Quality time [QoS in 802.11e]

Wireless local area networks (WLANs) based on the IEEE 802.11 standard are now widespread. Most are used to provide access for mobile devices to a conventional wired infrastructure, and some are used where wires are not possible, forming an ad hoc network of their own. There are several varieties at the physical or radio layer (802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g), with each featuring different data rates, modulation schemes and transmission frequencies. However, all of them share a common medium access control (MAC) layer. As this is largely based on a contention approach, it does not allow prioritising of traffic or stations, so it cannot easily provide the quality of service (QoS) required by time-sensitive applications, such as voice or video transmission. In order to address this shortfall of the technology, the IEEE set up a task group that is aiming to enhance the MAC layer protocol so that it can provide QoS. The latest draft at the time of writing is Draft 11, dated October 2004. The article describes the yet-to-be-ratified 802.11e standard and is based on that draft.

MICPA: a client-assisted channel assignment scheme for throughput enhancement in WLANs

The emergence of high-density wireless local area network (WLAN) deployments in recent years is a testament to the insatiable demands for wireless broadband services. The increased density of WLAN deployments brings with it the potential of increased capacity, extended coverage, and exciting new applications. However, the corresponding increase in contention and interference can significantly degrade throughputs, unless new challenges in channel assignment are effectively addressed. In this paper, a client-assisted channel assignment scheme that can provide enhanced throughput is proposed. A study on the impact of interference on throughput with multiple access points (APs)is first undertaken using a novel approach that determines the possibility of parallel transmissions. A metric with a good correlation to the throughput, i.e., the number of conflict pairs, is used in the client-assisted minimum conflict pairs (MICPA) scheme. In this scheme, measurements from clients are used to assist the AP in determining the channel with the minimum number of conflict pairs to maximize its expected throughput. Simulation results show that the client-assisted MICPA scheme can provide meaningful throughput improvements over other schemes that only utilize the AP’s measurements.

Uma análise exploratória da indústria de serviços PWLAN Wi-Fi no Brasil: em busca de uma vantagem competitiva sustentável

As telecomunicações no mundo têm avançado a passos largos na oferta de novas tecnologias e padrões que viabilizam e flexibilizam a transmissão / recepção de informações entre pessoas e a Internet. Em especial, no que tange à ubiqüidade, o uso de dispositivos de comunicações móveis sem fio, como telefones celulares e PDAs (Personnal Digital Assistant), tem permitido às empresas alcançarem seus clientes a qualquer hora e em qualquer lugar. Muitos padrões de comunicação wireless têm surgido, inicialmente na indústria de telefonia móvel celular e, em seguida, na indústria de computadores e PDAs, habilitando a comunicação wireless de dados em banda larga e o comércio eletrônico móvel (m-commerce). Em especial, o padrão Wi-Fi tem sido difundido mundialmente através da expansão de redes públicas sem fio (PWLANs). Assim, os fabricantes de equipamentos de telecomunicações, as empresas operadoras de serviços de telefonia fixa e móvel e até provedores de acesso à Internet têm manifestado grande interesse nessa área por perceberem novas oportunidades de aumento de receita através da tecnologia Wi-Fi. Todos estes aspectos da recente história do Wi-Fi têm gerado questionamentos quanto a seu futuro sucesso e real geração de vantagem competitiva sustentável, não obstante o volume de negócios relativos a esta tecnologia estar em franco crescimento. Este trabalho propõe-se a analisar o mercado de serviços PWLAN Wi-Fi brasileiro, identificando os principais atores e os modelos de negócio praticados por eles, comparando esses modelos aos modelos identificados por Shubar e Lechner. O estudo propõe-se, também, a avaliar tais empresas e seus respectivos modelos de negócio segundo o framework VRIO desenvolvido por Barney com base na visão estratégica baseada em recursos (RBV- Resource Based View).

