The Architecture of a Fourth Generation Mobile Network

Neljännen sukupolven mobiiliverkot yhdistävät saumattomasti televerkot, Internetin ja niiden palvelut. Alkuperin Internetiä käytettiin vain paikallaan pysyviltä tietokoneilta perinteisten televerkkojen tarjotessa puhelin- ja datapalveluita. Neljännen sukupolven mobiiliverkkojen käyttäjät voivat käyttää sekä Internetiin perustuvia että perinteisten televerkkojen palveluita liikkuessaankin. Tämä diplomityö esittelee neljännen sukupolven mobiiliverkon yleisen arkkitehtuurin. Arkkitehtuurin perusosat kuvaillaan ja arkkitehtuuria verrataan toisen ja kolmannen sukupolven mobiiliverkkoihin. Aiheeseen liittyvät Internet-standardit esitellään ja niiden soveltuvuutta mobiiliverkkoihin pohditaan. Langattomia, lyhyen kantaman nopeita liitäntäverkkotekniikoita esitellään. Neljännen sukupolven mobiiliverkoissa tarvittavia päätelaitteiden ja käyttäjien liikkuvuuden hallintamenetelmiä esitellään. Esitelty arkkitehtuuri perustuu langattomiin, lyhyen kantaman nopeisiin liitäntäverkkotekniikoihin ja Internet-standardeihin. Arkkitehtuuri mahdollistaa yhteydet toisiin käyttäjiin ilman tietoa heidän senhetkisestä päätelaitteesta tai sijainnista. Internetin palveluitavoidaan käyttää missä tahansa neljännen sukupolven mobiiliverkon alueella. Yleiskäytöistä liikkuvuuden hallintamenetelmää yhden verkon alueelle ehdotetaan. Menetelmää voidaan käyttää yhdessä esitellyn arkkitehtuurin kanssa.

Wireless Authentication and Authorization, case Wireless Access Control System

Lyhyen kantaman radiotekniikoiden hyödyntäminen mahdollistaa uudenlaisten paikallisten palveluiden käytön ja vanhojen palveluiden kehittämisen. Kulunvalvonta on päivittäisenä palveluna valittu työn esimerkkisovellukseksi. Useita tunnistus- ja valtuutustapoja tutkitaan, ja julkisen avaimen infrastruktuuri on esitellään tarkemmin. Langattomat tekniikat Bluetooth, Zigbee, RFID ja IrDA esitellän yleisellä tasolla langattomat tekniikat –luvussa. Bluetooth-tekniikan rakennetta, mukaan lukien sen tietoturva-arkkitehtuuria, tutkitaan tarkemmin. Bluetooth-tekniikkaa käytetään työssä suunnitellun langattoman kulunvalvontajärjestelmän tietojen siirtoon. Kannettava päätelaite toimii käyttäjän henkilökohtaisena luotettuna laitteena, jota voi käyttää avaimena. Käyttäjän tunnistaminen ja valtuuttaminen perustuu julkisen avaimen infrastruktuuriin. Ylläpidon allekirjoittamat varmenteet sisältävät käyttäjän julkisen avaimen lisäksi tietoa hänestä ja hänen oikeuksistaan. Käyttäjän tunnistaminen kulunvalvontapisteissä tehdään julkisen ja salaisen avaimen käyttöön perustuvalla haaste-vastaus-menetelmällä. Lyhyesti, järjestelmässä käytetään Bluetooth-päätelaitteita langattomina avaimina.

Langattoman tiedonsiirron käyttö juoma-astioiden palautusautomaatissa

Työssä selvitetään radiotaajuustunnistamisen (RFID) toimintaperiaatteita ja radiotaajuustunnisteen käyttömahdollisuuksia juoma-astioiden palautusautomaatissa ja sen ympäristössä. Samoin työssä selvitetään Bluetooth:in, lyhyen kantaman radioteknologian, toimintaperiaatetta ja sen käyttömahdollisuuksia juoma-astioiden palautusautomaatissa ja sen ympäristössä. Radiotaajuustunnisteen käytöstä juoma-astioiden palautusautomaatissa käsitellään astioiden tunnistamista RFID-tunnisteen avulla ja RFID-tunnisteen käyttämistä paperisen kuitin korvaajana. Bluetooth-teknologian käytössä juoma-astioiden palautusautomaatin ympäristössä käsitellään nykyisten langallisten yhteyksien korvaamista Bluetooth-yhteydellä ja uusia käyttömahdollisuuksia.

