Optimiranje kaotičnih sljedova radi poboljšanja performanci programski određenoga radijskoga sustava

doctoral thesis

• Title (english): Chaotic sequences optimization for software defined radio performance enhancement
• Author: Leonard Novosel
• Mentor: Gordan Šišul (mentor)
• Committee member: Gordan Šišul (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Communication and Space Technologies); Zagreb
• Defense date and country: 2019, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering; Radio Communications
• Universal decimal classification (UDC): 621.3; APPLIED SCIENCES. MEDICINE. TECHNOLOGY; Electrical engineering

Abstract

Komunikacijski sustavi s tehnikama proširenog spektra (eng. Spread Spectrum) koriste se već nekoliko desetljeća. Pristup fizičkom sloju korištenjem tehnika proširenog spektra omogućuje robusnu i sigurnu komunikaciju. Zbog takvih dobrih karakteristika tehnike proširenog spektra razvijaju se i danas te koriste u radijskim senzorskim mrežama. Kako bi se ostvarile bolje performance u pogledu kapaciteta sustava i učestalosti pogreške bita te povećanja broja uređaja, potrebno je optimirati sljedove za proširenje pojasa. Kaotični nelinearni sustavi generiraju signale koji su vrlo slični bijelom šumu. Kako bi se kaotični signali mogli koristiti u komunikacijskom sustavu s proširenim spektrom moraju se analizirati njihova korelacijska svojstva. Analizom korelacijskih svojstava kaotičnih signala korištenjem Golayevog parametra moguće je generirati optimirane kaotične sljedove za proširenje pojasa. Nadalje, u radijskom komunikacijskom sustavu potrebno je rekonstruirati podatke na prijamu. Razne sinkronizacijske tehnike omogućuju rekonstrukciju nepoznatih parametara poslanog signala. Kako bi se otkrile promjene koje unosi komunikacijski kanal, koriste se referentni simboli. Usporedbom primljenih simbola te referentnih simbola moguće je procijeniti nepoznate parametre signala. Optimirani kaotični sljedovi mogu se koristiti kao referentni sinkronizacijski simboli. Za evaluaciju optimiranih kaotičnih sljedova potrebno je imati arhitekturu kojoj se jednostavno mijenja struktura ili parametri prijenosa. Arhitektura programski određenog radija (SDR eng. Software Defined Radio) omogućuje jednostavnu izmjenu dijelova sustava kao i tehnika prijenosa. Optimirani kaotični sljedovi evaluiraju se u laboratorijskom modelu programski određenog radijskog sustava prema normi za senzorske mreže IEEE 802.15.4. Rezultati evaluacije performanci kaotičnih sljedova uspoređuju se s performancama Gold sljedova definiranih u navedenoj normi. Evaluacija performanci pokazuje da optimirani kaotični sljedovi pokazuju bolje performance kao sljedovi za proširenje pojasa i kao referentni sinkronizacijski sljedovi.

Abstract (english)

Spread spectrum communication systems have been used for several decades. Physical layer access using spread spectrum techniques enables robust and secure communications. Due to such good features, spread spectrum techniques are being developed and are being used in radio sensor networks even today. It is necessary to optimize the spreading sequences in order to achieve a better system capacity and bit error rate as well as increase the number of devices. Chaotic nonlinear systems generate signals that are very similar to white noise. Their correlation properties must be analyzed in order to have good spread spectrum communication performance. By analyzing the correlation properties of chaotic signals, Golay's figure of merit is used to generate optimized chaotic sequences. The radio communication system needs to reconstruct the data at the reception. Various synchronization techniques enable the estimation of unknown parameters of the transmitted signal. Reference symbols are used to detect changes made by a communication channel. By comparing received symbols and reference symbols, it is possible to estimate the unknown signal parameters. Optimized sequences can be used as reference synchronization symbols. To evaluate optimal chaotic sequences, it is necessary to have an architecture that simply changes the structure or system parameters. The software defined radio (SDR) allows an easy modification of system parts as well as physical access techniques. Optimized spreading sequences are evaluated in the laboratory model of the software defined radio system according to the IEEE 802.15.4 sensor network standard. The results of the evaluation of chaotic sequences are compared with the performance of Gold sequences defined in the standard. Evaluation of performance shows that optimized chaotic sequences show better performance as spreading sequences and as reference synchronization symbols.

• Keywords: kaos; prošireni spektar; optimirani kaotični sljedovi; programski određeni radio; radijske senzorske mreže
• Keywords (english): chaos; spread spectrum; optimised chaotic sequences; software defined radio; wireless sensor networks
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:515697
• Study programme: Title: Electrical Engineering and Computing; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: Doktor znanosti elektrotehnike i računarstva (Doktor znanosti elektrotehnike i računarstva)
• Type of resource: Text
• Extent: 113 str. ; 30 cm.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-01-17 09:52:48