Kappa-PSO-ARTMAP Fuzzy: uma metodologia para detecção de intrusos baseado em seleção de atributos e otimização de parâmetros numa rede neural ARTMAP Fuzzy

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Modelo de propagação indoor multi-andar em 2.4 GHz com estimativa de parâmetros de QoS em chamadas VoIP

O advento de novas formas multimídia tem atraído uma clientela exigente, onde preocupação não é somente com o serviço, mas também, com a qualidade que esse serviço pode ser oferecido. As WLAN (Wireless Local Area Networks) tornaram-se a forma mais comum de roteamento de Internet, devido ao seu baixo custo e facilidade de implementação. Para realizar um bom roteamento é necessário um planejamento, utilizando-se modelos. Os modelos de propagação existentes na literatura fazem a predição da intensidade do sinal, mas algumas vezes não contemplam a previsão de um bom serviço. Nesse sentido a presente dissertação propõe-se a elaborar um modelo de propagação empírico indoor multi-andar que não só prediz a potência recebida, mas também faz uma previsão para algumas métricas de QoS (Quality of Service) de chamadas VoIP (Voice over Internet Protocol). Para a elaboração do modelo proposto foram feitas campanhas de medição, em um prédio de dois andares, em pisos distintos mantendo-se a posição do ponto de acesso (PA) fixa. Estudos de geometria analítica para a contagem e agregação de perdas em pisos e paredes. Os resultados do modelo proposto foram comparados com um modelo da literatura que tem um comportamento similar, onde é possível verificar o melhor desempenho do modelo proposto, e para efeito de estudo um andar completamente simulado foi introduzido para avaliação.

Estratégia do planejamento e otimização de sistemas sem fio, considerando redes interferentes: abordagem baseada em cross-layer

Apesar do aumento significativo do uso de redes locais sem fio (WLAN) nos últimos anos, aspectos de projeto e planejamento de capacidade da rede são ainda sistematicamente negligenciados durante a implementação da rede. Tipicamente um projeto de rede local sem fio é feito e instalado por profissionais de rede. Esses profissionais são extremamente experientes com redes cabeadas, mas são ainda geralmente pouco experientes com redes sem fio. Deste modo, as instalações de redes locais sem fio são desvantajosas pela falta de um modelo de avaliação de desempenho e para determinar a localização do ponto de acesso (PA), além disso, fatores importantes do ambiente não são considerados no projeto. Esses fatores se tornam mais importante quando muitos pontos de acesso (PAs) são instalados para cobrir um único edifício, algumas vezes sem planejamento de freqüência. Falhas como essa podem causar interferência entre células geradas pelo mesmo PA. Por essa razão, a rede não obterá os padrões de qualidade de serviço (QoS) exigidos por cada serviço. O presente trabalho apresenta uma proposta para planejamento de redes sem fio levando em consideração a influência da interferência com o auxílio de inteligência computacional tais como a utilização de redes Bayesianas. Uma extensiva campanha de medição foi feita para avaliar o desempenho de dois pontos de acesso (PAs) sobre um cenário multiusuário, com e sem interferência. Os dados dessa campanha de medição foram usados como entrada das redes Bayesianas e confirmaram a influência da interferência nos parâmetros de QoS. Uma implementação de algoritmo genético foi utilizado permitindo uma abordagem híbrida para planejamento de redes sem fio. Como efeito de comparação para otimizar os parâmetros de QoS, de modo a encontrar a melhor distância do PA ao receptor garantindo as recomendações do International Telecomunication Union (ITU-T), a técnica de otimização por enxame de partículas foi aplicada.

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.