Bluetooth wireless technology based guidance system

Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat tarjoavat mahdollisuuden toteuttaa erilaisia paikkasidonnaisia palveluita käyttäjille kohtuullisilla kustannuksilla. Opastejärjestelmä, joka ohjaa käyttäjän paikasta toiseen, on yksi tälläinen palvelu. Tässä työssä esitetään langattomaan Bluetooth teknologiaan perustuva opastejärjestelmä. Muita langattomia teknologioita verrataan Bluetoothiin opastejärjestelmän toteuttamisen kannalta. Erilaisia järjestelmän arkkitehtuuri vaihtoehtoja käyttäjän paikantamiseen esitellään. Paikkatietoja hyödynnetään opasteviestin muodostamisessa. Tapoja muodostaa käyttäjän reitti kahden paikan välillä toimistorakennuksessa esitetään. Työn tulos on halpa langatonta Bluetooth teknologiaa hyödyntävä opastejärjestelmä, jota voidaan käyttää myös muiden langattomien paikkasidonnaisten palveluiden tuottamiseen.

JAVA APIS FOR BLUETOOTH WIRELESS TECHNOLOGY

Bluetooth™ Teknologia - Bluetooth Wireless Technology - on lyhyen kantaman langaton kommunikointiteknologia. Vaikka se onkin ensisijaisesti suunniteltu kaapelin korvaajaksi laitteiden omaan toimintaan liittyvässä liikenteessä, voidaan sitä myös käyttää alustana monen käyttäjien peleissä ja muissa vastaavissa sovelluksissa. Tassa diplomityössä esitellään Bluetooth teknologia sovellusohjelmoijan näkökulmasta. Työssä esitellään teollisuuskonsortion määrittelemä Java-ohjelmointirajapinta Bluetooth teknologiaan. Tämän rajapinnan avulla voidaan kehittää kannettavia sovelluksia jotka kommunikoivat Bluetooth yhteyden yli. Rajapinta pohjautuu "Java™ 2 Microedition" alustaan ja on siten toteutettavissa myös pienissä laitteissa kuten matkapuhelimissa. Työssä esitellään lyhyesti rajapinnan keskeiset osat sekä annetaan esimerkki rajapinnan käytöstä. Työn konstruktiivisessa osassa rajapinnan keskeiset on toteutettu kahdelle eri alustalle: Sambian™ ja Microsoft® Windows® käyttöjärjestelmille. Talla tavalla on saatu arvokasta tietoa siitä, miten kyseinen rajapinta tulisi toteuttaa ja myös siitä miten sovellukset sitä käyttäisivät. Keskeiset suunnitteluratkaisut ja saadut kokemukset on raportoitu työn kirjallisessa osassa. Vaikka työn konstruktiivinen osuus onkin luonteeltaan esitutkimus eikä tähdännyt tuotteeseen, on tuloksena syntynyttä rajapintaa tarkoitus käyttää useassa Nokian sisäisessä tutkimus-ja kehityshankkeessa.

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.

Kaupallisten lyhyen kantaman radiotekniikoiden kartoitus ja soveltuvuus analyysi metallisorvin ohjauksessa käytettävään point-to-point yhteyteen

Työssä tutkitaan kaupallisten lyhyen kantaman radiotekniikoiden ominaisuuksia sekä soveltuvuutta metallisorvin langattomaan ohjaukseen. Ominaisuuksien perusteella valitaan parhaiten sovellukseen käyvä radiotekniikka.

Kaupallisten lyhyen kantaman radiotekniikoiden kartoitus ja soveltuvuus analyysi metallisorvin ohjauksessa käytettävään point-to-point yhteyteen

Työssä vertaillaan kaupallisia lyhyen kantaman radiotekniikoita. Vertailujen pohjalta valitaan parhaiten sovelluskohteeseen soveltuva radiotekniikka.

Utilizing Near Field Communication in Health Care

In this master’s thesis, possibilities to utilize Near Field Communication (NFC) technology in health care applications are examined. NFC is a short-range wireless communication technology that enables the exchange of data between devices. Main components in NFC are tag, which contains data, a NFC reader device, which can be for instance embedded to mobile phone and also act as a tag, and an antennae in both tag and reader. In this work NFC technology is discussed and its utilization in health care information systems that are in use or in trial. Utilization of information technology in health care field is examined superficially. In this thesis, a system utilizing NFC is designed and its requirements and architecture presented. NFC is used in identification of care worker. When care worker arrives at the house of a patient, she brings the NFC-enabled mobile phone near NFC tag. This sends information to the application server. This information contains the time of arrival and patient and location identifier. When care worker leaves the place, she repeats the procedure. Information gathered can be used in reporting and real time tracking.

