Wireless e-Business Applications - Methods for Forecasting the Demand of Wireless Services and Technologies

Tämä tutkimus oli osa sähköistä liiketoimintaa ja langattomia sovelluksia tutkivaa projektia ja tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ennustamisen rooli päätöksenteko- ja suunnitteluprosessissa ja määrittää parhaiten soveltuvat ja useimmin käytetyt teknologian ennustusmenetelmät. Ennustusmenetelmiä tarkasteltiin erityisesti uuden teknologian ja pitkän aikavälin ennustamisen näkökulmasta. Tutkimus perustui teknologista ennustamista, pitkän aikavälin suunnittelua ja innovaatioprosesseja käsittelevän kirjallisuuden analysointiin. Materiaalin perusteella kuvataan teknologian ennustamista informaation hankkimisvälineenä organisaatioiden suunnitteluprosessin apuna. Työssä arvioidaan myös seuraavat teknologisen ennustamisen menetelmät: trendianalyysi-, Delfoi-, cross-impact analyysi-, morfologinen analyysi- ja skenaario analyysimenetelmä. Työ tuo esille jokaisen ennustusmenetelmä ominaispiirteet, rajoitukset ja sovellusmahdollisuudet. Käyttäen esiteltyjä menetelmiä, saadaan kerättyä hyödyllistä informaatiota tulevaisuuden näkymistä, joita sitten voidaan käyttää hyväksi organisaatioiden suunnitteluprosesseissa.

A probabilistic approach to user mobility prediction for wireless services.

Mobile and wireless networks have long exploited mobility predictions, focused on predicting the future location of given users, to perform more efficient network resource management. In this paper, we present a new approach in which we provide predictions as a probability distribution of the likelihood of moving to a set of future locations. This approach provides wireless services a greater amount of knowledge and enables them to perform more effectively. We present a framework for the evaluation of this new type of predictor, and develop 2 new predictors, HEM and G-Stat. We evaluate our predictors accuracy in predicting future cells for mobile users, using two large geolocation data sets, from MDC [11], [12] and Crawdad [13]. We show that our predictors can successfully predict with as low as an average 2.2% inaccuracy in certain scenarios.

Wireless Technologies in e-Business; Services, Security and Management

Uusien mobiilien laitteiden ja palveluiden kehitys ovat herättäneet yritysten mielenkiinnon soveltaa langattomia sovelluksia omassa liiketoiminnassaan. Erilaisten tekniikoiden myötä myös mahdollisuuksien kirjo on laajentumassa, mikä johtaa erilaisten verkkojen ja laitteiden yhtenäiselle hallinnalle asetettavien vaatimusten kasvuun. Yritysten siirtyessä soveltamaan uusia langattomia palveluita ja sovelluksia on myös huomioon otettavaa sovellusten sekä palveluiden vaatima tietoturva ja sen hallittavuus. Tutkimuksessa esitetään langattoman sähköisen liiketoiminnan määritelmä sekä kyseisien teknologioiden käyttöä edistävät tekijät. Tutkimus luo viitekehyksen yrityksen langattomien teknologioiden käytölle ja siihen olennaisesti vaikuttavista tekijöistä. Viitekehystä on käytetty todelliseen esimerkkiin, liikkuva myyntihenkilö, kyseisten teknologioiden, palveluiden, tietoturvan ja hallittavuuden näkökulmasta. Johtopäätöksinä on arvioitu mobiilien ja langattomien teknologioiden sekä palveluiden, tietoturvan ja hallittavuuden tilaa ja analysoimalla niitä tulevaa ajatellen.

Relay-assisted transmission and radio resource management for wireless networks

The following paper presents an overview of the Ph.D Thesis1 presented in [1], which compiles all the research done during the period of time between 2004-2007. In that dissertation the relay-assisted transmission with half-duplex relays is analyzed from different points of view. This study is motivated by the necessity of finding innovative solutions to cope with the requirements of next generation wireless services, and with current radio technology. The use of relayed communications represents a change of paradigm of conventional communications, and requires the definition and evaluation of protocols to be applied to single or multiple-user relay communication. With the two fold goal of enhancing spectral efficiency and homogenize service in cellular communications, system design is investigated at physical (type of transmissions of the relay, decoding mode, ..) and upper layers (resource allocation, dynamic link control).

