No description available.

The thesis describes techniques of detection, coding and estimation, for use in high speed serial modems operating over fading channels such as HF radio and land mobile radio links. The performance of the various systems that employ the above techniques are obtained via computer simulation tests. A review of the characteristics of HF radio channels is first presented, leading to the development of an appropriate channel model which imposes Rayleigh fading on the transmitted signal. Detection processes for a 4.8 kbit/s HF radio modem are then discussed, the emphasis, here, being on variants of the maximum likelihood detector that is implemented by the Viterbi algorithm. The performance of these detectors are compared with that of a nonlinear equalizer operating under the same conditions, and the detector which offers the best compromise between performance and complexity is chosen for further tests. Forward error correction, in the form of trellis coded modulation, is next introduced. An appropriate 8-PSK coded modulation scheme is discussed, and its operation over the above mentioned HF radio modem is evaluated. Performance comparisons are made of the coded and uncoded systems. Channel estimation techniques for fast fading channels akin to cellular land mobile radio links, are next discussed. A suitable model for a fast fading channel is developed, and some novel estimators are tested over this channel. Computer simulation tests are also used to study the feasibility of the simultaneous transmission of two 4-level QAM signals occupying the same frequency band, when each of these signals are transmitted at 24 kbit/s over two independently fading channels, to a single receiver. A novel combined detector/estimator is developed for this purpose. Finally, the performance of the complete 4.8 kbit/s HF radio modem is obtained, when all the functions of detection, estimation and prefiltering are present, where the prefilter and associated processor use a recently developed technique for the adjustment of its tap gains and for the estimation of the minimum phase sampled impulse response.

Land mobile radio (LMR) systems are used for communication by public safety and other government and commercial organizations. LMR systems offer mission-critical or even life-critical service in the day-to-day activities of such organizations. Traditionally, a variety of different LMR systems have been deployed by different organizations, leading to a lack of radio interoperability. A voice application that connects LMR systems via a packet-switched network is called an LMR Voice over IP (LMRVoIP) system and is a potential solution to the interoperability problem. LMRVoIP systems are time critical, i.e., are delay and jitter sensitive. Transmission of LMRVoIP traffic in a congested packet-switched network with no quality of service (QoS) or priority mechanisms in place could lead to high delays and extreme variations in delay, i.e., high jitter, thus resulting in poor application performance. LMRVoIP systems may also have performance issues with the use of virtual private networks (VPNs). To the best of our knowledge, there has been no prior thorough investigation of the performance of an LMRVoIP system with different queuing schemes for QoS and with the use of VPN. In this thesis, we investigate the performance of an LMRVoIP system with different queuing schemes and with the use of VPN. An experimental test bed was created to evaluate four QoS queuing schemes: first-in first-out queuing (FIFO), priority queuing (PQ), weighted fair queuing (WFQ), and class-based weighted fair queuing (CBWFQ). Quantitative results were obtained for voice application throughput, delay, jitter, and signaling overhead. Results show that, compared to a baseline case with no background traffic, LMRVoIP traffic suffers when carried over links with heavy contention from other traffic sources when FIFO queuing is used. There is significant packet loss for voice and control traffic and jitter increases. FIFO queuing provides no QoS and, therefore, should not be used for critical applications where the network may be congested. The situation can be greatly improved by using one of the other queuing schemes, PQ, WFQ, or CBWFQ, which perform almost equally well with one voice flow. Although PQ has the best overall performance, it tends to starve the background traffic. CBWFQ was found to have some performance benefits over WFQ in most cases and, thus, is a good candidate for deployment. The LMRVoIP application was also tested using a VPN, which led to a modest increase in latency and bandwidth utilization, but was found to perform well. / Master of Science

Modern Land Mobile Radio has the potential for large growth in the near future. Current regulations have set the stage for a required transition to more spectrally efficient technologies. While several organizations are working to ease this transition, there still remain many details and feature sets which the end user must decide amongst and often there is no clear dividing line between these choices. This thesis provides a high-level view of the distinguishing components in modern LMR systems. Discussions related to trunked channel allocation, coverage, costs, security, and other capabilities are given. The application to and effect on everyday users is also considered. Several quantitative examples are provided to assist the end-user in determining when a solution is viable. The discussion and analysis included reaffirm that LMR design is complex and wide-ranging. Ultimately, the designer must evaluate needs and technologies to provide a course of action which is optimum and justifiable. / Master of Science

The goal of software-defined radio (SDR) is to move the processing of radio signals from the analog domain to the digital domain — to use digital microchips instead of analog circuit components. Until faster, higher-precision analog-to-digital (ADCs) and digital-to-analog converters (DACs) become affordable, however, some analog signal processing will be necessary. We still need to convert high-radio frequency (RF) signals that we receive to low intermediate-frequency (IF) or baseband (centered on zero Hz) signals in order for ADCs to sample them and feed them into microchips for processing. The reverse is true when we transmit. Amplification is also needed on the receive side to fully utilize the dynamic range of the ADC and power amplification is needed on the transmit side to increase the power output from the DAC for transmission. Analog filtering is also needed to avoid saturating the ADC or to filter out interference when receiving and to avoid transmitting spurs. The analog frequency conversion, amplification and filtering section of a radio is called the RF front end. This thesis describes work on a new RF front end daughterboard for the Universal Software Radio Peripheral, or USRP. The USRP is a software-radio hardware platform designed to be used with the GNU Radio software radio software package. Using the Motorola RFIC4 chip, the new daughterboard receives RF signals, converts them to baseband and does analog filtering and amplification before feeding the signal into the USRP for processing. The chip also takes transmit signals from the USRP, converts them from baseband to RF and amplifies and filters them. The board was designed and laid out by Randall Nealy. I wrote the software driver for GNU Radio. The driver defines the interface between the USRP and the RFIC chip, controls the physical settings, and calculates and sets the hundreds of variables necessary to operate this extremely complex chip correctly. It allows plug-and-play compatibility with the current USRP daughterboards and supplies additional functions not available in any other daughterboard. / Master of Science

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.