Robust power allocation algorithms for MIMO OFDM systems with imperfect CSI

This paper presents a Bayesian approach to the design of transmit prefiltering matrices in closed-loop schemes robust to channel estimation errors. The algorithms are derived for a multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system. Two different optimizationcriteria are analyzed: the minimization of the mean square error and the minimization of the bit error rate. In both cases, the transmitter design is based on the singular value decomposition (SVD) of the conditional mean of the channel response, given the channel estimate. The performance of the proposed algorithms is analyzed,and their relationship with existing algorithms is indicated. As withother previously proposed solutions, the minimum bit error rate algorithmconverges to the open-loop transmission scheme for very poor CSI estimates.

Mobiiliteknologia liikkuvan työntekijän apuna

Nomadic workers travel often between different work sites and work mainly outside their regular work place, but often require access to information stored electronically in corporate information systems. While working in field conditions, communication with an information system can be achieved by using mobile technology, i.e. mobile devices and wireless communication. This master’s thesis researches the use of mobile technology to assist nomadic field workers in their tasks. First different mobile technologies are compared and constraints that characterize mobile computing are explained. In the practical part of the thesis client software is developed for a mobile device. The software allows a nomadic construction worker to identify concrete elements and to acquire and update information concerning them. The characteristics of mobile computing and their effect on usability are taken into account when implementing the client software and the software is designed to be as easy to use as possible.

RFID-tekniikan käyttö betonielementtien tunnistamiseen

RFID on 2000-luvulla yleisesti saatavilla tullut tekniikka erilaisten kohteiden tunnistamiseen. RFID-tekniikassa tunnistamiseen käytetään pienikokoisia tunnisteita, joiden tietosisältö pystytään lukemaan langattomasti ilman näköyhteyttä tarkoitukseen soveltuvalla lukulaitteella. Tunnisteet ovat halpoja ja yksinkertaisia. Yleensä ne eivät sisällä omaa virtalähdettä, vaan ne toimivat ainoastaan lukulaitteen luoman kentän voimalla. Tässä työssä tutkitaan RFID-tekniikan soveltuvuutta betonista valmistettujen rakennuselementtien tunnistamiseen. Ympäristön vaikutukset tekniikan käyttöön tutkitaan ja selvitetään, mitkä ovat parhaat toimintatavat elementtien tunnistamiseen nämä vaikutukset huomioon ottaen. Työssä esitellään ensin RFID-tekniikan toimintaperiaatteet sekä tunnisteiden ja lukulaitteiden rakenne. Tunnisteiden jaottelu erilaisten ominasisuuksien perusteella käydään läpi ja sovellusalan kannalta tärkeimmät standardit esitellään. Käytännön osuudessa esitellään RFID-tekniikan soveltamista betonista valmistettujen rakennuselementtien tunnistamiseen. Työssä esitellään saavutetut mittaustulokset sekä betonielementtien tunnistamiseen ja tietojen hallintaan toteutetun järjestelmän rakenne.

Linear transceiver design in nonregenerative relays with channel state information

This paper deals with the design of nonregenerativerelaying transceivers in cooperative systems where channel stateinformation (CSI) is available at the relay station. The conventionalnonregenerative approach is the amplify and forward(A&F) approach, where the signal received at the relay is simplyamplified and retransmitted. In this paper, we propose an alternativelinear transceiver design for nonregenerative relaying(including pure relaying and the cooperative transmission cases),making proper use of CSI at the relay station. Specifically, wedesign the optimum linear filtering performed on the data to beforwarded at the relay. As optimization criteria, we have consideredthe maximization of mutual information (that provides aninformation rate for which reliable communication is possible) fora given available transmission power at the relay station. Threedifferent levels of CSI can be considered at the relay station: onlyfirst hop channel information (between the source and relay);first hop channel and second hop channel (between relay anddestination) information, or a third situation where the relaymay have complete cooperative channel information includingall the links: first and second hop channels and also the directchannel between source and destination. Despite the latter beinga more unrealistic situation, since it requires the destination toinform the relay station about the direct channel, it is useful as anupper benchmark. In this paper, we consider the last two casesrelating to CSI.We compare the performance so obtained with theperformance for the conventional A&F approach, and also withthe performance of regenerative relays and direct noncooperativetransmission for two particular cases: narrowband multiple-inputmultiple-output transceivers and wideband single input singleoutput orthogonal frequency division multiplex transmissions.

