Cooperative Beamforming and User Selection for Improving the Security of Relay-aided Systems

A relay network in which a source wishes to convey a confidential message to a legitimate destination with the assistance of trusted relays is considered. In particular, cooperative beamforming and user selection techniques are applied to protect the confidential message. The secrecy rate (SR) and secrecy outage probability (SOP) of the network are investigated first, and a tight upper bound for the SR and an exact formula for the SOP are derived. Next, asymptotic approximations for the SR and SOP in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime are derived for two different schemes: i) cooperative beamforming and ii) multiuser selection. Further, a new concept of cooperative diversity gain, namely, adapted cooperative diversity gain (ACDG), which can be used to evaluate security level of a cooperative relaying network, is investigated. It is shown that the ACDG of cooperative beamforming is equal to the conventional cooperative diversity gain of traditional multiple-input single-output networks, while the ACDG of the multiuser scenario is equal to that of traditional single-input multiple-output networks.

Unsettling modernity: Shifting values and changing housing styles in the Kathmandu Valley

Abstract

Culture has always been important for the character of the cities, as have the civic and public institutions that sustain a lifestyle and provide an identity. Substantial evidence of the unique historical, urban civilisation remains within the traditional settlements in the Kathmandu Valley in Nepal; manifested in houses, palaces, temples, rest houses, open spaces, festivals, rituals, customs and cultural institutions. Indigenous knowledge and practices prescribed the arrangement of houses, roads and urban spaces giving the city a distinctive physical form, character and a unique oriental nativeness. In technical sense, these societies did not have written rules for guiding development. In recent decades, the urban culture of the city has been changing with the forces of urbanisation and globalisation and the demand for new buildings and spaces. New residential design is increasingly dominated by distinctive patterns of Western suburban ideal comprising detached or semi-detached homes and high rise tower blocks. This architectural iconoclasm can be construed as a rather crude response to the indigenous culture and built form. The paper attempts to dismantle the current tension between traditional and contemporary ‘culture’ (and hence society) and housing (or built form) in the Kathmandu Valley by engaging in a discussion that cuts across space, time and meaning of architecture as we know it.

Social housing tenants, Climate Change and sustainable living: A study of awareness, behaviours and willingness to adapt

Despite a focus in the UK on providing sustainable housing in recent years, it is unlikely that targets set to reduce resource consumption in housing will be achieved without a greater focus on human behaviour. It is necessary to understand the actions of people occupying dwellings, as it is invariably the occupants rather than the buildings that decided whether or not to consume resources. In this paper the authors present a pilot study where 53 social housing tenant households in Northern Ireland were interviewed to ascertain their perceptions of Climate Change, their current behaviours and their willingness to reduce energy and water consumption in the home. The intention was to explore links between perceptions and reported behaviour as well as perceptions and willingness to reduce resource consumption. Results show that 77% of tenants believed Climate Change to be an important issue; 57% accepted that it is up to the individual to take responsibility for tackling Climate Change; and demonstrated a strong desire to make a difference to reduce their impact. The researchers identified both passive (devices) and active (behaviours) resource savings currently in place and established where further resource reduction was feasible based on tenants' willingness to alter their behaviours.

Case study investigation of indoor air quality in mechanically ventilated and naturally ventilated UK social housing

There is a significant lack of indoor air quality research in low energy homes. This study compared the indoor air quality of eight
newly built case study homes constructed to similar levels of air-tightness and insulation; with two different ventilation strategies (four homes with Mechanical Ventilation with Heat Recovery (MVHR) systems/Code level 4 and four homes naturally ventilated/Code level 3). Indoor air quality measurements were conducted over a 24 h period in the living room and main bedroom of each home during the summer and winter seasons. Simultaneous outside measurements and an occupant diary were also employed during the measurement period. Occupant interviews were conducted to gain information on perceived indoor air quality, occupant behaviour and building related illnesses. Knowledge of the MVHR system including ventilation related behaviour was also studied. Results suggest indoor air quality problems in both the mechanically ventilated and naturally ventilated homes, with significant issues identified regarding occupant use in the social homes

