Tietoliikenteen tulevaisuuden näkymiä - Etelä-Karjala 2018

Tekniikan kehitys menee vauhdilla eteenpäin ja uusi verkkotekniikoita syntyy koko ajan. Haasteita tuottavat sopivien verkkotekniikoiden löytäminen käyttöön tietylle alueelle ja joissakin tapauksissa joudutaan tyytymään kompromissiratkaisuihin. Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat soveltuvat esimerkiksi haja-asutusalueille ja saaristoon, mikäli perinteisen kuidun vetäminen niille alueille ei ole mahdollista. Tässä työssä tuodaan esille niitä langallisia ja langattomia tekniikoita, jotka ovat tällä hetkellä tai tulevaisuudessa merkityksellisiä Etelä-Karjalan kannalta. Osa tekniikoista voi jäädä kokonaan pois käytöstä kymmenen vuoden sisällä tai ne voivat yhdistyä ja muuttaa muotoaan. Työn tuloksena syntyneen kartoituksen perusteella saadaan visio siitä, miltä Etelä-Karjalan tilanne näyttää vuonna 2018. Nyt on jo tiedossa Soneran puhelinlankaverkon alasajo lähivuosina ja kuidun vetäminen viemäriin viemäröintitöiden yhteydessä. Tulevaisuuden kaistankäyttötarpeet ja erilaisten palvelujen lisääntyminen edesauttavat viihdepalveluiden tarjonnan monipuolistumista. Open Access ja triple-play ovat tulevaisuuden termejä. Viihteen lisäksi myös muilla eri osa-alueilla kuten työelämässä, sairaaloissa ja kouluissa on tarvetta laajakaistaisille monipalveluille.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Operational Cost Reduction in WDM Networks using Lighttours

Wavelength division multiplexing (WDM) networks have been adopted as a near-future solution for the broadband Internet. In previous work we proposed a new architecture, named enhanced grooming (G+), that extends the capabilities of traditional optical routes (lightpaths). In this paper, we compare the operational expenditures incurred by routing a set of demands using lightpaths with that of lighttours. The comparison is done by solving an integer linear programming (ILP) problem based on a path formulation. Results show that, under the assumption of single-hop routing, almost 15% of the operational cost can be reduced with our architecture. In multi-hop routing the operation cost is reduced in 7.1% and at the same time the ratio of operational cost to number of optical-electro-optical conversions is reduced for our architecture. This means that ISPs could provide the same satisfaction in terms of delay to the end-user with a lower investment in the network architecture

D-luokan audiovahvistimen pääteastetopologioiden vertailu kitaravahvistinsovelluksessa

Tässä työssä tutkitaan D-luokan audiovahvistimen pääteastetopologioiden eroja teknisen toiminnan, käytännön toteutuksen ja audiosignaalin laadun näkökulmista. Tutkimuksen perusteella valitaan yksi topologia kitaravahvistinsovellukseen, jossa modulointi on toteutettu Sigma-Delta-modulaattorilla. Pääteastetopologioiden tekninen toiminta selvitetään yksityiskohtaisesti virtojen kulkureittien avulla. Simulaatioilla tutkitaan suoja-ajan ja tulosignaalin variaatioiden vaikutusta lähtösignaalin kokonaisharmoniseen säröön (THD) ja selvitetään signaalin säröytymiseen vaikuttavien tekijöiden syitä D-luokan vahvistimen pääteasteessa.

Supermatrix-hankkeen vahvuudet, heikkoudet, mahdollisuudet ja uhat

Supermatrix on Finnet-liitto ry:n jäsenyritysten hanke, joka tuo nopeiden valokuituyhteyksien avulla erilaisia sähköisiä palveluita kuluttajien koteihin ja yritysten toimipisteisiin. Näitä palveluita ovat mm. virtualisoidut henkilö-kohtaiset tietokoneet, tiedon tallennuspalvelut ja multimediasisältö, kuten teräväpiirtotelevisio. Tässä diplomityössä arvioidaan Supermatrixin palveluiden toteutumis-mahdollisuuksia sekä teknologian, että markkinoiden kannalta. Työn tarkoituksena oli myös laskea virtualisoitujen tietokoneiden avulla tuotetun työpöytäpalvelun tuotantokustannus. Kustannuslaskentaa varten testattiin useiden valmistajien teknologioita, ja parhaimmista vaihtoehdoista laskettiin tuotantokustannukset. Tulevia Supermatrix-operaattoreita varten kehitettiin työkalu, jolla työpöytäpalvelun vaatimien investointien kannattavuus saadaan nopeasti selville. Tuotantohintojen laskelmat osoittavat, että työpöytäpalvelua on taloudelli-sesti mahdollista tuottaa luomaan lisäarvoa nopeille laajakaistayhteyksille. Yrityksissä työpöytien virtualisointi on jo tämän päivän teknologiaa, mutta kuluttaja-asiakkaiden innostuminen palvelusta vaatii uuden markkinan luomisen. Uhkana on, että kuluttajien ostokäyttäytymisen muuttaminen ei onnistu, koska Supermatrix ei tuota fyysisen tuotteen ostamisen tarjoamaa mielihyvää.

