Characterization and modelling of software defined radio front-ends

O presente trabalho tem por objectivo estudar a caracterização e modelação de arquitecturas de rádio frequência para aplicações em rádios definidos por software e rádios cognitivos. O constante aparecimento no mercado de novos padrões e tecnologias para comunicações sem fios têm levantado algumas limitações à implementação de transceptores rádio de banda larga. Para além disso, o uso de sistemas reconfiguráveis e adaptáveis baseados no conceito de rádio definido por software e rádio cognitivo assegurará a evolução para a próxima geração de comunicações sem fios. A ideia base desta tese passa por resolver alguns problemas em aberto e propor avanços relevantes, tirando para isso partido das capacidades providenciadas pelos processadores digitais de sinal de forma a melhorar o desempenho global dos sistemas propostos. Inicialmente, serão abordadas várias estratégias para a implementação e projecto de transceptores rádio, concentrando-se sempre na aplicabilidade específica a sistemas de rádio definido por software e rádio cognitivo. Serão também discutidas soluções actuais de instrumentação capaz de caracterizar um dispositivo que opere simultaneamente nos domínios analógico e digital, bem como, os próximos passos nesta área de caracterização e modelação. Além disso, iremos apresentar novos formatos de modelos comportamentais construídos especificamente para a descrição e caracterização não-linear de receptores de amostragem passa-banda, bem como, para sistemas nãolineares que utilizem sinais multi-portadora. Será apresentada uma nova arquitectura suportada na avaliação estatística dos sinais rádio que permite aumentar a gama dinâmica do receptor em situações de multi-portadora. Da mesma forma, será apresentada uma técnica de maximização da largura de banda de recepção baseada na utilização do receptor de amostragem passa-banda no formato complexo. Finalmente, importa referir que todas as arquitecturas propostas serão acompanhadas por uma introdução teórica e simulações, sempre que possível, sendo após isto validadas experimentalmente por protótipos laboratoriais.

Characterization of RSOA modulators in radio over fiber links

In this work physical and behavioral models for a bulk Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) modulator in Radio over Fiber (RoF) links are proposed. The transmission performance of the RSOA modulator is predicted under broadband signal drive. At first, the simplified physical model for the RSOA modulator in RoF links is proposed, which is based on the rate equation and traveling-wave equations with several assumptions. The model is implemented with the Symbolically Defined Devices (SDD) in Advanced Design System (ADS) and validated with experimental results. Detailed analysis regarding optical gain, harmonic and intermodulation distortions, and transmission performance is performed. The distribution of the carrier and Amplified Spontaneous Emission (ASE) is also demonstrated. Behavioral modeling of the RSOA modulator is to enable us to investigate the nonlinear distortion of the RSOA modulator from another perspective in system level. The Amplitude-to-Amplitude Conversion (AM-AM) and Amplitude-to-Phase Conversion (AM-PM) distortions of the RSOA modulator are demonstrated based on an Artificial Neural Network (ANN) and a generalized polynomial model. Another behavioral model based on Xparameters was obtained from the physical model. Compensation of the nonlinearity of the RSOA modulator is carried out based on a memory polynomial model. The nonlinear distortion of the RSOA modulator is reduced successfully. The improvement of the 3rd order intermodulation distortion is up to 17 dB. The Error Vector Magnitude (EVM) is improved from 6.1% to 2.0%. In the last part of this work, the performance of Fibre Optic Networks for Distributed and Extendible Heterogeneous Radio Architectures and Service Provisioning (FUTON) systems, which is the four-channel virtual Multiple Input Multiple Output (MIMO), is predicted by using the developed physical model. Based on Subcarrier Multiplexing (SCM) techniques, four-channel signals with 100 MHz bandwidth per channel are generated and used to drive the RSOA modulator. The transmission performance of the RSOA modulator under the broadband multi channels is depicted with the figure of merit, EVM under di erent adrature Amplitude Modulation (QAM) level of 64 and 254 for various number of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) subcarriers of 64, 512, 1024 and 2048.

Q-enhancement with on-chip inductor optimization for reconfigurable Δ-Σ radio-frequency ADC

The paper details on-chip inductor optimization for a reconfigurable continuous-time delta-sigma (Δ-Σ) modulator based radio-frequency analog-to-digital converter. Inductor optimisation enables the Δ-Σ modulator with Q enhanced LC tank circuits employing a single high Q-factor on-chip inductor and lesser quantizer levels thereby reducing the circuit complexity for excess loop delay, power dissipation and dynamic element matching. System level simulations indicate at a Q-factor of 75 Δ- Σ modulator with a 3-level quantizer achieves dynamic ranges of 106, 82 dB and 84 dB for RFID, TETRA, and Galileo over bandwidths of 200 kHz, 10 MHz and 40 MHz respectively.