An analysis of International NGOs design decision making for housing reconstruction in developing country contexts

The purpose of this paper is to explore the current design decision making process of selected foreign international non governmental organisations (INGO’s) operating in the field of housing and post disaster housing design and delivery in developing countries. The study forms part of a wider on-going study relation to a decision making in relation to affordable and sustainable housing in developing
countries. The paper highlights the main challenges and opportunities in relation to the design and delivery of low cost sustainable housing in developing countries as identified in current literature on the subject. Interviews and case studies with INGO’s highlight any specific challenges faced by foreign INGO’s operating in a developing country. The preliminary results of this research study provide a concise insight into the design decision making process of leading foreign INGO’s operating in developing countries and will be beneficial to policy makers, NGOs, government bodies and community organisations in practice as it offers unique evidence based insights into international bodies housing design decision making process.

Adaptable housing design for climate change adaptation

It is predicted that climate change will result in rising sea levels, more frequent and extreme weather events, hotter and drier summers and warmer and wetter winters. This will have a significant impact on the design of buildings, how they are kept cool and how they are weathered against more extreme climatic conditions. The residential sector is already a significant environmental burden with high associated operational energy. Climate change, and a growing population requiring residence, has the potential to exacerbate this problem seriously. New paradigms for residential building design are required to enable low-carbon dioxide operation to mitigate climate change. They must also face the reality of inevitable climate change and adopt climate change adaptation strategies to cope with future scenarios. However, any climate adaptation strategy for dwellings must also be cognisant of adapting occupant needs, influenced by ageing populations and new technologies. This paper presents concepts and priorities for changing how society designs residential buildings by designing for adaptation. A case study home is analysed in the context of its stated aims of low energy and adaptability. A post-occupancy evaluation of the house is presented, and future-proofing strategies are evaluated using climate projection data for future climate change scenarios.

Distributed coding for systems with cooperative diversity

O presente trabalho propõe-se a divulgar as mais significativas técnicas de esquemas cooperativos, de forma a ultrapassar alguns dos problemas dos sistemas móveis sem fios da próxima geração, estendendo a área de cobertura destes sistemas, assim como a sua capacidade e fiabilidade. O estudo de diversos esquemas cooperativos é efetuado em termos de capacidade e de taxa de erros, fazendo variar o número de relays e de antenas em cada elemento do sistema. Diversos algoritmos com aplicação em sistemas cooperativos são desenvolvidos e propostos ao longo desta tese, como códigos espaço-frequência aplicados de forma distribuída nos relays, para sistemas baseados na tecnologia OFDM e sob diversos cenários próximos da realidade. Os sistemas cooperativos são particularmente úteis em situações em que o caminho direto entre dois terminais não está acessível ou tem uma fraca qualidade de transmissão. Tendo este aspeto em consideração, e pretendendo ter a máxima eficiência espetral e máxima diversidade, um algoritmo com precodificação é também proposto para múltiplos relays, cada um equipado com uma ou duas antenas. A formulação matemática associada aos algoritmos propostos é apresentada, assim como a derivação da probabilidade de erro teórica. O desempenho dos sistemas assistidos por relays usando os algoritmos propostos é comparado em relação a outros esquemas cooperativos equivalentes e a esquemas não-cooperativos, considerando cenários com diferentes qualidades de canal, daí advindo importantes conclusões em relação a estes sistemas.