Development of a Business Model that Supports Mobile Value-Added Services Market Creation in Emerging Countries

Tutkielman tavoitteena on luoda liiketoimintamalli, joka tukee langattomien matkaviestintäpalveluiden markkinoiden luomista kehittyvillä markkinoilla. Teoreettinen osa tarkastelee langattomien matkaviestintäpalveluiden liiketoimintamallin kehittämisen tärkeimpiä elementtejä CIS maissa. Teoreettisen kappaleen tuloksena saadaan puitteet, jonka avulla liiketoimintamalli matkaviestintäpalveluille voidaan kehittää. Tutkielman empiirinen osa on toteutettu case tutkimuksena, jonka tavoitteena on ollut langattomien matkaviestintäpalvelujen markkinoiden luominen CIS maissa. Pääasiallinen empiirisen tiedon lähde on ollut teemahaastattelut. Tuloksena saatuja empiirisen osan tietoja verrataan teoriakappaleen vastaaviin tuloksiin Tulokset osoittavat, että radikaalin korkean teknologian innovaation markkinoiden luominen on hidas prosessi, joka vaatii kärsivällisyyttä yritykseltä. Markkinoiden, teknologian ja strategian epävarmuustekijät tuovat epävarmuutta kehittyvälle toimialalle ja markkinoille, joka vaikeuttaa liiketoimintamallin kehittämistä. Tärkein tekijä on palvelujen markkinointi ennemmin kuin teknologian. Avain kyvykkyys markkinoiden luomisessa on oppiminen, ei tietäminen.

Multipacket reception in LTE femtocell networks

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Yhteisön langaton palvelualusta

Yhteisön langaton palvelualusta on konsepti langattomien yhteisöllisten verkkopalveluiden tarjoamiseen.Konsepti perustuu langattomaan WLAN-reititinlaitteeseen sekä Linux-käyttöjärjestelmäpohjaiseen laiteohjelmistoon, joiden avulla voidaan tarjota paikallisia, erilaisten pienten yhteisöjen käyttöön tarkoitettuja langattomia verkkopalveluita.Soveltuvia käyttökohteita voivat olla esimerkiksi asuntoyhteisöjen välinen tiedotuskanava tai perheen sisäinen viihdekeskus, jonka kautta voidaan tarjota yhteisön toimintaa helpottavia ja tavoitteita edistäviä palveluita. Yhteisön langattomat palvelut perustuvat vapaisiin ohjelmistoihin, jotka mahdollistavat monipuolisen palveluvalikoiman luomisen. Langattoman palvelualustan avulla pienten yhteisöjen tarvitsemat langattomat palvelut voidaan luoda helposti, edullisesti ja joustavasti, ilman kaupallisten palveluoperaattoreiden asettamia rajoituksia.

Mobile E-commerce business model – A value web based approach to business models in mobile gaming industry

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia langattomien internet palveluiden arvoverkkoa ja liiketoimintamalleja. Tutkimus oli luonteeltaan kvalitatiivinen ja siinä käytettiin strategiana konstruktiivista case-tutkimusta. Esimerkkipalveluna oli Treasure Hunters matkapuhelinpeli. Tutkimus muodostui teoreettisesta ja empiirisestä osasta. Teoriaosassa liitettiin innovaatio, liiketoimintamallit ja arvoverkko käsitteellisesti toisiinsa, sekä luotiin perusta liiketoimintamallien kehittämiselle. Empiirisessä osassa keskityttiin ensin liiketoimintamallien luomiseen kehitettyjen innovaatioiden pohjalta. Lopuksi pyrittiin määrittämään arvoverkko palvelun toteuttamiseksi. Tutkimusmenetelminä käytettiin innovaatiosessiota, haastatteluja ja lomakekyselyä. Tulosten pohjalta muodostettiin useita liiketoimintakonsepteja sekä kuvaus arvoverkon perusmallista langattomille peleille. Loppupäätelmänä todettiin että langattomat palvelut vaativat toteutuakseen useista toimijoista koostuvan arvoverkon.

