Using the Spectrum Analyzer as an Educational Tool for Mobile Communications

Application of the spectrum analyzer for illustrating several concepts associated with mobile communications is discussed. Specifically, two groups of observable features are described. First, time variation and frequency selectivity of multipath propagation can be revealed by carrying out simple measurements on commercial-network GSM and UMTS signals. Second, the main time-domain and frequency-domain features of GSM and UMTS radio signals can be observed. This constitutes a valuable tool for teaching mobile communication courses.

JSON on Mobile: is there an efficient parser?

The two largest causes for battery consumption on mobile devices are related with the display and network operations. Since most application need to share data and communicate with remote servers, communications should be as lightweight and efficient as possible. In network communication, serialization plays a central role as the process of converting an object into a stream of bytes. One of the most popular data-interchange format is JSON (JavaScript Object Notation). This paper presents a survey on JSON parsers in mobile scenarios. The aim of the survey is to find the most efficient JSON parser in mobile communications characterised by high transfer rate of small amounts of data. In the performance benchmark we compare the time required to read and write data with several popular JSON parser implementations such as Gson, Jackson, org.json and others. The results of this survey are important for others that need to select an efficient parser for mobile communication.

Estudo de usabilidade das aplicações mobile: caso prático o Meethub

Relatório de estágio apresentado à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Audiovisual e Multimédia.

The Evolution of the European Regulatory Framework for Electronic Communications

The paper reviews the historical transformation of the European regulatory framework for electronic communications from the era dominated by state-owned enterprises to the presence of regulated competition. In the course of these developments, the vision of the roles of the public and private sectors in electronic communications changed in expected and unexpected ways. While the period is characterized by a shift toward less direct state intervention, the intensity of regulation has increased in many areas. Most recently, in the wake of the financial crisis, new forms of state intervention can be observed, including public investment in communications infrastructure and public-private partnerships. As a result of the reforms, Europe has been able to achieve major successes but it also suffered unanticipated setbacks compared to other regions. The European Union emerged as the global leader in mobile communications during the 1990s and was able to roll-out first-generation broadband access networks more rapidly than many of its peers. Recently, however, Europe as a whole has not performed as well in deploying next-generation networks and advanced mobile communications services. The paper offers a political-economic explanation for these developments and assesses their effects on the performance of the European electronic communications sector and the economy. From this analysis, the European model emerges as a unique institutional arrangement with peculiar advantages and disadvantages. Once these are recognized, sensible next steps to build the strengths while avoiding the weaknesses of the model can be seen more clearly.

Mobile Internet : perspectives from the Stakeholders

Mobile internet represents a major new trend in communication technologies use and consumption, but few evidence exists that confirms claims of novelty and social change in association with this technology use. This paper characterizes the use of mobile internet in a southern European country and associated patterns of use, focusing both on users’ profiles, forms of access, motivations to use and most popular activities undertaken via this technology, from a diffusion of innovations and social adoption of technologies perspectives, and tries to compare mobile it with fixed access to the internet in order to validate possible transformations that point to new social configurations. We seek to understand the way stakeholders perceive and characterize the European context of mobile internet. The depicted study involved a qualitative stage consisting of a set of interviews with mobile communications industry representatives and market research community in the country. These interviews were analysed in Nvivo, leading to the following eleven main categories that are explored throughout the paper: smartphones in Europe, mobile internet in Europe, users profiles, obstacles to the spread, forms of access, forms of use, motivations to use mobile internet, limitations of smartphones, apps, digital divide VS digital union and predictions for the future, as well as several subcategories forming a tree categorization. According to the data collected, mobile phones’ sales are decreasing in Europe and worldwide but on the other hand smartphones are having an exponential growth which leads to the democratization of internet access via mobile devices. As a consequence of this, it is believed that mobile internet access will soon exceed the fixed one. Mobile internet users are multiplatform, they exploit all the possibilities of mobility and they are spending less time on computers. The main obstacles to the spread of mobile internet are the high prices of price plans and there is still a lack of information and knowledge regarding the service. Mobile internet users are developing new online surfing behaviours based on apps and less in browsers and social networks represent a very high share of internet traffic through mobile phones. With mobility, “dead time” is turning into useful time and users are more likely to be available to try new services and analyze products. Innovative services concerning geolocation, consumerism, share and relationships are growing and it is necessary to highlight that mobile internet allows calling and texting, which can turn telecommunications companies into the role of Dump Pipes. This exploratory design raises questions in relation with mobile internet access and its social consequences, and provides interesting indicative research results relevant for future research in this area.