Electrical Equivalent Circuit for Dry Bacteriorhodopsin Sensor

Bacteriorhodopsin (BR) is a photosensitive protein which functions as a light-driven proton pump. Due to its photoactivity, BR could be used in photosensing and information processing which has inspired researchers to study the photoelectric response and the appropriate measurement instrumentation for BR. In this thesis, the measurement instrumentation connected to a dry BR sensor was confirmed to affect the photovoltage response measured by using voltage amplifiers. Changing of the input impedance of the measurement instrumentation was shown to alter a part of the measured photovoltage response. The photocurrent measurements using transimpedance amplifier and the presented electrical equivalent circuit were used to show that the photocurrent measurements have no significant effect on the photoelectric response. The photocurrent was shown to be a derivate of the photovoltage response measured from the dry BR sensor when it was compared to the response measured with a voltage amplifier. This confirmed that another part of the photovoltage response was not affected by the measurement instrumentation. The time-variant behavior of the dry BR sensor was confirmed in both the photocurrent and the photovoltage measurements. This was caused by the fact that the capacitance of the dry BR sensor changes with the excitation light intensity.

Analogisten erotusvahvistimien nykytilan kartoitus

Erotusvahvistin on instrumentointivahvistin, jonka tulo ja lähtö ovat galvaanisesti erotettu toisistaan. Erotusvahvistimia käytetään galvaanista erotusta vaativissa sovelluksissa, muun muassa sairaalalaitteissa. Teollisuudessa on olemassa sovelluksia, joihin tarvittaisiin analogisia erotusvahvistimia, mutta ei tiedetä onko analogisilla erotusvahvistimilla riittävän hyvät komponenttiarvot. Tässä työssä selvitetään analogisten erotusvahvistimien tämänhetkisiä ominaisuuksia, hintoja ja komponenttiarvoja neljältä eri valmistajalta.

Multi-axis solutions in packaging machines in Europe

The objective of this thesis was to examine the potential of multi-axis solutions in packaging machines produced in Europe. The definition of a multi-axis solution in this study is a construction that uses a common DC bus power supply for different amplifiers running the axes and the intelligence is centralized into one unit. The cost structure of a packaging machine was gained from an automation research, which divided the machines according to automation categories. The automation categories were then further divided into different sub-components by evaluating the ratio of multi-axis solutions compared to other automation components in packaging machines. A global motion control study was used for further information. With the help of the ratio, an estimation of the potential of multi-axis solutions in each country and packaging machine sector was completed. In addition to the research, a specific questionnaire was sent to five companies to gain information about the present situation and possible trends in packaging machinery. The greatest potential markets are in Germany and Italy, which are also the largest producers of packaging machinery in Europe. The greatest growth in the next few years will be seen in Turkey where the annual growth rate equals the general machinery production rate in Asia. The greatest market potential of the Nordic countries is found in Sweden in 35th position on the list. According to the interviews, motion control products in packaging machines will retain their current power levels, as well as the number of axes in the future. Integrated machine safety features together with a universal programming language are the desired attributes of the future. Unlike generally in industry, the energy saving objectives are and will remain insignificant in the packaging industry.