Monitorização de frotas urbanas com GPS

Com o objectivo de desenvolver um sistema de monitorização de frotas de transportes públicos urbanos, cujo posicionamento de veículos seja feito com precisão superior a 10 m, a Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa juntamente com o Instituto das Ciências da Terra e do Espaço iniciaram o desenvolvimento de um protótipo, denominado SIMOV (Sistema de Monitorização de Veículos), com base na frota da CARRIS de Lisboa, usando o GPS (Global Positioning System) como único sistema de posicionamento. O sistema em desenvolvimento é composto por três módulos: posicionamento, comunicação e monitorização. Deste estudo apenas serão apresentadas as soluções para o posicionamento e para a monitorização. Relativamente ao posicionamento a apresentação centrar-se-á no estudo desenvolvido com vista ao uso de apenas dois satélites da constelação GPS em curtos períodos de tempo, frequente em circuitos urbanos, já que o posicionamento com três ou mais satélites é um dado adquirido, resultando fiável em termos da precisão pretendida. Para a monitorização (visualização do posicionamento) serão projectadas duas soluções, usando dados GPS recolhidos na execução do percurso habitual da carreira 38 da CARRIS, a primeira sobre uma base de dados cartográfica de eixos de via da cidade com precisão aproximada do metro e a segunda sobre a representação do trajecto como uma linha recta.

Análise de estratégias de processamento de dados GPS

Nos últimos anos, a rede de estações GPS permanentes tem crescido de forma sustentada em todo o mundo. Também em Portugal existe um número cada vez maior de estações permanentes, a maior parte das quais ligadas a instituições públicas e universidades. O volume de dados produzido por estas redes implica a criação de procedimentos automáticos de processamento de observações com metodologias adequadas. Tendo como objectivo principal processar os dados GPS provenientes de uma rede de estações da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), foi elaborado um sistema de processamento automático de observações para um conjunto alargado de estações. A rede é constituída por estações IGS (Madrid, Maspalomas, Ponta Delgada, San Fernando e Villa Franca del Campo), por estações EUREF (Cascais, Vila Nova de Gaia e Lagos) e estações da FCUL (Flores, Graciosa, Santa Maria, Instituto de Meteorologia da Madeira, Observatório Astronómico de Lisboa Norte, Observatório Astronómico de Lisboa Sul). O processamento de observações GPS foi feito com recurso ao Bernese Processing Engine, uma componente do Bernese GPS Software 4.2, e foram utilizadas diferentes estratégias que incluem a modificação do ângulo de máscara, a determinação de gradientes troposféricos e a inclusão do efeito de carga oceânica. Neste trabalho são analisadas várias séries temporais e discutidas as vantagens e desvantagens de cada uma das estratégias utilizadas.

Étude de la consistance interne du Guide pour s'orienter (GPS)

Le Guide pour s'orienter (GPS) est un récent questionnaire en ligne conçu pour aider les jeunes à explorer leurs ressources internes et celles provenant de leur environnement, qui peuvent influencer leur orientation. Cet instrument est basé sur le concept du Sentiment d'efficacité personnelle (SEP) de Bandura et sur diverses théories du développement de carrière. Le but de cet article est de décrire les propriétés psychométriques relatives à la fidélité du GPS, avec le calcul des indices de consistance interne des échelles. En général, les résultats démontrent que la plupart des échelles du GPS ont un niveau de fidélité acceptable, notamment celles concernant les ressources internes.

Conception d'un examen clinique objectif structuré pour le volet pratique de l'épreuve synthèse du programme Technologie de radio-oncologie.

Cet essai vise la conception d'un examen clinique objectif structuré (ECOS) comme volet pratique à ajouter à l'épreuve synthèse de programme actuellement utilisée par les enseignantes et les enseignants du Département de radio-oncologie du Collège Ahunstic. L'épreuve synthèse de programme actuelle consiste à la production d'un travail de recherche sur une pathologie cancéreuse. Cette nouvelle épreuve s'inscrit dans une logique d'une plus grande cohérence avec l'approche par compétences (APC), les exigences légales, réglementaires et pédagogiques liées à cette approche. Une recension d'écrits pertinents en lien avec l'objectif visé par cet essai nous a permis de constater que l'ECOS est un type d'évaluation pratique et authentique qui permet l'évaluation des performances complexes, ce qui est tout à fait approprié avec l'APC. À travers cette recension, nous avons mis en lumière les caractéristiques de cette forme d'évaluation.