Energy Efficient Multimedia Communications in IEEE 802.11 Networks

During the last decade wireless mobile communications have progressively become part of the people’s daily lives, leading users to expect to be “alwaysbest-connected” to the Internet, regardless of their location or time of day. This is indeed motivated by the fact that wireless access networks are increasingly ubiquitous, through different types of service providers, together with an outburst of thoroughly portable devices, namely laptops, tablets, mobile phones, among others. The “anytime and anywhere” connectivity criterion raises new challenges regarding the devices’ battery lifetime management, as energy becomes the most noteworthy restriction of the end-users’ satisfaction. This wireless access context has also stimulated the development of novel multimedia applications with high network demands, although lacking in energy-aware design. Therefore, the relationship between energy consumption and the quality of the multimedia applications perceived by end-users should be carefully investigated. This dissertation addresses energy-efficient multimedia communications in the IEEE 802.11 standard, which is the most widely used wireless access technology. It advances the literature by proposing a unique empirical assessment methodology and new power-saving algorithms, always bearing in mind the end-users’ feedback and evaluating quality perception. The new EViTEQ framework proposed in this thesis, for measuring video transmission quality and energy consumption simultaneously, in an integrated way, reveals the importance of having an empirical and high-accuracy methodology to assess the trade-off between quality and energy consumption, raised by the new end-users’ requirements. Extensive evaluations conducted with the EViTEQ framework revealed its flexibility and capability to accurately report both video transmission quality and energy consumption, as well as to be employed in rigorous investigations of network interface energy consumption patterns, regardless of the wireless access technology. Following the need to enhance the trade-off between energy consumption and application quality, this thesis proposes the Optimized Power save Algorithm for continuous Media Applications (OPAMA). By using the end-users’ feedback to establish a proper trade-off between energy consumption and application performance, OPAMA aims at enhancing the energy efficiency of end-users’ devices accessing the network through IEEE 802.11. OPAMA performance has been thoroughly analyzed within different scenarios and application types, including a simulation study and a real deployment in an Android testbed. When compared with the most popular standard power-saving mechanisms defined in the IEEE 802.11 standard, the obtained results revealed OPAMA’s capability to enhance energy efficiency, while keeping end-users’ Quality of Experience within the defined bounds. Furthermore, OPAMA was optimized to enable superior energy savings in multiple station environments, resulting in a new proposal called Enhanced Power Saving Mechanism for Multiple station Environments (OPAMA-EPS4ME). The results of this thesis highlight the relevance of having a highly accurate methodology to assess energy consumption and application quality when aiming to optimize the trade-off between energy and quality. Additionally, the obtained results based both on simulation and testbed evaluations, show clear benefits from employing userdriven power-saving techniques, such as OPAMA, instead of IEEE 802.11 standard power-saving approaches.