Vibration analysis for Bearing outer race condition diagnostics

This paper investigates defect detection methodologies for rolling element bearings through vibration analysis. Specifically, the utility of a new signal processing scheme combining the High Frequency Resonance Technique (HFRT) and Adaptive Line Enhancer (ALE) is investigated. The accelerometer is used to acquire data for this analysis, and experimental results have been obtained for outer race defects. Results show the potential effectiveness of the signal processing technique to determine both the severity and location of a defect. The HFRT utilizes the fact that much of the energy resulting from a defect impact manifests itself in the higher resonant frequencies of a system. Demodulation of these frequency bands through use of the envelope technique is then employed to gain further insight into the nature of the defect while further increasing the signal to noise ratio. If periodic, the defect frequency is then present in the spectra of the enveloped signal. The ALE is used to enhance the envelope spectrum by reducing the broadband noise. It provides an enhanced envelope spectrum with clear peaks at the harmonics of a characteristic defect frequency. It is implemented by using a delayed version of the signal and the signal itself to decorrelate the wideband noise. This noise is then rejected by the adaptive filter that is based upon the periodic information in the signal. Results have been obtained for outer race defects. They show the effectiveness of the methodology to determine both the severity and location of a defect. In two instances, a linear relationship between signal characteristics and defect size is indicated.

Jännitettä nostavan hakkurin käyttö akkukäyttöisessä audiolaitteessa

Audiovahvistimet pohjautuvat yhä useammin D-luokan vahvistimiin niiden korkean hyötysuhteen takia. Tämä mahdollistaa pidemmän käyttöajan tai vastaavasti tehon lisäämisen kannettavissa audiolaitteissa. Kuitenkin, jotta akkukäyttöisestä audiolaitteesta saataisiin suurempaa tehoa, se vaatii yleensä korkeamman jännitteen kuin yksittäisen akun lähtöjännite on. Korkeampi jännite voidaan saavuttaa lisäämällä akkuja tai käyttämällä jännitettä nostavaa hakkuria. Hakkureissa syntyy kuitenkin kytkennästä johtuvaa värettä, mille D-luokan vahvistimet ovat alttiita. Tässä työssä tutkitaan boost- ja Čuk-hakkurin soveltuvuutta jännitteen nostoon akkukäyttöisessä audiolaitteessa. Käytännön sovelluksena toimii Porsas, josta halutaan saada 500 W teho. Työssä tutkitaan audiolaitteen asettamia ehtoja jännitelähteelle sekä hakkurien mitoittamista ehtojen mukaisesti. Työn tutkimustapana on kirjallisuustutkimus ja simulointi. Audiolaitteen jännitelähteeltä vaatima teho vaihtelee suuresti. Tämä tulee ottaa huomioon hakkurin komponenttien mitoituksessa. Lisäksi hakkurin lähtöjännitteen väre pyritään minimoimaan, koska sillä on suuri vaikutus vahvistimen toimintaan. Tulovirran väreen minimoinnilla on pidentävä vaikutus akun purkusykliin. Hakkurien laskennalliset komponenttien arvot sekä simuloinnit osoittavat, että hakkurit olisivat myös mahdollista tehdä käytännössä. Simulointien perusteella boost-hakkurin komponenttien arvot ovat pienempiä kuin Čuk-hakkurin. Boost-hakkurille löytyy myös valmiita ohjainpiirejä enemmän. Toisaalta Čuk-hakkurilla on mahdollista tehdä myös energiansäästötila. Hakkurien ohjaus ja jäähdytys vaatisivat jatkotutkimusta.

Veden desinfiointi UV-LED-valolla

Veden riittämätön puhdistus aiheuttaa riskin veden käyttäjille. Miljoonia kuolemia vuosittain aiheuttavien vesiteitse leviävien sairauksien ehkäisemiseksi vaaditaan tehokkaita juomaveden desinfiointimenetelmiä. Kuivuuden ja väestönkasvun myötä veden tarve on lisääntynyt ja vedenkulutus tulee yhä kasvamaan. Tästä syystä mahdollisuus kierrättää vettä hyödyntäen sitä esimerkiksi kasteluun on saanut yhä enemmän huomiota. Kierrätettävä vesi on kuitenkin käsiteltävä huolellisesti sen sisältämän mikrobiologisen kontaminaatioriskin vuoksi. Ultraviolettisäteily luokitellaan fysikaaliseksi desinfiointimenetelmäksi. Sen tehokkuus perustuu mikro-organismien absorboimaan UV-säteilyyn, jonka aiheuttamien DNA:ssa tai RNA:ssa tapahtuvien muutoksien seurauksena mikro-organismi inaktivoituu ja estyy lisääntymästä. UV-desinfioinnissa on tyypillisesti käytetty elohopeahöyrylamppuja. Vaihtoehtoinen UV-säteilyn lähde ovat LEDit eli valoa emittoivat diodit. Matalapaine-elohopeahöyrylamppujen emittoima säteily on aallonpituudella 254 nm ja keskipaine-elohopeahöyrylamppujen emittoima säteily on laajakaistaista säteilyä. Energiatehokkuuden lisäksi LEDien etuna on, että niillä voidaan tuottaa kapeakaista säteilyä aallonpituudella, joka parhaiten absorboituu DNA:han. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia, onko UVC-alueen aallonpituuksien yhdistelmillä synergistisiä etuja LEDien desinfiointitehokkuuteen, kun desinfioidaan virtaavaa vettä useilla säteilyannoksilla ja indikaattorimikrobina käytetään kolibakteeria. Tavoitteena oli myös tutkia tällä hetkellä saatavissa olevien LEDien desinfiointitehokkuutta energiatehokkuuden näkökulmasta. Yksittäisistä aallonpituuksista desinfiointitehokkuudeltaan parhaimmaksi osoittautui 260 nm, aallonpituuksien yhdistelmistä tehokkain oli 265 nm:n ja 260 nm:n yhdistelmä. Muilla aallonpituuksien yhdistelmillä ei saavutettu odotettua parempaa desinfiointitehokkuutta. Optiselta teholtaan parhaimmat LEDit, 265 nm, 270 nm ja 275 nm olivat kokeiden perusteella myös energiatehokkuuden kannalta tarkasteltuina parhaimmat sekä yksittäin että yhdistelminä. UVC-aallonpituuksia emittoivien LEDien optisen tehokkuuden paraneminen on edellytys LEDien hyödyntämiselle desinfioinnissa.