Spectrum Management and Cognitive Radios

The ever increasing demand for new services from users who want high-quality broadband services while on the move, is straining the efficiency of current spectrum allocation paradigms, leading to an overall feeling of spectrum scarcity. In order to circumvent this problem, two possible solutions are being investigated: (i) implementing new technologies capable of accessing the temporarily/locally unused bands, without interfering with the licensed services, like Cognitive Radios; (ii) release some spectrum bands thanks to new services providing higher spectral efficiency, e.g., DVB-T, and allocate them to new wireless systems. These two approaches are promising, but also pose novel coexistence and interference management challenges to deal with. In particular, the deployment of devices such as Cognitive Radio, characterized by the inherent unplanned, irregular and random locations of the network nodes, require advanced mathematical techniques in order to explicitly model their spatial distribution. In such context, the system performance and optimization are strongly dependent on this spatial configuration. On the other hand, allocating some released spectrum bands to other wireless services poses severe coexistence issues with all the pre-existing services on the same or adjacent spectrum bands. In this thesis, these methodologies for better spectrum usage are investigated. In particular, using Stochastic Geometry theory, a novel mathematical framework is introduced for cognitive networks, providing a closed-form expression for coverage probability and a single-integral form for average downlink rate and Average Symbol Error Probability. Then, focusing on more regulatory aspects, interference challenges between DVB-T and LTE systems are analysed proposing a versatile methodology for their proper coexistence. Moreover, the studies performed inside the CEPT SE43 working group on the amount of spectrum potentially available to Cognitive Radios and an analysis of the Hidden Node problem are provided. Finally, a study on the extension of cognitive technologies to Hybrid Satellite Terrestrial Systems is proposed.

Analysis and design of reconfigurable multimode multiport microstrip antennas for mimo systems and diversity schemes