Ennakoivan Bluetooth -verkon hyödyntäminen paikkatietoon pohjautuvan opastusjärjestelmän toteutuksessa

Tekniikan kehitys ja elämänrytmin kiihtyminen ajaa eteenpäin sekä tarvetta että mahdollisuuksia toteuttaahenkilökohtaisia opastusjärjestelmiä. Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat mahdollistavat erilaisten paikkasidonnaisten palveluiden, kuten opastusjärjestelmien toteuttamisen kohtuullisilla kustannuksilla. Markkinoilla olevista järjestelmistä sisätiloihin sijoittuvaan reaaliaikaiseen opastukseen soveltuvaa järjestelmää on vaikea löytää ja useimmat niistä hyödyntävät WLAN -tekniikkaa, joka ei ole kovin laajasti tuettuna matkapuhelimen kaltaisissa kannettavissa päätelaitteissa. Tässä työssä tuodaan esille Bluetooth -tekniikalla toteutettavien reaaliaikaisten järjestelmien ongelmia ja esitellään yksi ratkaisumalli. Toimintaa vaikeuttaa lähinnä pitkä yhteyden muodostumisaika, joka koostuu verkon laitteiden hakemiseen kuluvasta pitkästä vaikeasti kestoltaan arvioitavasta ajasta ja valittuun kohteeseen yhteyden muodostamiseen kuluneesta ajasta. Toteutetussa Bluetooth -opastusjärjestelmässä opastettavien laitteiden hakeminen liityntäpistettä vaihdettaessa on voitu jättää pois, koska yhteyden muodostamiseen vaaditut tiedot välitetään liityntäpisteille kiinteän Ethernet -verkon välityksellä. Työntuloksena syntyneen opastusjärjestelmän käyttökokemukset osoittavat opastusverkon suunnittelun olevan haastava tehtävä, mutta verkon toimintakuntoon saattamisen jälkeen järjestelmän suorituskykyyn saadaan huomattava parannus. Demonstraatiototeutus rajoittaa käytettävän laitteiston Linux-pohjaisiin järjestelmiin, vaikka laajemman käyttöönoton varmistamiseksi järjestelmä tulisi tehdä siirrettäväksiesimerkiksi Symbian -alustalle.

Langattoman tiedonsiirron hyödyntäminen kaukolämpöjärjestelmän hallinnassa

Langattomien tiedonsiirtotekniikoiden kehittyessä mielenkiinto niiden soveltamiseen teollisuudessa on kasvanut. Langattoman tiedonsiirron avulla voidaan korvata perinteiset kaapeliratkaisut ja samalla mahdollistaa uusia, lisäarvoa toiminnalle tuovia sovelluksia. Tavoitteena on kustannussäästöjen lisäksi tuotannon tehostaminen paremman tiedonkeruun ja joustavamman käyttöympäristön avulla. Kaukolämpöjärjestelmän osien väliset etäisyydet ovat useimmiten niin pitkiä, ettei lyhyen kantaman langattomia tekniikoita voida hyödyntää. Tämän työn perusteella realistisina vaihtoehtoina ovat toistaiseksi yleisten matkapuhelinverkkojen hyödyntäminen sekä radiolinkit, mutta tulevaisuudessa uudet langattomat verkkotekniikat voivat mahdollistaa ulkopuolisista operaattoreista riippumattoman mobiilin tiedonsiirtojärjestelmän toteuttamisen koko kaukolämpöjärjestelmän alueelle. Työn aikana havaittiin myös, että uusien sovellusalueiden kanssa on vielä entistäkin tärkeämpää kiinnittää huomiota huolelliseen suunnitteluun, kustannuslaskelmiin sekä tietoturvaan, jotta voidaan toteuttaa luotettava, edullinen ja toimivalangaton tiedonsiirtojärjestelmä.

Mobiilien päätelaitteiden käyttö opiskelun apuvälineenä

Kiinnostus mobiiliteknologiaa kohtion tällä hetkellä suuri ja erilaisten mobiililaitteiden ja tekniikoiden nopea kehitys on herättänyt kiinnostuksen myös mobiilioppimiseen. Diplomityössä esitetään mitä mobiililaitteita, langattomia tiedonsiirtotekniikoitaja mobiilipalveluita on tällä hetkellä käytettävissä opiskelun, opetuksen ja oppimisen avuksi. Työssä tutkitaan mitä mobiilioppiminen merkitsee käytännössä ja tuodaan esille mobiilioppimisen mahdollisuuksia ja ongelmia sekä ihmisten suhtautumista verkko- ja mobiilioppimiseen. Lisäksi työssä tutustutaan käytännön esimerkein siihen, miten laitteita on mahdollista käyttää hyväksi opiskelussa ja opetuksessa sekä tutkitaan mobiilioppimisen nykytilannetta ja pohditaan sentulevaisuutta. Mobiilit teknologiat tarjoavat parhaassa tapauksessa ajasta ja paikasta riippumattoman oppimisen lisäksi monia muita uusia mahdollisuuksia. Erilaisia mobiililaitteita, ja langattomia tekniikoita on jo tällä hetkellä paljon käytettävissä, mutta niiden käyttö koulutuksessa on kuitenkin vielä varsin harvinaista, sillä mobiilioppimiseen liittyy vielä paljon varsinkinkäytettävyyteen ja sopivien laitteiden puutteeseen liittyviä ongelmia.