Radio over fiber broadband access networks architectures based on wavelength division multiplexing techniques

The recent remarkable growth in bandwidth of both wired optical and wireless access networks supports a burst of new high bandwidth Internet applications such as: peer-topeer file sharing, cloud storage, on-line gaming, video streaming, etc. Within this scenario, the convergence of fixed and wireless access networks offers significant opportunities for network operators to satisfy user demands, and simultaneously reduce the cost of implementing and running separated wireless and wired networks. The integration of wired and wireless network can be accomplished within several scenarios and at several levels. In this thesis we will focus on converged radio over fiber architectures, particularly on two application scenarios: converged optical 60 GHz wireless networks and wireless overlay backhauling over bidirectional colorless wavelength division multiplexing passive optical networks (WDM-PONs). In the first application scenario, optical 60 GHz signal generation using external modulation of an optical carrier by means of lithium niobate (LiNbO3) Mach- Zehnder modulators (MZM) is considered. The performance of different optical modulation techniques, robust against fiber dispersion is assessed and dispersion mitigation strategies are identified. The study is extended to 60 GHz carriers digitally modulated with data and to systems employing subcarrier multiplexed (SCM) mm-wave channels. In the second application scenario, the performance of WDM-PONs employing reflective semiconductor optical amplifiers (RSOAs), transmitting an overlay orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) wireless signal is assessed analytically and experimentally, with the relevant system impairments being identified. It is demonstrated that the intermodulation due to the beating of the baseband signal and wireless signal at the receiver can seriously impair the wireless channel. Performance degradation of the wireless channel caused by the RSOA gain modulation owing to the downstream baseband data is also assessed, and system design guidelines are provided.

Acoustic oceanographic buoy telemetry system: an ‘advanced’ sonobuoy that meets acoustic rapid environmental assessment requirements

The Acoustic Oceanographic Buoy (AOB) Telemetry System has been designed to meet acoustic rapid environmental assessment requirements. It uses a standard institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11 wireless local area network (WLAN) to integrate the air radio network (RaN) and a hydrophone array and acoustic source to integrate the underwater acoustic network (AcN). It offers advantages including local data storage, dedicated signal processing, and global positioning system (GPS) timing and localization. The AOB can also be integrated with other similar systems, due to its WLAN transceivers, to form a flexible network and perform on-line high speed data transmissions. The AOB is a reusable system that requires less maintenance and can also work as a salt-water plug-and-play system at sea as it is designed to operate in free drifting mode. The AOB is also suitable for performing distributed digital signal processing tasks due to its digital signal processor facility.

Radio Frequency Synthesis for Power-Constrained Systems

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Reference clock design for low power and low phase noise with temperature compensation

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-03

A Comparative Study of a Low Doppler Shift in a Carrier Tracking Loop for GPS

This paper compares a carrier tracking scenario when a received Global Positioning System (GPS) signal has low Doppler frequency. It is shown that if the Numerically Controlled Oscillator (NCO) is quantized to 1 bit, the carrier tracking loop is unable to keep track of the incoming signal which leaves the tracking loop oscillating between the upper and lower bounds of the tracking loop bandwidth. One way of overcoming this problem is presented and compared with another existing solution, found in the literature, providing comparative results from the use of real-recorded off the air GPS L1 signals. Results show that the proposed method performs better tracking performance compared with the existing solution which it requires much less hardware complexity.

Bi-Dimensional Characterization of a Wimax Radio Channel at 3.5GHz

This paper presents the characterization of an indoor Wimax radio channel using the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) [1] method complemented with the Convolutional Perfect Matched Layer (CPML) technique [2]. An indoor 2D scenario is simulated in the 3.5GHz band (IEEE 802.16d-2004 and IEEE 802.16e-2005 [3]). In this study, we used two complementary techniques in both analysis, technique A and B for fading based on delay spread and technique C and D for fading based on Doppler spread. Both techniques converge to the same result. Simulated results define the channel as flat, slow and without inter-symbolic interference (ISI), making the application of the spatial diversity the most appropriate scheme.