Low bit-rate speech encoding for digital mobile radio

The need for low bit-rate speech coding is the result of growing demand on the available radio bandwidth for mobile communications both for military purposes and for the public sector. To meet this growing demand it is required that the available bandwidth be utilized in the most economic way to accommodate more services. Two low bit-rate speech coders have been built and tested in this project. The two coders combine predictive coding with delta modulation, a property which enables them to achieve simultaneously the low bit-rate and good speech quality requirements. To enhance their efficiency, the predictor coefficients and the quantizer step size are updated periodically in each coder. This enables the coders to keep up with changes in the characteristics of the speech signal with time and with changes in the dynamic range of the speech waveform. However, the two coders differ in the method of updating their predictor coefficients. One updates the coefficients once every one hundred sampling periods and extracts the coefficients from input speech samples. This is known in this project as the Forward Adaptive Coder. Since the coefficients are extracted from input speech samples, these must be transmitted to the receiver to reconstruct the transmitted speech sample, thus adding to the transmission bit rate. The other updates its coefficients every sampling period, based on information of output data. This coder is known as the Backward Adaptive Coder. Results of subjective tests showed both coders to be reasonably robust to quantization noise. Both were graded quite good, with the Forward Adaptive performing slightly better, but with a slightly higher transmission bit rate for the same speech quality, than its Backward counterpart. The coders yielded acceptable speech quality of 9.6kbps for the Forward Adaptive and 8kbps for the Backward Adaptive.

Evaluation of Adaptive Genetic Algorithm to Environmental Modeling of Peponapis and Cucurbita

This paper presents a free software tool that supports the next-generation Mobile Communications, through the automatic generation of models of components and electronic devices based on neural networks. This tool enables the creation, training, validation and simulation of the model directly from measurements made on devices of interest, using an interface totally oriented to non-experts in neural models. The resulting model can be exported automatically to a traditional circuit simulator to test different scenarios.

SAR calculation using FDTD simulations

The main intend of this work, is to determinate the Specific Absorption Rate (SAR) on human head tissues exposed to radiation caused by sources of 900 and 1800MHz, since those are the typical frequencies for mobile communications systems nowadays. In order to determinate the SAR, has been used the FDTD (Finite Difference Time Domain), which is a numeric method in time domain, obtained from the Maxwell equations in differential mode. In order to do this, a computational model from the human head in two dimensions made with cells of the smallest possible size was implemented, respecting the limits from computational processing. It was possible to verify the very good efficiency of the FDTD method in the resolution of those types of problems.

UMTS versus DVB-SH na transmissão de sinais de vídeo

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

WPAC: wireless payment and access control: dispositivos móveis no pagamento de serviços e controlo de acessos