Improving distributed simulation in a workstation environment

Technological development brings more and more complex systems to the consumer markets. The time required for bringing a new product to market is crucial for the competitive edge of a company. Simulation is used as a tool to model these products and their operation before actual live systems are built. The complexity of these systems can easily require large amounts of memory and computing power. Distributed simulation can be used to meet these demands. Distributed simulation has its problems. Diworse, a distributed simulation environment, was used in this study to analyze the different factors that affect the time required for the simulation of a system. Examples of these factors are the simulation algorithm, communication protocols, partitioning of the problem, distributionof the problem, capabilities of the computing and communications equipment and the external load. Offices offer vast amounts of unused capabilities in the formof idle workstations. The use of this computing power for distributed simulation requires the simulation to adapt to a changing load situation. This requires all or part of the simulation work to be removed from a workstation when the owner wishes to use the workstation again. If load balancing is not performed, the simulation suffers from the workstation's reduced performance, which also hampers the owner's work. Operation of load balancing in Diworse is studied and it is shown to perform better than no load balancing, as well as which different approaches for load balancing are discussed.

LANGATTOMAN MITTAUS- JA VALVONTAJÄRJESTELMÄN PROTOKOLLAKEHITYS

Tässä diplomityössä esitellään langattoman mittaus- ja valvontajärjestelmän protokollakehitys. Työssä selvitetään protokollakehityksessä huomioon otettavat asiat ja esitetään langattoman tilavalvontaan perustuvan pilottijärjestelmän toteutus. Pilottijärjestelmänä käytetään Ensto Busch-Jaeger Oy:n Jussi-kosteusvahtijärjestelmää, joka muutetaan langattomaksi. Järjestelmän tiedonsiirto on yksisuuntaista ja tapahtuu radioyhteydellä. Käytetty taajuus on 433,92 MHz. Tavoitteena työssä oli kehittää yksinkertainen, mutta luotettava signalointijärjestelmä. Siihen toteutettu protokolla koodaa lähetettävän datan NRZ-L -koodauksen tapaisesti. Virheenkorjaus tehdään pariteettibittiä ja Hamming-etäisyyttä hyväksi käyttäen. Lisäksi tiedonsiirron yhteyskäytäntöön on lisätty rinnakkaisuutta yksisuuntaisen tiedonsiirron varmistamiseksi. Kehitetylle protokollalle tehdyt testit osoittavat sen olevan luotettava valitussa tiedonsiirtoympäristössä.

Kytkentäisen lähiverkon palvelutason mittaaminen

Tässä diplomityössä tutkittiin yrityksen Ethernet-lähiverkon palvelutasoa, palveluiden saatavuuden näkökulmasta. Tutkimus pohjautui käytännön tarpeeseen. Palvelun saatavuuteen verkon osalta vaikuttavat sen käyttöaste, virheet ja viiveet. Työssä käytettiin valmiita kaupallisia ohjelmia verkon hallintaan ja verkkostatistiikan keräämiseen. Työssä selvitettiin teoriapohjaa laitteiden, kytkentätekniikoiden, palvelulaatuprotokollien (QoS), tietoliikenneprotokollien, RMON:in, SNMP:in ja VLAN:in osalta, jotka yhdessä muodostavat kytkentäisen lähiverkon palvelutason. Työn tuloksena todettiin mittauskohteena olevan lähiverkon palvelutason olevan hyvällä tasolla. Työn tuloksista pääteltiin tulevaisuuden suurimpana haasteena olevan lähiverkkoja yhdistävien yhteyksien nostaminen selvästi paremmalle suoritustasolle. Lähiverkkojen teoreettinen suorituskyky onkin useimmiten riittävä, mutta lähiverkkojen hallinnassa on parantamisen varaa. Työssä toteutettiin seurantajärjestelmä, jolla on helppo seurata lähiverkon palvelutason kehitystä jatkossa.