Las comunicaciones inalámbricas han transformado profundamente la forma en la que la gente se comunica en el día a día y es, sin lugar a dudas, una de las tecnologías de nuestro tiempo que más rápidamente evoluciona. Este rápido crecimiento implica retos enormes en la tecnología subyacente, debido y entre otros motivos, a la gran demanda de capacidad de los nuevos servicios inalámbricos. Los sistemas Multiple Input Multiple Output (MIMO) han despertado mucho interés como medio de mejorar el rendimiento global del sistema, satisfaciendo de este modo y en cierta medida los nuevo requisitos exigidos. De hecho, el papel relevante de esta tecnología en los actuales esfuerzos de estandarización internacionales pone de manifiesto esta utilidad. Los sistemas MIMO sacan provecho de los grados de libertad espaciales, disponibles a través del entorno multitrayecto, para mejorar el rendimiento de la comunicación con una destacable eficiencia espectral. Con el fin de alcanzar esta mejora en el rendimiento, la diversidad espacial y por diagrama han sido empleadas tradicionalmente para reducir la correlación entre los elementos radiantes, ya que una correlación baja es condición necesaria, si bien no suficiente, para dicha mejora. Tomando como referencia, o punto de partida, las técnicas empleadas para obtener diversidad por diagrama, esta tesis doctoral surge de la búsqueda de la obtención de diversidad por diagrama y/o multiplexación espacial a través del comportamiento multimodal de la antena microstrip, proponiendo para ello un modelo cuasi analítico original para el análisis y diseño de antenas microstrip multipuerto, multimodo y reconfigurables. Este novedoso enfoque en este campo, en vez de recurrir a simulaciones de onda completa por medio de herramientas comerciales tal y como se emplea en las publicaciones existentes, reduce significativamente el esfuerzo global de análisis y diseño, en este último caso por medio de guías de diseño generales. Con el fin de lograr el objetivo planteado y después de una revisión de los principales conceptos de los sistemas MIMO que se emplearán más adelante, se fija la atención en encontrar, implementar y verificar la corrección y exactitud de un modelo analítico que sirva de base sobre la cual añadir las mejoras necesarias para obtener las características buscadas del modelo cuasi analítico propuesto. Posteriormente y partiendo del modelo analítico base seleccionado, se exploran en profundidad y en diferentes entornos multitrayecto, las posibilidades en cuanto a rendimiento se refiere de diversidad por diagrama y multiplexación espacial, proporcionadas por el comportamiento multimodal de las antenas parche microstrip sin cargar. Puesto que cada modo de la cavidad tiene su propia frecuencia de resonancia, es necesario encontrar formas de desplazar la frecuencia de resonancia de cada modo empleado para ubicarlas en la misma banda de frecuencia, manteniendo cada modo al mismo tiempo tan independiente como sea posible. Este objetivo puede lograrse cargando adecuadamente la cavidad con cargas reactivas, o alterando la geometría del parche radiante. Por consiguiente, la atención en este punto se fija en el diseño, implementación y verificación de un modelo cuasi analítico para el análisis de antenas parche microstrip multipuerto, multimodo y cargadas que permita llevar a cabo la tarea indicada, el cuál es una de las contribuciones principales de esta tesis doctoral. Finalmente y basándose en el conocimiento adquirido a través del modelo cuasi analítico, se proporcionan y aplican guías generales para el diseño de antenas microstrip multipuerto, multimodo y reconfigurables para sistemas MIMO, con el fin de mejorar su diversidad por diagrama y/o su capacidad por medio del comportamiento multimodal de las antenas parche microstrip. Se debe destacar que el trabajo presentado en esta tesis doctoral ha dado lugar a una publicación en una revista técnica internacional de un alto factor de impacto. De igual manera, el trabajo también ha sido presentado en algunas de las más importantes conferencias internacionales en el ámbito de las antenas ABSTRACT Wireless communications have deeply transformed the way people communicate on daily basis and it is undoubtedly one of the most rapidly evolving technologies of our time. This fast growing behaviour involves huge challenges on the bearing technology, due to and among others reasons, the high demanding capacity of new wireless services. MIMO systems have given rise to considerable interest as a means to enhance the overall system performance, thus satisfying somehow the new demanding requirements. Indeed, the significant role of this technology on current international standardization efforts, highlights this usefulness. MIMO systems make profit from the spatial degrees of freedom available through the multipath scenario to improve the communication performance with a remarkable spectral efficiency. In order to achieve this performance improvement, spatial and pattern diversity have been traditionally used to decrease the correlation between antenna elements, as low correlation is a necessary but not sufficient condition. Taking as a reference, or starting point, the techniques used to achieve pattern diversity, this Philosophiae Doctor (Ph.D.) arises from the pursuit of obtaining pattern diversity and/or spatial multiplexing capabilities through the multimode microstrip behaviour, thus proposing a novel quasi analytical model for the analysis and design of reconfigurable multimode multiport microstrip antennas. This innovative approach on this field, instead of resorting to full-wave simulations through commercial tools as done in the available publications, significantly reduces the overall analysis and design effort, in this last case through comprehensive design guidelines. In order to achieve this goal and after a review of the main concepts of MIMO systems which will be followed used, the spotlight is fixed on finding, implementing and verifying the correctness and accuracy of a base quasi analytical model over which add the necessary enhancements to obtain the sought features of the quasi analytical model proposed. Afterwards and starting from the base quasi analytical model selected, the pattern diversity and spatial multiplexing performance capabilities provided by the multimode behaviour of unloaded microstrip patch antennas under different multipath environments are fully explored. As each cavity mode has its own resonant frequency, it is required to find ways to displace the resonant frequency of each used mode to place them at the same frequency band while keeping each mode as independent as possible. This objective can be accomplished with an appropriate loading of the cavity with reactive loads, or through the alteration of the geometry of the radiation patch. Thus, the focus is set at this point on the design, implementation and verification of a quasi analytical model for the analysis of loaded multimode multiport microstrip patch antennas to carry out the aforementioned task, which is one of the main contributions of this Ph.D. Finally and based on the knowledge acquired through the quasi analytical model, comprehensive guidelines to design reconfigurable multimode MIMO microstrip antennas to improve the spatial multiplexing and/or diversity system performance by means of the multimode microstrip patch antenna behaviour are given and applied. It shall be highlighted that the work presented in this Ph.D. has given rise to a publication in an international technical journal of high impact factor. Moreover, the work has also been presented at some of the most important international conferences in antenna area.

