slotted Aloha, and can be exploited also when short packets transmissions are done over a shared medium. In particular, they relies on burst repetition and on successive interference cancellation (SIC) applied at the receiver. The SIC process can be well described using a bipartite graph representation and exploiting tools used for analyze iterative decoding. The scope of my Master Thesis has been to described the performance of such RA protocols when the Rayleigh fading is taken into account. In this context, each user has the ability to correctly decode a packet also in presence of collision and when SIC is considered this may result in multi-packet reception. Analysis of the SIC procedure under Rayleigh fading has been analytically derived for the asymptotic case (infinite frame length), helping the analysis of both throughput and packet loss rates. An upper bound of the achievable performance has been analytically obtained. It can be show that in particular channel conditions the throughput of the system can be greater than one packets per slot which is the theoretical limit of the Collision Channel case.

Attenuazione del multipath attraverso tecniche di diversità per applicazioni beacon tramite segnali Bluetooth Low Energy

In questo elaborato è stato effettuato uno studio di soluzioni tecnologiche per eseguire una localizzazione di prossimità in ambienti indoor tramite la percezione di segnali Bluetooth Low Energy. Il sistema analizzato e sperimentato è composto da un dispositivo in ricezione che effettua una stima della distanza che intercorre con il trasmettitore, tramite la valutazione della potenza del segnale ricevuto. A causa della propagazione indoor, tale stima risulta poco accurata in termini di ranging in quanto vengono a generarsi delle fluttuazioni istantanee del segnale ricevuto dovute a fenomeni di multipath. L’obiettivo di questo progetto è stato quello di mitigare queste oscillazioni sfruttando due trasmettitori al posto di uno, effettuando quindi in ricezione opportune combinazioni fra i segnali ricevuti (Diversity Combining Techniques).

Protocolli di Trasporto Multipath: Sperimentazione e Valutazione Sperimentale di MPTCP

In questa tesi è stata studiata la nuova tecnologia offerta da MPTCP che permette l'utilizzo di interfacce multiple per una stessa sessione. I benefici portati sono un miglioramento della capacità trasmissiva e una maggiore robustezza ai guasti. Per testare le sue funzionalità sono stati effettuate prove con laptop muniti di almeno due interfacce di rete.

Sistemi OFDM: prestazioni di livello fisico

I primi studi su Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) sono stati fatti fin dal 1960, ma negli ultimi anni la modulazione OFDM è emersa come una tecnica di modulazione chiave commerciale per i sistemi di comunicazione ad alta velocità. La ragione principale di questo crescente interesse è dovuto alla sua capacità di fornire dati ad alta velocità impiegando sistemi con complessità bassa e contrastando l'interferenza intersimbolo (ISI) e quella intercanale (ICI). Per questo motivo la modulazione OFDM è stata adottata da diversi sistemi digitali wireline e wireless standard, come Digital Audio Broadcasting (DAB), Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), Wireless Local Area Network (IEEE 802.11 a,g,n) oppure per WiMAX e LTE.

Valutazione sperimentale delle prestazioni di un sistema di smart metering a 169 Mhz in ambiente urbano

Sono state valutate sperimentalmente le prestazioni di tre diversi collegamenti di Smart Metering in tre ambienti (urbano, sub-urbano e urbano denso) alla frequenza di 169 MHz. Grazie al calcolo del valore di Building Penetration Loss e dei valori di Path Loss è stato possibile stabilire le distanze massime di collegamento accentratore-meter al variare della probabilità di copertura.

Synthesis, characterization and formulation of a cathode active material: Copper nitroprusside

Nowadays, rechargeable Li-ion batteries play an important role in portable consumer devices. Formulation of such batteries is improvable by researching new cathodic materials that present higher performances of cyclability and negligible efficiency loss over cycles. Goal of this work was to investigate a new cathodic material, copper nitroprusside, which presents a porous 3D framework. Synthesis was carried out by a low-cost and scalable co-precipitation method. Subsequently, the product was characterized by means of different techniques, such as TGA, XRF, CHN elemental analysis, XRD, Mössbauer spectroscopy and cyclic voltammetry. Electrochemical tests were finally performed both in coin cells and by using in situ cells: on one hand, coin cells allowed different formulations to be easily tested, on the other operando cycling led a deeper insight to insertion process and both chemical and physical changes. Results of several tests highlighted a non-reversible electrochemical behavior of the material and a rapid capacity fading over time. Moreover, operando techniques report that amorphisation occurs during the discharge.

