ITC/USA 2005 Conference Proceedings / The Forty-First Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 24-27, 2005 / Riviera Hotel & Convention Center, Las Vegas, Nevada / The terminal phase telemetry data acquisition has always been a challenging task especially for long and medium range test launches. The task becomes more complicated if the article under test describes a very low altitude cruise terminal phase trajectory. Generally, for long and medium range missions test fired into sea the terminal phase data is acquired by deploying instrumented ships in the vicinity of impact point but beyond the safety corridor. But for long range missions with low altitude cruise terminal phase trajectory and wide safety corridor this conventional approach will not work out because of limitation of LOS from the ship platforms. Hence, for such applications an air borne telemetry receiving system is also to be added to the down range instrumentation network. This paper describes a typical and cost effective air borne system realized utilizing the Commercial Off The Shelf (COTS) products and technology. This paper also addresses as to how the signal scattering problems are tackled in the design implementation.

The ultra-wideband (UWB) technology has a vast unlicensed frequency spectrum, which can support precise indoor positioning in orders of centimeters. The features of UWB signals can be utilized for variety of applications. In this project first we present an empirical channel models to analyze the localization accuracy of the UWB technology for interactive electronic gaming (Ping-Pong) in Line-of-Sight (LOS) and Obstructed LOS (OLOS) scenarios. Then we introduce a new concept that we refer to as micro-gesture detection to handle the more refined motions of the hand, such as rotation, while one antenna is held by the user using features of UWB signal. We use four specific features of the UWB signals: time of arrival, power of the first peak, total power, and the Root-Mean Square (RMS) of the delay spread, for this purpose. As the hand rotates the position of the antenna in the hand and the external antenna changes from LOS to OLOS. We demonstrate that features of the UWB signals are more useful than the RSS signal of the Wi-Fi to detect this class of micro-gestures. We foresee this micro-gesture detection capabilities become helpful for the people with limited ability or visually impaired for implementation of simplified sign language to communication with electronic devices located away from a person. We compare gesture detection using multiple features of the UWB signal with traditional gesture detection using the received signal strength (RSS) of the Wi-Fi signal.

At present, the current 4G systems provide a universal platform for broadband mobile services; however, mobile traffic is still growing at an unprecedented rate and the need for more sophisticated broadband services is pushing the limits on current standards to provide even tighter integration between wireless technologies and higher speeds. This has led to the need for a new generation of mobile communications: the so-called 5G. Although 5G systems are not expected to penetrate the market until 2020, the evolution towards 5G is widely accepted to be the logical convergence of internet services with existing mobile networking standards leading to the commonly used term “mobile internet” over heterogeneous networks, with several Gbits/s data rate and very high connectivity speeds. Therefore, to support highly increasing traffic capacity and high data rates, the next generation mobile network (5G) should extend the range of frequency spectrum for mobile communication that is yet to be identified by the ITU-R. The mm-wave spectrum is the key enabling feature of the next-generation cellular system, for which the propagation channel models need to be predicted to enhance the design guidance and the practicality of the whole design transceiver system. The present work addresses the main concepts of the propagation channel behaviour using ray tracing software package for simulation and then results were tested and compared against practical analysis in a real-time environment. The characteristics of Indoor-Indoor (LOS and NLOS), and indoor-outdoor (NLOS) propagations channels are intensively investigated at four different frequencies; 5.8 GHz, 26GHz, 28GHz and 60GHz for vertical polarized directional, omnidirectional and isotropic antennas patterns. The computed data achieved from the 3-D Shooting and Bouncing Ray (SBR) Wireless Insite based on the effect of frequency dependent electrical properties of building materials. Ray tracing technique has been utilized to predict multipath propagation characteristics in mm-wave bands at different propagation environments. Finally, the received signal power and delay spread were computed for outdoor-outdoor complex propagation channel model at 26 GHz, 28 GHz and 60GHz frequencies and results were compared to the theoretical models.