COMPRESSIVE QUANTIZATION FOR SCALABLE CLOUD RADIO ACCESS NETWORKS

With the proliferation of new mobile devices and applications, the demand for ubiquitous wireless services has increased dramatically in recent years. The explosive growth in the wireless traffic requires the wireless networks to be scalable so that they can be efficiently extended to meet the wireless communication demands. In a wireless network, the interference power typically grows with the number of devices without necessary coordination among them. On the other hand, large scale coordination is always difficult due to the low-bandwidth and high-latency interfaces between access points (APs) in traditional wireless networks. To address this challenge, cloud radio access network (C-RAN) has been proposed, where a pool of base band units (BBUs) are connected to the distributed remote radio heads (RRHs) via high bandwidth and low latency links (i.e., the front-haul) and are responsible for all the baseband processing. But the insufficient front-haul link capacity may limit the scale of C-RAN and prevent it from fully utilizing the benefits made possible by the centralized baseband processing. As a result, the front-haul link capacity becomes a bottleneck in the scalability of C-RAN. In this dissertation, we explore the scalable C-RAN in the effort of tackling this challenge. In the first aspect of this dissertation, we investigate the scalability issues in the existing wireless networks and propose a novel time-reversal (TR) based scalable wireless network in which the interference power is naturally mitigated by the focusing effects of TR communications without coordination among APs or terminal devices (TDs). Due to this nice feature, it is shown that the system can be easily extended to serve more TDs. Motivated by the nice properties of TR communications in providing scalable wireless networking solutions, in the second aspect of this dissertation, we apply the TR based communications to the C-RAN and discover the TR tunneling effects which alleviate the traffic load in the front-haul links caused by the increment of TDs. We further design waveforming schemes to optimize the downlink and uplink transmissions in the TR based C-RAN, which are shown to improve the downlink and uplink transmission accuracies. Consequently, the traffic load in the front-haul links is further alleviated by the reducing re-transmissions caused by transmission errors. Moreover, inspired by the TR-based C-RAN, we propose the compressive quantization scheme which applies to the uplink of multi-antenna C-RAN so that more antennas can be utilized with the limited front-haul capacity, which provide rich spatial diversity such that the massive TDs can be served more efficiently.

The Future of Mobile Services and Wireless Applications in the Finnish Healthcare Sector

Työn päätavoitteena oli tutkia mobiilipalveluita ja langattomia sovelluksia Suomen terveydenhuollon sektorilla. Tutkimus havainnollistaa avain-alueita, missä mobiilipalvelut ja langattomat sovellukset voivat antaa lisäarvoa perinteiseen lääketieteen harjoittamiseen, ja selvittää, mitkä ovat tähän kehitykseen liittyvät suurimmat ongelmat ja uhkat sekä tutkimustuloksiin pohjautuvat mahdolliset palvelut ja sovellukset 5-10 vuoden kuluttua. Tutkimus oli luonteeltaan kvalitatiivinen ja tutkimuksen toteuttamiseen valittiin tulevaisuudentutkimus ja erityisesti yksi sen menetelmistä, delfoi-menetelmä. Tutkimuksen aineisto kerättiin kahdelta puolistrukturoidulta haastattelukierrokselta. Työn empiirinen osuus keskittyi kuvailemaan Suomen terveydenhuollon sektoria, siinä meneillään olevia projekteja sekä teknisiä esteitä. Lisäksi pyrittiin vastaamaan tutkimuksen pääkysymykseen. Tutkimustulokset osoittivat, että tärkeät alueet, joihin langaton kommunikaatio tulisi vaikuttamaan merkittävästi, ovat ensiaputoiminta, kroonisten potilaiden etämonitorointi, välineiden kehittäminen langattomaan kommunikaatioon kotihoidon parantamiseksi ja uusien toimintamallien luomiseksi sekä lääketieteellinen yhteistyö jakamalla terveydenhuoltoon liittyvät informaation lähteet. Työn tulosten perusteellavoitiin antaa myös muutamia toimenpide-ehdotuksia jatkotutkimuksia varten.