Angular momentum of S0 galaxies

The aim of this thesis is to study the angular momentum of a sample of S0 galaxies. In the quest to understand whether the formation of S0 galaxies is more closely linked to that of ellipticals or that of spirals, our goal is to compare the amount of their specific angular momentum as a function of stellar mass with respect to spirals. Through kinematic comparison between these different classes of galaxies we aim to understand if a scenario of passive evolution, in which the galaxy’s gas is consumed and the star formation is quenched, can be considered as plausible mechanism to explain the transformation from spirals to S0s. In order to derive the structural and photometric parameters of galaxy sub-components we performed a bulge-disc decomposition of optical images using GALFIT. The stellar kinematic of the galaxies was measured using integral field spectroscopic data from CALIFA survey. The development of new original software, based on a Monte Carlo Markov Chain algorithm, allowed us to obtain the values of the line of sight velocity and velocity dispersion of disc and bulge components. The result that we obtained is that S0 discs have a distribution of stellar specific angular momentum that is in full agreement with that of spiral discs, so the mechanism of simple fading can be considered as one of the most important for transformation from spirals to S0s.

Rilevamento satellitare di cicli in percorsi urbani

Lo scopo di questo lavoro è sperimentare l’impiego di ricevitori a basso costo per il posizionamento di cicli in ambito urbano. Questo tipo di rilievo trova ampio impiego nello studio e verifica delle funzionalità del reticolo delle piste ciclabili. Il rilievo effettuato in condizioni di scarsa visibilità verso la costellazione satellitare e in presenza di riflessioni multiple indotte da superfici verticali, quali quelle degli edifici in ambito urbano, risulta affetto da specifiche problematiche che si è cercato di affrontare nella presente tesi. In particolare si è analizzato l’effetto del “multipath”, nel posizionamento GPS, di un ciclista in movimento su percorsi caratterizzati da “canyon urbano”, nel centrostorico di Bologna. La strumentazione sperimentata è consistita da un tablet Smasung Note 10.1, uno smartphone Samsung S4 e un ricevitore GNSS (U-blox Neo-7P) collegato ad una Raspberry Pi 2. Anche a livello software è stato sperimentato per le unità Samsung sia il software Strava, che il Blackcountry Navigator. Mentre l’acquisizione del sensore U-blox è avvenuta direttamente tramite connessione seriale in un file di testo. Nel primo capitolo verrà presentato il sistema GPS nella sua generalità. Nel secondo, invece, verrà descritta la parte del sistema GPS, che si è utilizzato per questo lavoro. Nel terzo si mostreranno gli strumenti e le apparecchiature utilizzate durante il lavoro. Nel quarto si procederà alla presentazione del caso di studio. Nell’ultimo capitolo verranno riportate le conclusioni di tutto il lavoro svolto.

Performance analysis of different sensing techniques in Cognitive Radio Networks.

The spectrum of radiofrequency is distributed in such a way that it is fixed to certain users called licensed users and it cannot be used by unlicensed users even though the spectrum is not in use. This inefficient use of spectrum leads to spectral holes. To overcome the problem of spectral holes and increase the efficiency of the spectrum, Cognitive Radio (CR) was used and all simulation work was done on MATLAB. Here analyzed the performance of different spectrum sensing techniques as Match filter based spectrum sensing and energy detection, which depend on various factors, systems such as Numbers of input, signal-to-noise ratio ( SNR Ratio), QPSK system and BPSK system, and different fading channels, to identify the best possible channels and systems for spectrum sensing and improving the probability of detection. The study resulted that an averaging filter being better than an IIR filter. As the number of inputs and SNR increased, the probability of detection also improved. The Rayleigh fading channel has a better performance compared to the Rician and Nakagami fading channel.