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και ο προσδιορισμός, θεωρητικός και πειραματικός, του συντελεστή Κ της Rician κατανομής σε ένα κανάλι στα 2.4 GHz. Η κατανομή Rice χρησιμοποιείται για την περιγραφή του πλάτους του λαμβανόμενου σήματος σε ένα κανάλι μετάδοσης με ισχυρή επίδραση οπτικής επαφής (Line-of-Sight) μεταξύ κεραίας πομπού και δέκτη. Ο συντελεστής Κ Rice εκφράζει τον λόγο της συνεισφοράς της ισχύος της απευθείας συνιστώσας του σήματος ως προς την συνολική λαμβανόμενη ισχύ λόγω φαινομένων διάχυσης. Χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό του καναλιού καθώς και τον υπολογισμό του BER (bit-error-ratio) και της πλέον σημαντικής παραμέτρου των τηλεπικοινωνιών SNR (Signal-to-Noise-Ratio), δηλαδή του λόγου σήματος προς θόρυβο. Στο 1ο κεφάλαιο αναλύονται και περιγράφονται μερικές από τις σημαντικότερες τεχνολογίες ασυρμάτων δικτύων, από την πρώτη στιγμή της εμφάνισής τους (δίκτυα 1ης και 2ης γενιάς) έως τα πιο σύγχρονα δίκτυα 3ης και 4ης γενιάς, και παρουσιάζονται οι ζώνες συχνοτήτων που καταλαμβάνουν αυτές οι τεχνολογίες στο διαθέσιμο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Στο 2ο κεφάλαιο μελετώνται οι 3 βασικότεροι μηχανισμοί διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος μέσα σε ένα ασύρματο κανάλι (ανάκλαση, περίθλαση, σκέδαση), περιγράφονται οι τύποι των απωλειών που υφίσταται ένα σήμα κατά την μετάδοση του και τα φαινόμενα των διαλείψεων, που παρατηρούνται πολύ έντονα σε ένα κινητό και μεταβαλλόμενο περιβάλλον διάδοσης. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή του μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης κατά Rice, δηλαδή όταν η απευθείας συνιστώσα του σήματος είναι η ισχυρότερη διαδρομή που ακολουθεί το εκπεμπόμενο σήμα κατά την πορεία του μέχρι τον δέκτη (LoS). Αναλύεται η σημαντικότερη παράμετρος αυτού του τύπου μετάδοσης, δηλαδή ο συντελεστής Κ, και παρουσιάζονται διάφορες μέθοδοι προσδιορισμού του τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραματικών μας μετρήσεων σε διάφορες τοπολογίες μετάδοσης με LoS για ένα δίκτυο Wi-Fi, δηλαδή για συχνότητα λειτουργίας στα 2.4 GHz. Για κάθε τοπολογία, περιγράφεται πλήρως το περιβάλλον μετάδοσης καθώς και ολόκληρη η διαδικασία εκπόνησης των μετρήσεων (μετρητικά όργανα, απαραίτητο λογισμικό, τυχόν προσεγγίσεις κτλ.). Τέλος, στο 5ο και τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια μέθοδος υπολογισμού του συντελεστή Κ μέσω των μετρήσεων και με τη βοήθεια του μοντέλου ελευθέρου χώρου, που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των συνολικών απωλειών διαδρομής του σήματος. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών χρησιμοποιήθηκαν, με την βοήθεια του Matlab, για την κατασκευή της CDF των τιμών του Κ αλλά και της γραφικής παράστασης της μεταβολής του Κ συναρτήσει της απόστασης. Οι εμπειρικές CDF συγκριθήκαν και προσεγγιστήκαν με γνωστές θεωρητικές CDF, και η συνάρτηση της μεταβολής του Κ με την απόσταση προσεγγίστηκε με όρους Goodness of Fit με την βοήθεια της γενικής μορφής γνωστών συναρτήσεων. Κλείνοντας, στην τελευταία παράγραφο της εργασίας αφήνεται περιθώριο και δίνεται τροφή για μελλοντική εργασία πάνω στην μελέτη και τον προσδιορισμό του συντελεστή Κ της Rice τόσο για εσωτερικούς όσο και για εξωτερικούς χώρους. / The main purpose of this thesis, is the analysis and estimation , theoretical and empirical, of the Rician K factor for a wireless channel at 2.4 GHz. The Rician power density function is used to describe the amplitude of the received signal when there is a strong LOS component. The Rician K factor expresses the ratio of the power component due to LOS signal propagation and the received signal power due to diffuse components (reflection, scattering, diffraction etc.). It is commonly used for the channel's characterization and the estimation of BER (bit error rate) and SNR (signal to noise ratio), a very important parameter for telecommunications. In the 1st chapter, some of the most important wireless systems are described, since their very first appearance (1G & 2G networks) until the latest 3rd and 4rth generation systems. We also present the current frequency bands and how they are spread at the given electromagnetic spectrum. In the 2nd chapter, the 3 basic propagation mechanisms (reflection, scattering, diffraction) are studied. In addition, we describe all types of signal attenuation within a wireless channel and the fading phenomena that are so commonly seen in mobile and continuously changing propagation environments. In the 3rd chapter, the Rician model of electromagnetic propagation, where LOS is the strongest path of signal components, is analyzed. The most important parameter of this propagation type, the Rician K factor, is also studied. Therefore, various methods of theoretical and empirical estimation of the K factor are presented. In the 4rth chapter, we include the results of our measurements in various LOS propagation topologies for a Wi-Fi system at 2.4 GHz. For each measurement topology, the propagation environment as well as the entire measurement procedure, are thoroughly described. Lastly, in the 5th and final chapter, a K factor estimation method based on the empirical set of data and the Free Space Model, used for the average path loss calculation, is presented. The results of our measurements via the help of the Matlab software were used in order to plot the CDF of K values as well as the K values versus d (distance) curve. Using curve fitting methods, the empirical CDFs and plots were compared to theoretical ones in terms of Goodness of Fit. In the closing section, possible future research in the aforementioned fields is proposed.