Determinants of Bone Strength and Predictors of Hip Fracture among Finnish Adults. Results from the Health 2000 Survey and the Mini-Finland Health Survey

The objective of this thesis was to identify the determinants of bone strength and predictors of hip fracture in representative samples of Finnish adults. A secondary objective was to construct a simple multifactorial model for hip fracture prediction over a 10-year follow-up period. The study was based on the Health 2000 Survey conducted during 2000 to 2001 (men and women aged 30 years or over, n=6 035) and the Mini-Finland Health Survey conducted during 1978 to 1980 (women aged 45 years or over, n=2 039). Study subjects participated in health interviews and comprehensive health examination. In the Health 2000 Survey, bone strength was assessed by means of calcaneal quantitative ultrasound (QUS). The follow-up information about hip fractures was drawn from the National Hospital Discharge Register. In this study, age, weight, height, serum 25-hydroxyvitamin D (S-25(OH)D), physical activity, smoking and alcohol consumption as well as menopause and eventual HRT in women were found to be associated with calcaneal broadband ultrasound attenuation (BUA) and speed of sound (SOS). Parity was associated with a decreased risk of hip fracture in postmenopausal women. Age, height, weight or waist circumference, quantitative ultrasound index (QUI), S-25(OH)D and fall-related factors, such as maximal walking speed, Parkinson’s disease, and the number of prescribed CNS active medication were significant independent predictors of hip fracture. At the population level, the incremental value of QUS appeared to be minor in hip fracture prediction when the fall-related risk factors were taken into account. A simple multifactorial model for hip fracture prediction presented in this study was based on readily available factors (age, gender, height, waist circumference, and fallrelated factors). Prospective studies are needed to test this model in patient-based study populations.

Prevalence of low trauma fractures in long-term kidney transplant patients with preserved renal function

We evaluated the prevalence of low bone mineral density (BMD) and osteoporotic fractures in kidney transplantation (KT) patients and determined risk factors associated with osteoporotic fractures. The study was conducted on 191 patients (94 men and 97 women) with first KT for 3 years or more presenting stable and preserved renal function (serum creatinine levels lower than 2.5 mg/dl). KT patients were on immunosuppressive therapy and the cumulative doses of these drugs were also evaluated. BMD was determined by dual-energy X-ray absorptiometry at multiple sites (spine, femur and total body). Quantitative ultrasound of the calcaneus (broadband ultrasound attenuation, speed of sound, and stiffness index, SI) was also performed. Twenty-four percent (46) of all patients had either vertebral (29/46) or appendicular (17/46) fractures. We found osteoporosis and osteopenia in 8.5-13.4 and 30.9-35.1% of KT patients, respectively. Women had more fractures than men. In women, prevalent fractures were associated with diabetes mellitus [OR = 11.5, 95% CI (2.4-55.7)], time since menopause [OR = 3.7, 95% CI (1.2-11.9)], femoral neck BMD [OR = 1.99, 95% CI (1.4-2.8)], cumulative dose of steroids [OR = 1.1, 95% CI (1.02-1.12)] and low SI [OR = 1.1, 95% CI (1.0-1.2)]. In men, fractures were associated with lower lumbar spine BMD [OR = 1.75, 95% CI (1.1-2.7)], lower SI [OR = 1.1, 95% CI (1.03-1.13)], duration of dialysis [OR = 1.3, 95% CI (1.13-2.7)], and lower body mass index [OR = 1.24, 95% CI (1.1-1.4). Our results demonstrate high prevalence of low BMD and osteoporotic fractures in patients receiving a successful kidney transplant and indicate the need for specific intervention to prevent osteoporosis in this population.