Impatto della propagazione elettromagnetica sulle prestazioni delle reti M3N

Con il termine Smart Grid si intende una rete urbana capillare che trasporta energia, informazione e controllo, composta da dispositivi e sistemi altamente distribuiti e cooperanti. Essa deve essere in grado di orchestrare in modo intelligente le azioni di tutti gli utenti e dispositivi connessi al fine di distribuire energia in modo sicuro, efficiente e sostenibile. Questo connubio fra ICT ed Energia viene comunemente identificato anche con il termine Smart Metering, o Internet of Energy. La crescente domanda di energia e l’assoluta necessità di ridurre gli impatti ambientali (pacchetto clima energia 20-20-20 [9]), ha creato una convergenza di interessi scientifici, industriali e politici sul tema di come le tecnologie ICT possano abilitare un processo di trasformazione strutturale di ogni fase del ciclo energetico: dalla generazione fino all’accumulo, al trasporto, alla distribuzione, alla vendita e, non ultimo, il consumo intelligente di energia. Tutti i dispositivi connessi, diventeranno parte attiva di un ciclo di controllo esteso alle grandi centrali di generazione così come ai comportamenti dei singoli utenti, agli elettrodomestici di casa, alle auto elettriche e ai sistemi di micro-generazione diffusa. La Smart Grid dovrà quindi appoggiarsi su una rete capillare di comunicazione che fornisca non solo la connettività fra i dispositivi, ma anche l’abilitazione di nuovi servizi energetici a valore aggiunto. In questo scenario, la strategia di comunicazione sviluppata per lo Smart Metering dell’energia elettrica, può essere estesa anche a tutte le applicazioni di telerilevamento e gestione, come nuovi contatori dell’acqua e del gas intelligenti, gestione dei rifiuti, monitoraggio dell’inquinamento dell’aria, monitoraggio del rumore acustico stradale, controllo continuo del sistema di illuminazione pubblico, sistemi di gestione dei parcheggi cittadini, monitoraggio del servizio di noleggio delle biciclette, ecc. Tutto ciò si prevede possa contribuire alla progettazione di un unico sistema connesso, dove differenti dispositivi eterogenei saranno collegati per mettere a disposizione un’adeguata struttura a basso costo e bassa potenza, chiamata Metropolitan Mesh Machine Network (M3N) o ancora meglio Smart City. Le Smart Cities dovranno a loro volta diventare reti attive, in grado di reagire agli eventi esterni e perseguire obiettivi di efficienza in modo autonomo e in tempo reale. Anche per esse è richiesta l’introduzione di smart meter, connessi ad una rete di comunicazione broadband e in grado di gestire un flusso di monitoraggio e controllo bi-direzionale esteso a tutti gli apparati connessi alla rete elettrica (ma anche del gas, acqua, ecc). La M3N, è un’estensione delle wireless mesh network (WMN). Esse rappresentano una tecnologia fortemente attesa che giocherà un ruolo molto importante nelle futura generazione di reti wireless. Una WMN è una rete di telecomunicazione basata su nodi radio in cui ci sono minimo due percorsi che mettono in comunicazione due nodi. E’ un tipo di rete robusta e che offre ridondanza. Quando un nodo non è più attivo, tutti i rimanenti possono ancora comunicare tra di loro, direttamente o passando da uno o più nodi intermedi. Le WMN rappresentano una tipologia di rete fondamentale nel continuo sviluppo delle reti radio che denota la divergenza dalle tradizionali reti wireless basate su un sistema centralizzato come le reti cellulari e le WLAN (Wireless Local Area Network). Analogamente a quanto successo per le reti di telecomunicazione fisse, in cui si è passati, dalla fine degli anni ’60 ai primi anni ’70, ad introdurre schemi di rete distribuite che si sono evolute e man mano preso campo come Internet, le M3N promettono di essere il futuro delle reti wireless “smart”. Il primo vantaggio che una WMN presenta è inerente alla tolleranza alla caduta di nodi della rete stessa. Diversamente da quanto accade per una rete cellulare, in cui la caduta di una Base Station significa la perdita di servizio per una vasta area geografica, le WMN sono provviste di un’alta tolleranza alle cadute, anche quando i nodi a cadere sono più di uno. L'obbiettivo di questa tesi è quello di valutare le prestazioni, in termini di connettività e throughput, di una M3N al variare di alcuni parametri, quali l’architettura di rete, le tecnologie utilizzabili (quindi al variare della potenza, frequenza, Building Penetration Loss…ecc) e per diverse condizioni di connettività (cioè per diversi casi di propagazione e densità abitativa). Attraverso l’uso di Matlab, è stato quindi progettato e sviluppato un simulatore, che riproduce le caratteristiche di una generica M3N e funge da strumento di valutazione delle performance della stessa. Il lavoro è stato svolto presso i laboratori del DEIS di Villa Grifone in collaborazione con la FUB (Fondazione Ugo Bordoni).

A feasibility study for the provision of electronic healthcare tools and services in areas of Greece, Cyprus and Italy