A rápida evolução dos dispositivos móveis e das tecnologias de comunicação sem fios transformou o telemóvel num poderoso dispositivo de computação móvel. A necessidade de estar sempre contactável, comum à civilização moderna, tem aumentado a dependência deste dispositivo, sendo transportado pela maioria das pessoas num ambiente urbano e assumindo um papel talvez mais importante que a própria carteira. A ubiquidade e capacidade de computação dos telemóveis aumentam o interesse no desenvolvimento de serviços móveis, além de tradicionais serviços de voz. Um telemóvel pode em breve tornar-se um elemento activo nas nossas tarefas diárias, servindo como um instrumento de pagamento e controlo de acessos, proporcionando assim novas interfaces para serviços existentes. A unificação de vários serviços num único dispositivo é um desafio que pode simplificar a nossa rotina diária e aumentar o conforto, no limite deixaremos de necessitar de dinheiro físico, cartões de crédito ou débito, chaves de residência e de veículos automóveis, ou inclusive documentos de identificação como bilhetes de identidade ou passaportes. O interesse demonstrado pelos intervenientes, desde os fabricantes de telemóveis e operadores de rede móvel até às instituições financeiras, levaram ao aparecimento de múltiplas soluções de serviços móveis. Porém estas soluções respondem geralmente a problemas específicos, apenas contemplando um fornecedor de serviços ou uma determinada operação de pagamento, como seja a compra de bilhetes ou pagamento de estacionamento. Estas soluções emergentes consistem também tipicamente em especificações fechadas e protocolos proprietários. A definição de uma arquitectura genérica, aberta interoperável e extensível é necessária para que os serviços móveis possam ser adoptados de uma forma generalizada por diferentes fornecedores de serviços e para diversos tipos de pagamento. A maior parte das soluções actuais de pagamento móvel depende de comunicações através da rede móvel, algumas utilizam o telemóvel apenas como uma interface de acesso à internet enquanto outras possibilitam o envio de um SMS (Short Message Service) para autorizar uma transacção, o que implica custos de comunicação em todas as operações de pagamento. Este custo de operação torna essas soluções inadequadas para a realização de micropagamentos e podem por isso ter uma aceitação limitada por parte dos clientes. As soluções existentes focam-se maioritariamente em pagamentos à distância, não tirando partido das características do pagamento presencial e não oferecendo por isso uma verdadeira alternativa ao modelo actual de pagamento com cartões de crédito/débito. As capacidades computacionais dos telemóveis e suporte de diversos protocolos de comunicação sem fio local não têm sido aproveitadas, vendo o telemóvel apenas como um terminal GSM (Global System for Mobile Communications) e não oferecendo serviços adicionais como seja a avaliação dinâmica de risco ou controlo de despesas. Esta dissertação propõe e valida, através de um demonstrador, uma aquitectua aberta para o pagamento e controlo de acesso baseado em dispositivos móveis, intitulada WPAC (Wireless Payment and Access Control). Para chegar à solução apresentada foram estudadas outras soluções de pagamento, desde o aparecimento dos cartões de débito até a era de pagamentos electrónicos móveis, passando pelas soluções de pagamento através da internet. As capacidades dos dispositivos móveis, designadamente os telemóveis, e tecnologias de comunicação sem fios foram também analisadas a fim de determinar o estado tecnológico actual. A arquitectura WPAC utiliza padrões de desenho utilizados pela indústria em soluções de sucesso, a utilização de padrões testados e a reutilização de soluções com provas dadas permite aumentar a confiança nesta solução, um destes exemplos é a utilização de uma infra-estrutura de chave pública para o estabelecimento de um canal de comunicação seguro. Esta especificação é uma arquitectura orientada aos serviços que utiliza os Web Services para a definição do contracto do serviço de pagamento. A viabilidade da solução na orquestração de um conjunto de tecnologias e a prova de conceito de novas abordagens é alcançada com a construção de um protótipo e a realização de testes. A arquitectura WPAC possibilita a realização de pagamentos móveis presenciais, isto é, junto do fornecedor de bens ou serviços, seguindo o modelo de pagamento com cartões de crédito/débito no que diz respeito aos intervenientes e relações entre eles. Esta especificação inclui como aspecto inovador a avaliação dinâmica de risco, que utiliza o valor do pagamento, a existência de pagamentos frequentes num período curto de tempo, e a data, hora e local do pagamento como factores de risco; solicitando ao cliente o conjunto de credenciais adequado ao risco avaliado, desde códigos pessoais a dados biométricos. É também apresentada uma alternativa ao processo normal de pagamento, que apesar de menos cómoda permite efectuar pagamentos quando não é possível estabelecer um canal de comunicação sem fios, aumentando assim a tolerância a falhas. Esta solução não implica custos de operação para o cliente na comunicação com o ponto de venda do comerciante, que é realizada através de tecnologias de comunicação local sem fios, pode ser necessária a comunicação através da rede móvel com o emissor do agente de pagamento para a actualização do agente de software ou de dados de segurança, mas essas transmissões são ocasionais. O modelo de segurança recorre a certificados para autenticação dos intervenientes e a uma infra-estrutura de chave pública para cifra e assinatura de mensagens. Os dados de segurança incluídos no agente de software móvel, para desabilitar a cópia ou corrupção da aplicação mas também para a comparação com as credenciais inseridas pelo cliente, devem igualmente ser encriptados e assinados de forma a garantir a sua confidencialidade e integridade. A arquitectura de pagamento utiliza o standard de Web Services, que é amplamente conhecido, aberto e interoperável, para definição do serviço de pagamento. Existem extensões à especificação de Web Services relativas à segurança que permitem trocar itens de segurança e definem o modo de cifra e assinatura de mensagens, possibilitando assim a sua utilização em aplicações que necessitem de segurança como é o caso de serviços de pagamento e controlo de acesso. O contracto de um Web Service define o modo de invocação dos serviços, transmissão de informação e representação de dados, sendo normalmente utilizado o protocolo SOAP que na prática não é mais que um protocolo de troca de mansagens XML (eXtensible Markup Language). O envio e recepção de mensagens XML; ou seja, a transmissão de simples sequências de caracteres, é suportado pela maioria dos protocolos de comunicação, sendo portanto uma solução abrangente que permite a adopção de diversas tecnologias de comunicação sem fios. O protótipo inclui um agente de software móvel, implementado sobre a forma de uma MIDlet, aplicação Java para dispositivos móveis, que implementa o protocolo de pagamento comunicando sobre uma ligação Bluetooth com o ponto de venda do comerciante, simulado por uma aplicação desenvolvida sobre a plataforma .NET e que por isso faz prova da heterogeneidade da solução. A comunicação entre o comerciante e o seu banco para autorização do pagamento e transferência monetária utiliza o protocolo existente para a autorização de pagamentos, com base em cartões de crédito/débito. A definição desta especificação aberta e genérica em conjunto com o forte interesse demonstrado pelos intervenientes, proporciona uma boa perspectiva em termos de adopção da solução, o que pode impulsionar a implementação de serviços móveis e dessa forma simplificar as rotinas diárias das pessoas. Soluções móveis de pagamento reduzem a necessidade de transportar vários cartões de crédito/débito na nossa carteira. A avaliação dinâmica de risco permite aumentar a segurança dos pagamentos, com a solicitação de mais credenciais ao cliente para pagamentos com um maior risco associado, sendo um ponto importante quer para os clientes quer para as instituições financeiras pois diminui o risco de fraude e aumenta a confiança no sistema. Esta solução de pagamento electrónico pode também facilitar a consulta de pagamentos efectuados e saldos, mantendo um histórico dos movimentos, o que não é possível nos cartões de crédito/débito sem uma visita a uma ATM (Automated Teller Machine) ou utilização de homebanking.