D-luokan audiovahvistimen särö ja kohina

Tämän kandidaatintyön aiheena on D-luokan audiovahvistimen särö ja kohina. Tarkoituksena on selvittää vahvistinluokan merkittävin särö- ja kohinamekanismi, sekä arvioida, voidaanko häiriöitä vähentää lähdön suodattimella. Tutkimusmenetelminä on kirjallisuus ja simulointi. Aineistona on käytetty IEEE:ssä julkaistuja tieteelisiä artikkeleita, eri valmistajien laatimia ohjeita, sekä aihetta käsitteleviä kirjoja. Keskeisimmät tulokset olivat, että merkittävin särömekanismi on transistoreiden suoja-ajan aiheuttama vääristymä, sekä että merkittävin kohina syntyy modulaatiossa käytetystä kantoaallosta. Kantoaallon näkyvyyteen kuormassa voidaan vaikuttaa ulostulon alipäästösuodattimella. Suoja-ajan aiheuttama harmoninen kokonaissärö asettuu musiikin kaistanleveydelle, joten sitä ei voida poistaa suodattamalla.

Case: Kitaravahvistimen AB-luokan tehovahvistimen päivittäminen D-luokkaan

D-luokan vahvistimien etu perinteisiin A- tai AB-luokan vahvistimiin nähden on niitten korkea hyötysuhde ja pieni koko. Lisäksi ne ovat edullisia ja niihin voidaan asentaa pienemmät jäähdytyslevyt kuin perinteisiin vahvistimiin korkean hyötysuhteen ansiosta. Tässä tutkimuksessa asennetaan Peavey Solo –kitaravahvistimen pääteasteena toimivan AB-luokan päätevahvistimen tilalle tehokkaampi ja uudempaa vahvistinluokkaa edustava D-luokan vahvistin. Tutkimuksessa selvitetään, miten D-luokan vahvistimella toteutettu kytkentä toimii verrattuna alkuperäiseen kytkentään tutkimalla kitaravahvistimelle tyypillisiä sähköisiä ominaisuuksia. Työ toteutetaan mittauksin. Koska työssä olevissa kytkennöissä on jännitteisiä osia, on siinä perehdyttävä sähköturvallisuuteen. D-luokan vahvistin asettaa tietyt sähkötekniset kestävyysvaatimukset kytkennän teholähteelle ja kaiutinelementille, jolloin työssä paneudutaan myös niiden valintaan. D-luokan vahvistimeen päivitetyn kytkennän tuottamat äänenpainetasot olivat valtaosassa mittauksia suuremmat kuin alkuperäisellä kytkennällä. Äänenpainetasojen mittaustilanteissa myös kuormalle syötetyt tehot olivat suuremmat päivitetyllä kytkennällä verrattuna alkuperäiseen. Suurin päivitetyn kytkennän kuorman teho 72,72 W saavutettiin, kun kaiutinelementin yli oli 24,12 V:n jännitteen tehollisarvo ja kuorman teho oli noin 36 kertaa suurempi kuin alkuperäisellä kytkennällä. D-luokan vahvistimen mitatut harmonisen särön arvot ovat huomattavasti pienempiä kuin alkuperäisellä vahvistimella. Muokkaamattoman vahvistimen mitatusta sähköisestä taajuusvasteeesta nähdään, että alkuperäinen vahvistin korostaa tiettyjä taajuuksia, kun D-luokan vahvistimen taajuusvaste on sen sijaan likimain tasainen. Akustinen taajuusvaste ei ole niin tasainen D-luokan vahvistimeen päivitetyllä kytkennällä kuin alkuperäisellä kytkennällä ja sillä on myös kapeampi taajuusalue. Jos päivitetyn kytkennän sointia haluttaisiin parantaa, pitäisi tutkia lisää akustiseen taajuusvasteeseen vaikuttavia asioita.