Background Through this paper, we present the initial steps for the creation of an integrated platform for the provision of a series of eHealth tools and services to both citizens and travelers in isolated areas of thesoutheast Mediterranean, and on board ships travelling across it. The platform was created through an INTERREG IIIB ARCHIMED project called INTERMED. Methods The support of primary healthcare, home care and the continuous education of physicians are the three major issues that the proposed platform is trying to facilitate. The proposed system is based on state-of-the-art telemedicine systems and is able to provide the following healthcare services: i) Telecollaboration and teleconsultation services between remotely located healthcare providers, ii) telemedicine services in emergencies, iii) home telecare services for "at risk" citizens such as the elderly and patients with chronic diseases, and iv) eLearning services for the continuous training through seminars of both healthcare personnel (physicians, nurses etc) and persons supporting "at risk" citizens. These systems support data transmission over simple phone lines, internet connections, integrated services digital network/digital subscriber lines, satellite links, mobile networks (GPRS/3G), and wireless local area networks. The data corresponds, among others, to voice, vital biosignals, still medical images, video, and data used by eLearning applications. The proposed platform comprises several systems, each supporting different services. These were integrated using a common data storage and exchange scheme in order to achieve system interoperability in terms of software, language and national characteristics. Results The platform has been installed and evaluated in different rural and urban sites in Greece, Cyprus and Italy. The evaluation was mainly related to technical issues and user satisfaction. The selected sites are, among others, rural health centers, ambulances, homes of "at-risk" citizens, and a ferry. Conclusions The results proved the functionality and utilization of the platform in various rural places in Greece, Cyprus and Italy. However, further actions are needed to enable the local healthcare systems and the different population groups to be familiarized with, and use in their everyday lives, mature technological solutions for the provision of healthcare services.

Invited Abstract: Issues with State-based Energy Consumption Modelling

Energy consumption modelling by state based approaches often assume constant energy consumption values in each state. However, it happens in certain situations that during state transitions or even during a state the energy consumption is not constant and does fluctuate. This paper discusses those issues by presenting some examples from wireless sensor and wireless local area networks for such cases and possible solutions.

Contribución a la caracterización espacial de canales con sistemas MIMO-OFDM en la banda de 2,45 Ghz