The notion of space in urban housing markets

O mercado imobiliário tem um papel importante nas economias modernas, tanto a nível macro como a nível micro. Ao nível macro, a construção de habitação representa um sector importante e influente na economia, com efeitos multiplicadores significativos sobre a produção e o emprego. Ao nível micro, uma residência representa o activo mais valioso da maioria dos indivíduos e uma parcela muito relevante da riqueza das famílias. Para estas, o custo e a qualidade das suas habitações influencia directa e indirectamente a sua qualidade de vida. A habitação é por isso mesmo um tema, que avaliado nas suas múltiplas dimensões, se caracteriza por ser bastante complexo, mas também ao mesmo tempo desafiante. De modo a delimitar o objecto de análise do trabalho de investigação, esta tese realça os aspectos de localização e distribuição espacial das habitações urbanas. Será desenvolvido um quadro conceptual e respectiva metodologia para a compreender a estrutura espacial da habitação urbana realçando os três aspectos fundamentais da análise espacial: heterogenidade espacial, dependência espacial e escala espacial. A metodologia, aplicada à área urbana de Aveiro e Ílhavo é baseada numa análise hedónica factorial de preços e na noção não geométrica do espaço. Primeiro, é fixada uma escala territorial e são definidos submercados habitacional. Posteriormente, quer a heterogeneidade quer a dependência espaciais são estudados utilizando métodos econométricos, sem considerar qualquer padrão fixo e conhecido de interações espaciais. Em vez disso, são desenvolvidos novos métodos,tendo como base o modelo hedónico factorial, para inferir sobre os potenciais drivers de difusão espacial no valor de uma habitação. Este modelo, foi aplicado a duas diferentes escalas espaciais, para compreender as preferências dos indivíduos em Aveiro ao escolher os seus locais de residencia, e como estas afectam os preços da habitação. O trabalho empírico, utilizando duas bases de dados de habitação distintas, aplicadas ao mercado de habitação de Aveiro mostram: i) em linha com a literatura, a dificuldade de definir submercados e compreender as inter-relações entre esses mercados; ii) a utilidade de uma abordagem híbrida, combinando análise factorial com regressão; iii) a importância fundamental que o efeito escala espacial desempenha no estudo da heterogeneidade e dos spillovers e, finalmente, iv) uma metodologia inovadora para analisar spillovers sem assumir aprioristicamente uma estrutura espacial específica de difusão espacial. Esta metodologia considera a matriz de pesos espaciais (W) desconhecida e estimatima as interações espaciais dentro e entre submercados habitação.

Cooperative communications in multi-rate IEEE 802.11 networks

Esta tese apresenta um estudo sobre alguns dos protocolos de cooperação MAC para redes sem fios utilizando o sistema IEEE 802.11 multi-débito. É proposto um novo modelo de arquitetura para a categorização e análise da cooperação em redes sem fios, tendo este modelo sido aplicado a protocolos cooperativos existentes para camada MAC. É investigado como as características do meio físico, assim como os requisitos de níveis superiores podem ser aplicados ao processo de cooperação, com vista a melhorar as características de funcionamento da rede de comunicações. Para este propósito são exploradas as métricas mais relevantes para o processo de cooperação. São igualmente estudados os limites impostos pelos protocolos da camada MAC e as limitações práticas impostas por protocolos da família de normas que compõem o IEEE 802.11. Neste trabalho foi criada uma métrica multicamada, que permite considerar os requisitos aplicacionais de performance e o tipo de tráfego, assim como a mobilidade dos dispositivos, no funcionamento dos mecanismos de cooperação. Como forma de validação, e para corretamente avaliar o impacto da métrica, um novo protocolo de cooperação foi desenvolvido e implementado. O seu funcionamento é descrito de forma analítica assim como validado através de a um ambiente de simulação. Os resultados obtidos mostram que a utilização de uma métrica multicamada é uma técnica robusta, fornecendo melhorias consistentes no contexto de redes IEEE 802.11. São igualmente demonstradas várias outras características de funcionamento com impacto para as comunicações. Estes dados fornecem uma visão real e encorajadora para a realização de mais pesquisas para a melhoria da performance dos protocolos cooperativos, assim como a sua utilização num variado número de aplicações futuras. No final do documento são apresentados alguns desafios para a continuação da investigação deste tópico.