Planeamento e otimização de femto-células em ambiente empresarial

O objetivo deste trabalho consiste em avaliar as capacidades das femto-células, no âmbito do planeamento e otimização de redes Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) instaladas no interior de edifícios num ambiente empresarial. A avaliação será feita através do estudo da tecnologia das femto-células, e do planeamento efetuado num cenário real onde, através do desenvolvimento e teste de um conjunto parametrizações, será avaliado o funcionamento das femto-células assim como forma de otimizar o seu desempenho. O estudo realizado permitiu identificar um conjunto de características que as femto-células partilham com as Self-Organizing Networks (SON), como a auto-configuração, auto-otimização de parâmetros rádio, ajuste dinâmico da área de cobertura, atribuição automática de Scrambling Codes (SC) e da frequência da portadora, criação automática de relações de vizinhança, entre outras, que permitem facilitar o processo de planeamento e otimização de redes móveis UMTS. Recorrendo a um cenário empresarial real, foi efetuado um planeamento celular indoor de raiz, através do qual foi possível testar o funcionamento da algumas das principais funções das femto-células, nomeadamente a capacidade de ajuste dinâmico da área de cobertura. Foi também avaliado o funcionamento de um grupo co-localizado de femto-células, onde foi possível testar parametrizações com o objetivo de melhorar o processo de handover entre as femto-células do grupo, e entre estas e a rede macro Global System for Mobile Communications (GSM). A avaliação de cada um de cada uma das parametrizações testada, é efetuada a partir das medidas recolhidas no terreno, recorrendo à ferramenta TEMS® Investigation, assim como aos Key Performance Indicators (KPIs) que as femto-células disponibilizam. Os resultados obtidos mostram o benefício da utilização das femto-células num ambiente empresarial real, assim como os eventuais problemas e desafios que podem surguir do planeamento celular indoor recorrendo à tecnologia das femto-células, sendo apresentada a parametrização que permite obter o melhor desempenho da rede instalada.