La tecnología de múltiples antenas ha evolucionado para dar soporte a los actuales y futuros sistemas de comunicaciones inalámbricas en su afán por proporcionar la calidad de señal y las altas tasas de transmisión que demandan los nuevos servicios de voz, datos y multimedia. Sin embargo, es fundamental comprender las características espaciales del canal radio, ya que son las características del propio canal lo que limita en gran medida las prestaciones de los sistemas de comunicación actuales. Por ello surge la necesidad de estudiar la estructura espacial del canal de propagación para poder diseñar, evaluar e implementar de forma más eficiente tecnologías multiantena en los actuales y futuros sistemas de comunicación inalámbrica. Las tecnologías multiantena denominadas antenas inteligentes y MIMO han generado un gran interés en el área de comunicaciones inalámbricas, por ejemplo los sistemas de telefonía celular o más recientemente en las redes WLAN (Wireless Local Area Network), principalmente por la mejora que proporcionan en la calidad de las señales y en la tasa de transmisión de datos, respectivamente. Las ventajas de estas tecnologías se fundamentan en el uso de la dimensión espacial para obtener ganancia por diversidad espacial, como ya sucediera con las tecnologías FDMA (Frequency Division Multiplexing Access), TDMA (Time Division Multiplexing Access) y CDMA (Code Division Multiplexing Access) para obtener diversidad en las dimensiones de frecuencia, tiempo y código, respectivamente. Esta Tesis se centra en estudiar las características espaciales del canal con sistemas de múltiples antenas mediante la estimación de los perfiles de ángulos de llegada (DoA, Direction-of- Arrival) considerando esquemas de diversidad en espacio, polarización y frecuencia. Como primer paso se realiza una revisión de los sistemas con antenas inteligentes y los sistemas MIMO, describiendo con detalle la base matemática que sustenta las prestaciones ofrecidas por estos sistemas. Posteriormente se aportan distintos estudios sobre la estimación de los perfiles de DoA de canales radio con sistemas multiantena evaluando distintos aspectos de antenas, algoritmos de estimación, esquemas de polarización, campo lejano y campo cercano de las fuentes. Así mismo, se presenta un prototipo de medida MIMO-OFDM-SPAA3D en la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 2,45 Ghz, el cual está preparado para caracterizar experimentalmente el rendimiento de los sistemas MIMO, y para caracterizar espacialmente canales de propagación, considerando los esquemas de diversidad espacial, por polarización y frecuencia. Los estudios aportados se describen a continuación. Los sistemas de antenas inteligentes dependen en gran medida de la posición de los usuarios. Estos sistemas están equipados con arrays de antenas, los cuales aportan la diversidad espacial necesaria para obtener una representación espacial fidedigna del canal radio a través de los perfiles de DoA (DoA, Direction-of-Arrival) y por tanto, la posición de las fuentes de señal. Sin embargo, los errores de fabricación de arrays así como ciertos parámetros de señal conlleva un efecto negativo en las prestaciones de estos sistemas. Por ello se plantea un modelo de señal parametrizado que permite estudiar la influencia que tienen estos factores sobre los errores de estimación de DoA, tanto en acimut como en elevación, utilizando los algoritmos de estimación de DOA más conocidos en la literatura. A partir de las curvas de error, se pueden obtener parámetros de diseño para sistemas de localización basados en arrays. En un segundo estudio se evalúan esquemas de diversidad por polarización con los sistemas multiantena para mejorar la estimación de los perfiles de DoA en canales que presentan pérdidas por despolarización. Para ello se desarrolla un modelo de señal en array con sensibilidad de polarización que toma en cuenta el campo electromagnético de ondas planas. Se realizan simulaciones MC del modelo para estudiar el efecto de la orientación de la polarización como el número de polarizaciones usadas en el transmisor como en el receptor sobre la precisión en la estimación de los perfiles de DoA observados en el receptor. Además, se presentan los perfiles DoA obtenidos en escenarios quasiestáticos de interior con un prototipo de medida MIMO 4x4 de banda estrecha en la banda de 2,45 GHz, los cuales muestran gran fidelidad con el escenario real. Para la obtención de los perfiles DoA se propone un método basado en arrays virtuales, validado con los datos de simulación y los datos experimentales. Con relación a la localización 3D de fuentes en campo cercano (zona de Fresnel), se presenta un tercer estudio para obtener con gran exactitud la estructura espacial del canal de propagación en entornos de interior controlados (en cámara anecóica) utilizando arrays virtuales. El estudio analiza la influencia del tamaño del array y el diagrama de radiación en la estimación de los parámetros de localización proponiendo, para ello, un modelo de señal basado en un vector de enfoque de onda esférico (SWSV). Al aumentar el número de antenas del array se consigue reducir el error RMS de estimación y mejorar sustancialmente la representación espacial del canal. La estimación de los parámetros de localización se lleva a cabo con un nuevo método de búsqueda multinivel adaptativo, propuesto con el fin de reducir drásticamente el tiempo de procesado que demandan otros algoritmos multivariable basados en subespacios, como el MUSIC, a costa de incrementar los requisitos de memoria. Las simulaciones del modelo arrojan resultados que son validados con resultados experimentales y comparados con el límite de Cramer Rao en términos del error cuadrático medio. La compensación del diagrama de radiación acerca sustancialmente la exactitud de estimación de la distancia al límite de Cramer Rao. Finalmente, es igual de importante la evaluación teórica como experimental de las prestaciones de los sistemas MIMO-OFDM. Por ello, se presenta el diseño e implementación de un prototipo de medida MIMO-OFDM-SPAA3D autocalibrado con sistema de posicionamiento de antena automático en la banda de 2,45 Ghz con capacidad para evaluar la capacidad de los sistemas MIMO. Además, tiene la capacidad de caracterizar espacialmente canales MIMO, incorporando para ello una etapa de autocalibración para medir la respuesta en frecuencia de los transmisores y receptores de RF, y así poder caracterizar la respuesta de fase del canal con mayor precisión. Este sistema incorpora un posicionador de antena automático 3D (SPAA3D) basado en un scanner con 3 brazos mecánicos sobre los que se desplaza un posicionador de antena de forma independiente, controlado desde un PC. Este posicionador permite obtener una gran cantidad de mediciones del canal en regiones locales, lo cual favorece la caracterización estadística de los parámetros del sistema MIMO. Con este prototipo se realizan varias campañas de medida para evaluar el canal MIMO en términos de capacidad comparando 2 esquemas de polarización y tomando en cuenta la diversidad en frecuencia aportada por la modulación OFDM en distintos escenarios. ABSTRACT Multiple-antennas