Sähkökoneiden etädiagnostiikan kenttätason tiedonsiirtotarpeen arviointi ja instrumentoinnin kehittäminen

Tässä diplomityössä tarkastellaan sähkökoneiden tyypillisiä vikoja ja joitain näiden havaitsemiseen käytettäviä mittauksia ja analyysejä; mittausten tuottamaa tietomäärää arvioidaan. Muutamia teollisuuslaitoksissa käytettyjä väyliä ja tiedonsiirtoprotokollia esitellään, ja analysoidaan kunnonvalvonnan mittauksien siirtämisen näillä väylillä vaatimaa väylän datansiirtonopeutta. Valvottavien sähkökoneiden määrän ylärajaa arvioidaan kunkin väylän/protokollan tapauksessa. Työssä esitellään ratkaisuja sähkökoneiden etädiagnostiikan tiedonsiirron toteuttamiseksi ja arvioidaan valvottavien sähkökoneiden määrän ylärajaa kussakin tapauksessa. Lisäksi työssä suunnitellaan ja toteutetaan kunnonvalvonnan mitta-antureiden kanssa käytettävä mittaustiedon keräily-yksikkö. Keräily-yksikön sisältävä kunnonvalvonnan ja etädiagnostiikan tiedonkeruu- ja tiedonsiirtojärjestelmä asennetaan kahteen pilot-kohteeseen: sellutehtaalle ja pienvesivoimalaan.

Lyhyen kantaman radiolähettimien soveltuvuus sähkökäyttöjen kunnon-valvonnan ja etädiagnostiikan tiedonsiirtotarpeisiin

Lyhyen kantaman radiolähettimien käyttö on kasvanut muutaman viime vuoden aikana huomattavasti. Osaltaan tähän on vaikuttanut uusien taajuusalueiden allokointi lupavapaiden radiolähettimien käyttöön, standardoitujen tekniikoiden yleistyminen ja laitteiden parempi saatavuus. Tässä työssä tarkastellaan lyhyen kantaman radiolähettimien soveltuvuutta sähkökäyttöjen kunnonvalvonnan ja etädiagnostiikan tiedonsiirtotarpeisiin. Työssä luodaan katsaus teollisuusympäristön vaikutuksiin langattomassa tiedonsiirrossa ja tarkastellaan sähkökäyttöjen kunnonvalvonnan ja etädiagnostiikan vaatimuksia tiedonsiirrolle ja tiedonsiirtojärjestelmälle. Työssä käydään läpi lyhyen kantaman radiolähettimiin liittyvät säädökset ja luodaan katsaus standardoituihin sekä valmistajakohtaisiin lyhyen kantaman radiotekniikoihin. Tiedonsiirtojärjestelmän suunnittelun kannalta tarkastellaan tiedonsiirtojärjestelmän topologiaa, protokollaa ja saatavilla olevia tekniikoita ja niiden implementoimista järjestelmään. Valmistajakohtaisia lyhyen kantaman radiomoduulien toimintaa ja Bluetoothin sisältävää älypuhelinta tutkitaan laboratoriomittauksin. Lopuksi kootaan yhteen langattoman tiedonsiirron ja eri tekniikoiden soveltuvuus sähkökäyttöjen kunnonvalvonnan ja etädiagnostiikan sovelluksiin.

Transparent Network Interfaces to Mobile Peer-to-Peer Environment

The fact that most of new Personal Data Assistant (PDA) devices and smartphones have the ability to communicate via different wireless technologies has made several new applications possible. While traditional network model is based on the idea of static hosts, mobile devices can create decentralized, self-organizing ad-hoc networks and act as peers in the network. This kind of adapting network is suitable for mobile devices which can freely join and leave the networks. Because several different wireless communication technologies are involved, flexible changing of the networking technology must be handled in order to enable seamless communication between these networks. This thesis presents a transparent network interface to mobile Peer-to-Peer environment which is named as Virtual PeerHood. Different wireless technologies and aspects of providing a seamless connectivity between these technologies are explored. The result is a middleware platform for mobile Peer-to-Peer environment, capable of handling several networking technologies.

Simulation Supported Robot Programming using XML

The main objective of this master's thesis is to study robot programming using simulation software, and also how to embed the simulation software into company's own robot controlling software. The further goal is to study a new communication interface to the assembly line's components -more precisely how to connect the robot cell into this new communication system. Conveyor lines are already available where the conveyors use the new communication standard. The robot cell is not yet capable of communicating with to other devices using the new communication protocols. The main problem among robot manufacturers is that they all have their own communication systems and programming languages. There has not been any common programming language to program all the different robot manufacturers robots, until the RRS (Realistic Robot Simulation) standards were developed. The RRS - II makes it possible to create the robot programs in the simulation software and it gives a common user interface for different robot manufacturers robots. This thesis will present the RRS - II standard and the robot manufacturers situation for the RRS - II support. Thesis presents how the simulation software can be embedded into company's own robot controlling software and also how the robot cell can be connected to the CAMX (Computer Aided Manufacturing using XML) communication system.