Magnetic Resonance Experiments with Atomic Hydrogen

In this thesis three experiments with atomic hydrogen (H) at low temperatures T<1 K are presented. Experiments were carried out with two- (2D) and three-dimensional (3D) H gas, and with H atoms trapped in solid H2 matrix. The main focus of this work is on interatomic interactions, which have certain specific features in these three systems considered. A common feature is the very high density of atomic hydrogen, the systems are close to quantum degeneracy. Short range interactions in collisions between atoms are important in gaseous H. The system of H in H₂ differ dramatically because atoms remain fixed in the H₂ lattice and properties are governed by long-range interactions with the solid matrix and with H atoms. The main tools in our studies were the methods of magnetic resonance, with electron spin resonance (ESR) at 128 GHz being used as the principal detection method. For the first time in experiments with H in high magnetic fields and at low temperatures we combined ESR and NMR to perform electron-nuclear double resonance (ENDOR) as well as coherent two-photon spectroscopy. This allowed to distinguish between different types of interactions in the magnetic resonance spectra. Experiments with 2D H gas utilized the thermal compression method in homogeneous magnetic field, developed in our laboratory. In this work methods were developed for direct studies of 3D H at high density, and for creating high density samples of H in H₂. We measured magnetic resonance line shifts due to collisions in the 2D and 3D H gases. First we observed that the cold collision shift in 2D H gas composed of atoms in a single hyperfine state is much smaller than predicted by the mean-field theory. This motivated us to carry out similar experiments with 3D H. In 3D H the cold collision shift was found to be an order of magnitude smaller for atoms in a single hyperfine state than that for a mixture of atoms in two different hyperfine states. The collisional shifts were found to be in fair agreement with the theory, which takes into account symmetrization of the wave functions of the colliding atoms. The origin of the small shift in the 2D H composed of single hyperfine state atoms is not yet understood. The measurement of the shift in 3D H provides experimental determination for the difference of the scattering lengths of ground state atoms. The experiment with H atoms captured in H2 matrix at temperatures below 1 K originated from our work with H gas. We found out that samples of H in H2 were formed during recombination of gas phase H, enabling sample preparation at temperatures below 0.5 K. Alternatively, we created the samples by electron impact dissociation of H₂ molecules in situ in the solid. By the latter method we reached highest densities of H atoms reported so far, 3.5(5)x10¹⁹ cm^-3. The H atoms were found to be stable for weeks at temperatures below 0.5 K. The observation of dipolar interaction effects provides a verification for the density measurement. Our results point to two different sites for H atoms in H2 lattice. The steady-state nuclear polarizations of the atoms were found to be non-thermal. The possibility for further increase of the impurity H density is considered. At higher densities and lower temperatures it might be possible to observe phenomena related to quantum degeneracy in solid.

ZigBee-verkot ja evaluointilaitteen suunnittelu

In this thesis a closer look at ZigBee wireless network protocol was made and a ZigBee evaluation device was designed and built for testing it. ZigBee is a digital wireless network technology published in 2004, which was developed for wireless control and automation systems. It is based on the IEEE 802.15.4-2003 standard, and its aim was to create a reliable wireless networking protocol with secure data transmissions, low power consumption and low manufacturing costs. The low power consumption requirement has also led to a slow data rate and a short range, but in a ZigBee network individual network devices can route messages to each other, so short range is not a problem. In automation and control systems a fast data rate is not usually an important requirement either. ZigBee network can form automatically and one ZigBee network can theoretically include thousands of devices, all of which can communicate with each other. ZigBee network is also self-healing, so an individual device dropping out of the network, like breaking down, does not affect functionality of the network. Evaluation device was designed and implemented in four different versions, which were tested with six different antenna designs. All antennas were tested at a range of 100 meters in an open terrain using two different frequencies and transmission powers. Also a range test was performed for selected antennas using transmission power of 4,5 dBm, which was maximum power of the ZigBee chip used in the evaluation device. Range test resulted in a measured range of several hundred meters, which can be considered as a good result for a short-range technology.

Environnement local des défauts structurels et ordre à moyenne portée dans le silicium amorphe