technologies have been evolved to be the support of the actual and future wireless communication systems in its way to provide the high quality and high data rates required by new data, voice and data services. However, it is important to understand the behavior of the spatial characteristics of the radio channel, since the channel by itself limits the performance of the actual wireless communications systems. This drawback raises the need to understand the spatial structure of the propagation channel in order to design, assess, and develop more efficient multiantenna technologies for the actual and future wireless communications systems. Multiantenna technologies such as ‘Smart Antennas’ and MIMO systems have generated great interest in the field of wireless communications, i.e. cellular communications systems and more recently WLAN (Wireless Local Area Networks), mainly because the higher quality and the high data rate they are able to provide. Their technological benefits are based on the exploitation of the spatial diversity provided by the use of multiple antennas as happened in the past with some multiaccess technologies such as FDMA (Frequency Division Multiplexing Access), TDMA (Time Division Multiplexing Access), and CDMA (Code Division Multiplexing Access), which give diversity in the domains of frequency, time and code, respectively. This Thesis is mainly focus to study the spatial channel characteristics using schemes of multiple antennas considering several diversity schemes such as space, polarization, and frequency. The spatial characteristics will be study in terms of the direction-of-arrival profiles viewed at the receiver side of the radio link. The first step is to do a review of the smart antennas and MIMO systems technologies highlighting their advantages and drawbacks from a mathematical point of view. In the second step, a set of studies concerning the spatial characterization of the radio channel through the DoA profiles are addressed. The performance of several DoA estimation methods is assessed considering several aspects regarding antenna array structure, polarization diversity, and far-field and near-field conditions. Most of the results of these studies come from simulations of data models and measurements with real multiantena prototypes. In the same way, having understand the importance of validate the theoretical data models with experimental results, a 2,4 GHz MIMO-OFDM-SPAA2D prototype is presented. This prototype is intended for evaluating MIMO-OFDM capacity in indoor and outdoor scenarios, characterize the spatial structure of radio channels, assess several diversity schemes such as polarization, space, and frequency diversity, among others aspects. The studies reported are briefly described below. As is stated in Chapter two, the determination of user position is a fundamental task to be resolved for the smart antenna systems. As these systems are equipped with antenna arrays, they can provide the enough spatial diversity to accurately draw the spatial characterization of the radio channel through the DoA profiles, and therefore the source location. However, certain real implementation factors related to antenna errors, signals, and receivers will certainly reduce the performance of such direction finding systems. In that sense, a parameterized narrowband signal model is proposed to evaluate the influence of these factors in the location parameter estimation through extensive MC simulations. The results obtained from several DoA algorithms may be useful to extract some parameter design for directing finding systems based on arrays. The second study goes through the importance that polarization schemes can have for estimating far-field DoA profiles in radio channels, particularly for scenarios that may introduce polarization losses. For this purpose, a narrowband signal model with polarization sensibility is developed to conduct an analysis of several polarization schemes at transmitter (TX) and receiver (RX) through extensive MC simulations. In addition, spatial characterization of quasistatic indoor scenarios is also carried out using a 2.45 GHz MIMO prototype equipped with single and dual-polarized antennas. A good agreement between the measured DoA profiles with the propagation scenario is achieved. The theoretical and experimental evaluation of polarization schemes is performed using virtual arrays. In that case, a DoA estimation method is proposed based on adding an phase reference to properly track the DoA, which shows good results. In the third study, the special case of near-field source localization with virtual arrays is addressed. Most of DoA estimation algorithms are focused in far-field source localization where the radiated wavefronts are assume to be planar waves at the receive array. However, when source are located close to the array, the assumption of plane waves is no longer valid as the wavefronts exhibit a spherical behavior along the array. Thus, a faster and effective method of azimuth, elevation angles-of-arrival, and range estimation for near-field sources is proposed. The efficacy of the proposed method is evaluated with simulation and validated with measurements collected from a measurement campaign carried out in a controlled propagation environment, i.e. anechoic chamber. Moreover, the performance of the method is assessed in terms of the RMSE for several array sizes, several source positions, and taking into account the effect of radiation pattern. In general, better results are obtained with larger array and larger source distances. The effect of the antennas is included in the data model leading to more accurate results, particularly for range rather than for angle estimation. Moreover, a new multivariable searching method based on the MUSIC algorithm, called MUSA (multilevel MUSIC-based algorithm), is presented. This method is proposed to estimate the 3D location parameters in a faster way than other multivariable algorithms, such as MUSIC algorithm, at the cost of increasing the memory size. Finally, in the last chapter, a MIMO-OFDM-SPAA3D prototype is presented to experimentally evaluate different MIMO schemes regarding antennas, polarization, and frequency in different indoor and outdoor scenarios. The prototype has been developed on a Software-Defined Radio (SDR) platform. It allows taking measurements where future wireless systems will be developed. The novelty of this prototype is concerning the following 2 subsystems. The first one is the tridimensional (3D) antenna positioning system (SPAA3D) based on three linear scanners which is developed for making automatic testing possible reducing errors of the antenna array positioning. A set of software has been developed for research works such as MIMO channel characterization, MIMO capacity, OFDM synchronization, and so on. The second subsystem is the RF autocalibration module at the TX and RX. This subsystem allows to properly tracking the spatial structure of indoor and outdoor channels in terms of DoA profiles. Some results are draw regarding performance of MIMO-OFDM systems with different polarization schemes and different propagation environments.