Antena multi-banda para comunicações móveis

O desenvolvimento dos sistemas de comunicações móveis tem vindo a ser cada vez maior, fazendo com que os sistemas funcionem em várias bandas de operação. Neste sentido, surge a necessidade de desenvolver antenas que superem aquelas já existentes, ao nível das suas propriedades electromagnéticas, para que os sistemas apresentem uma maior qualidade e possam corresponder às exigências inerentes ao desenvolvimento das sociedades. O objectivo desta dissertação de Mestrado é dimensionar, construir e medir uma antena multi-banda para comunicações móveis, com base em estruturas EBG (Electromagnetic Band-Gap) que melhorem o comportamento electromagnético daquelas já existentes, para a banda de frequências de 2.4 GHz e de 5.2 GHz. Começa-se por fazer-se um estudo acerca do estado da arte de estruturas EBG, muito utilizadas em várias áreas, nomeadamente a área das antenas, área sobre a qual esta dissertação assenta. Posteriormente é feita uma breve introdução às antenas microstrip, particularizando de seguida para antenas PIFA e as suas características. Posteriormente é feito o estudo de uma antena PIFA, com e sem a influência de estruturas EBG, para as bandas de 2.4 GHz e 5.2 GHz. Posteriormente são apresentados e comparados resultados das várias antenas. Da análise desses resultados, verifica-se que é possível obter uma antena de baixo perfil com a utilização de estruturas EBG como plano de massa. Além disso, verifica-se também que é possível diminuir a radiação traseira e aumentar a largura de banda. Finalmente, são apresentadas algumas conclusões e várias propostas de trabalho futuro.

Caracterização bidimensional de um canal rádio Wimax

Com o crescimento previsível e exponencial das redes de comunicações móveis motivado pela mobilidade, flexibilidade e também comodidade do utilizador levam a que este se torne na fatia mais importante do mundo das telecomunicações dos dias que correm. Assim é importante estudar e caracterizar canais rádio para as mais diversas gamas de frequências utilizadas nas mais variadas tecnologias. O objectivo principal desta dissertação de Mestrado é caracterizar um canal rádio para a tecnologia sem fios Worldwide Inter-operability for Microwave Access (Wimax para as frequências de 3,5 GHz e 5 GHz) actualmente vista pela comunidade científica como a tecnologia sem fios com maiores perspectivas de sucesso. Para tal, determinaram-se o Perfil de Atraso de Potência (PAP) e também a Potência em Função da Distância (PFD) recorrendo ao método computacional de simulação Finite-Difference Time-Domain (FDTD). De forma a estudar e caracterizar o canal rádio, em termos de desvanecimento relativo ao espalhamento de atraso, usaram-se dois métodos alternativos que têm como entrada o PAP. Para caracterizar o canal quanto ao desvanecimento baseado em espalhamento de Doppler, recorreu-se também a duas técnicas alternativas tendo como entrada o PFD. Em ambas as situações os dois métodos alternativos convergiram para os mesmos resultados. A caracterização é feita em dois cenários diferentes: um em que consideramos que a maioria dos obstáculos são condutores eléctricos perfeitos (CEP) e que passaremos a designar Cenário PEC, e um segundo cenário em que os obstáculos têm propriedades electromagnéticas diferentes, e que passará a ser designado por Cenário MIX. Em ambos os cenários de análise concluiu-se que o canal é plano, lento e sem ISI.