Malgré une vaste littérature concernant les propriétés structurelles, électroniques et ther- modynamiques du silicium amorphe (a-Si), la structure microscopique de ce semi-cond- ucteur covalent échappe jusqu’à ce jour à une description exacte. Plusieurs questions demeurent en suspens, concernant par exemple la façon dont le désordre est distribué à travers la matrice amorphe : uniformément ou au sein de petites régions hautement déformées ? D’autre part, comment ce matériau relaxe-t-il : par des changements homo- gènes augmentant l’ordre à moyenne portée, par l’annihilation de défauts ponctuels ou par une combinaison de ces phénomènes ? Le premier article présenté dans ce mémoire propose une caractérisation des défauts de coordination, en terme de leur arrangement spatial et de leurs énergies de formation. De plus, les corrélations spatiales entre les défauts structurels sont examinées en se ba- sant sur un paramètre qui quantifie la probabilité que deux sites défectueux partagent un lien. Les géométries typiques associées aux atomes sous et sur-coordonnés sont extraites du modèle et décrites en utilisant les distributions partielles d’angles tétraédriques. L’in- fluence de la relaxation induite par le recuit sur les défauts structurels est également analysée. Le second article porte un regard sur la relation entre l’ordre à moyenne portée et la relaxation thermique. De récentes mesures expérimentales montrent que le silicium amorphe préparé par bombardement ionique, lorsque soumis à un recuit, subit des chan- gements structuraux qui laissent une signature dans la fonction de distribution radiale, et cela jusqu’à des distances correspondant à la troisième couche de voisins.[1, 2] Il n’est pas clair si ces changements sont une répercussion d’une augmentation de l’ordre à courte portée, ou s’ils sont réellement la manifestation d’un ordonnement parmi les angles dièdres, et cette section s’appuie sur des simulations numériques d’implantation ionique et de recuit, afin de répondre à cette question. D’autre part, les corrélations entre les angles tétraédriques et dièdres sont analysées à partir du modèle de a-Si.

Investigations on broadband planar monopole and slot radiators and their suitability for UWB applications

In recent years, there is a visible trend for products/services which demand seamless integration of cellular networks, WLANs and WPANs. This is a strong indication for the inclusion of high speed short range wireless technology in future applications. In this context UWB radio has a significant role to play as an extension/complement to existing cellular/access technology. In the present work, we have investigated two major types of wide band planar antennas: Monopole and Slot. Four novel compact broadband antennas, suitable for poratble applications, are designed and characterized, namely 1. Elliptical monopole 2. Inverted cone monopole 3. Koch fractal slot 4. Wide band slot The performance of these designs have been studied using standard simulation tools used in industry/academia and they have been experimentally verified. Antenna design guidelines are also deduced by accounting the resonances in each structure. In addition to having compact sized, high efficiency and broad bandwidth antennas, one of the major criterion in the design of impulse-UWB systems have been the transmission of narrow band pulses with minimum distortion. The key challenge is not only to design a broad band antenna with constant and stable gain but to maintain a flat group delay or linear phase response in the frequency domain or excellent transient response in time domain. One of the major contributions of the thesis lies in the analysis of the frequency and time-domain response of the designed UWB antennas to confirm their suitability for portable pulsed-UWB systems. Techniques to avoid narrowband interference by engraving narrow slot resonators on the antenna is also proposed and their effect on a nano-second pulse have been investigated.

Studies on Pseudoscalar Meson Bound States and Semileptonic Decays in a Relativistic Potential Model

In this thesis quark-antiquark bound states are considered using a relativistic two-body equation for Dirac particles. The mass spectrum of mesons includes bound states involving two heavy quarks or one heavy and one light quark. In order to analyse these states within a unified formalism, it is desirable to have a two-fermion equation that limits to one body Dirac equation with a static interaction for the light quark when the other particle's mass tends to infinity. A suitable two-body equation has been developed by Mandelzweig and Wallace. This equation is solved in momentum space and is used to describe the complete spectrum of mesons. The potential used in this work contains a short range one-gluon exchange interaction and a long range linear confining and constant potential terms. This model is used to investigate the decay processes of heavy mesons. Semileptonic decays are more tractable since there is no final state interactions between the leptons and hadrons that would otherwise complicate the situation. Studies on B and D meson decays are helpful to understand the nonperturbative strong interactions of heavy mesons, which in turn is useful to extract the details of weak interaction process. Calculation of form factors of these semileptonic decays of pseudo scalar mesons are also presented.

Tropical Mesoscale Convective Systems and Associated Energetics : Observational and Modeling Studies

The main purpose of the thesis is to improve the state of knowledge and understanding of the physical structure of the TMCS and its short range prediction. The present study principally addresses the fine structure, dynamics and microphysics of severe convective storms.The structure and dynamics of the Tropical cloud clusters over Indian region is not well understood. The observational cases discussed in the thesis are limited to the temperature and humidity observations. We propose a mesoscale observational network along with all the available Doppler radars and other conventional and non—conventional observations. Simultaneous observations with DWR, VHF and UHF radars of the same cloud system will provide new insight into the dynamics and microphysics of the clouds. More cases have to be studied in detail to obtain climatology of the storm type passing over tropical Indian region. These observational data sets provide wide variety of information to be assimilated to the mesoscale data assimilation system and can be used to force CSRM.The gravity wave generation and stratosphere troposphere exchange (STE) processes associated with convection gained a great deal of attention to modem science and meteorologist. Round the clock observations using VHF and UHF radars along with supplementary data sets like DWR, satellite, GPS/Radiosondes, meteorological rockets and aircrafl observations is needed to explore the role of convection and associated energetics in detail.