Investigations into a dual band 2.4/5.2GHz antenna for WLAN applications

The design of a dual-band 2.45/5.2 GHz antenna for an access point of a wireless local area network (WLAN) is presented. The proposed antenna is formed by an assembly of a radial line slot array (RLSA) operating at 2.4 GHz and a microstrip patch working at 5.2 GHz. The design of this antenna system is accomplished using commercially available finite element software, high frequency structure simulator (HFSS), of Ansoft. The performance of the designed antenna is assessed in terms of return loss (RL), radiation pattern and polarization purity in the two investigated frequency bands.

Performance analysis of IEEE 802.11 cognitive radio ad hoc networks

IEEE 802.11 standard is the dominant technology for wireless local area networks (WLANs). In the last two decades, the Distributed coordination function (DCF) of IEEE 802.11 standard has become the one of the most important media access control (MAC) protocols for mobile ad hoc networks (MANETs). The DCF protocol can also be combined with cognitive radio, thus the IEEE 802.11 cognitive radio ad hoc networks (CRAHNs) come into being. There were several literatures which focus on the modeling of IEEE 802.11 CRAHNs, however, there is still no thorough and scalable analytical models for IEEE 802.11 CRAHNs whose cognitive node (i.e., secondary user, SU) has spectrum sensing and possible channel silence process before the MAC contention process. This paper develops a unified analytical model for IEEE 802.11 CRAHNs for comprehensive MAC layer queuing analysis. In the proposed model, the SUs are modeled by a hyper generalized 2D Markov chain model with an M/G/1/K model while the primary users (PUs) are modeled by a generalized 2D Markov chain and an M/G/1/K model. The performance evaluation results show that the quality-of-service (QoS) of both the PUs and SUs can be statistically guaranteed with the suitable settings of duration of channel sensing and silence phase in the case of under loading.

System design and resource management in the next-generation integrated WLAN and 3G cellular networks

Next-generation integrated wireless local area network (WLAN) and 3G cellular networks aim to take advantage of the roaming ability in a cellular network and the high data rate services of a WLAN. To ensure successful implementation of an integrated network, many issues must be carefully addressed, including network architecture design, resource management, quality-of-service (QoS), call admission control (CAC) and mobility management. ^ This dissertation focuses on QoS provisioning, CAC, and the network architecture design in the integration of WLANs and cellular networks. First, a new scheduling algorithm and a call admission control mechanism in IEEE 802.11 WLAN are presented to support multimedia services with QoS provisioning. The proposed scheduling algorithms make use of the idle system time to reduce the average packet loss of realtime (RT) services. The admission control mechanism provides long-term transmission quality for both RT and NRT services by ensuring the packet loss ratio for RT services and the throughput for non-real-time (NRT) services. ^ A joint CAC scheme is proposed to efficiently balance traffic load in the integrated environment. A channel searching and replacement algorithm (CSR) is developed to relieve traffic congestion in the cellular network by using idle channels in the WLAN. The CSR is optimized to minimize the system cost in terms of the blocking probability in the interworking environment. Specifically, it is proved that there exists an optimal admission probability for passive handoffs that minimizes the total system cost. Also, a method of searching the probability is designed based on linear-programming techniques. ^ Finally, a new integration architecture, Hybrid Coupling with Radio Access System (HCRAS), is proposed for lowering the average cost of intersystem communication (IC) and the vertical handoff latency. An analytical model is presented to evaluate the system performance of the HCRAS in terms of the intersystem communication cost function and the handoff cost function. Based on this model, an algorithm is designed to determine the optimal route for each intersystem communication. Additionally, a fast handoff algorithm is developed to reduce the vertical handoff latency.^