FLASH-OFDM System Performance Studies for Wireless Broadband Network Operator Services

@450 wireless broadband service is Digita’s mobile wireless broadband network service. In @450 network Digita acts as the network operator offering network capacity to service operators. For Digita it is important to know what kind of services its network is capable of and what are the network’s service parameters. The knowledge of the network parameters and the behaviour can be used in advance in the development of new service products. Before a new service product can be offered to service operators a lot of work has to be done. The basic testing is necessary to get an understanding of the basic functionality. The requirement specification has to be done and a new product has to be created. The new product has to be tested. The test results have to be analysed in order to find out if the new product is suitable for real use and with which limitations. The content of this Thesis is the development of wireless technologies, @450 service and network, FLASH-OFDM technology, FLASH-OFDM performance testing and the development of a new service product.

Wireless privacy and personalized location-based services: the challenge of translating the legal framework into business practices

L'avancement des communications sans-fil permet l'obtention de nouveaux services bases sur l'habileté des fournisseurs de services sans-fil à déterminer avec précision, et avec l'utilisation de technologies de pistage, la localisation et position géographiquement d'appareils sans-fil Cette habileté permet d'offrir aux utilisateurs de sans-fil de nouveaux services bases sur la localisation et la position géographique de leur appareil. Le développement des services basés sur la localisation des utilisateurs de sans-fil soulevé certains problèmes relatifs à la protection de la vie privée qui doivent être considérés. En effet, l'appareil sans-fil qui suit et enregistre les mouvements de I 'utilisateur permet un système qui enregistre et entrepose tous les mouvements et activités d'un tel utilisateur ou encore qui permet l'envoi de messages non anticipes à ce dernier. Pour ce motif et afin de protéger la vie privée des utilisateurs de sans-fil, une compagnie désirant développer ou déployer une technologie permettant d'offrir ce genre de services personnalisés devra analyser l'encadrement légal touchant la protection des données personnelles--lequel est dans certains cas vague et non approprié à ce nouveau contexte--ainsi que la position de l'industrie dans ce domaine, et ce, afin d'être en mesure de traduire cet encadrement en pratiques commerciales. Cette analyse permettra d'éclairer le fournisseur de ces services sur la façon d'établir son modèle d'affaires et sur le type de technologie à développer afin d'être en mesure de remédier aux nouveaux problèmes touchant la vie privée tout en offrant ces nouveaux services aux utilisateurs de sans-fil.

Intelligent wireless web services: context-aware computing in construction-logistics supply chain

The construction industry has incurred a considerable amount of waste as a result of poor logistics supply chain network management. Therefore, managing logistics in the construction industry is critical. An effective logistic system ensures delivery of the right products and services to the right players at the right time while minimising costs and rewarding all sectors based on value added to the supply chain. This paper reports on an on-going research study on the concept of context-aware services delivery in the construction project supply chain logistics. As part of the emerging wireless technologies, an Intelligent Wireless Web (IWW) using context-aware computing capability represents the next generation ICT application to construction-logistics management. This intelligent system has the potential of serving and improving the construction logistics through access to context-specific data, information and services. Existing mobile communication deployments in the construction industry rely on static modes of information delivery and do not take into account the worker’s changing context and dynamic project conditions. The major problems in these applications are lack of context-specificity in the distribution of information, services and other project resources, and lack of cohesion with the existing desktop based ICT infrastructure. The research works focus on identifying the context dimension such as user context, environmental context and project context, selection of technologies to capture context-parameters such wireless sensors and RFID, selection of supporting technologies such as wireless communication, Semantic Web, Web Services, agents, etc. The process of integration of Context-Aware Computing and Web-Services to facilitate the creation of intelligent collaboration environment for managing construction logistics will take into account all the necessary critical parameters such as storage, transportation, distribution, assembly, etc. within off and on-site project.