Aleksandr Serkov;Nina Kuchuk;Bogdan Lazurenko;Alla Horiuskina
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.24
no.4
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pp.206-210
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2024
Industrial facilities that use modern IT technologies require the ensured reliability and security of information in automated enterprise management. Concurrently, so as to ensure a high quality of communication, it is necessary to expand the bandwidth of communication channels, which are limited by the physical parameters of the radio frequency spectrum. In order to overcome this contradiction, we propose the application of technology fundamental to ultra-wideband signals, in which the ratio between the bandwidth and its central part is greater than "one". For this reason, the information signal is emitted without a carrier frequency - simultaneously within the entire frequency band - provided that the signal level is lower than the noise level. For the transmission of information content, the method of positional-time coding is used, in which each information bit is encoded by hundreds of ultrashort pulses that arrive within a certain sequence. Mathematical models of signals and values observed in wireless communication systems with autocorrelation reception of modulated ultra-wideband signals are furthermore recommended. These assist in identifying features of the dependence of the error probability on the normalized signal-to-noise ratio and the signal base. Comparative analysis has shown that the best noise immunity of the systems considered in this paper is the communication system, which uses the time separation of the reference and information signals. During the first half of the bit interval, the switch closes the output of the transmitter directly to the generator of the ultra-wideband signal - forming a reference signal. In the middle of the bit interval, the switch alternates the output to one of two possible positions depending on the encoding signal - "zero" or "one", forming the information part of the ultra-wideband signal. It should also be noted that systems with autocorrelation reception and separate transmission of reference and information signals, provide a high level of structural signal secrecy. Furthermore, they provide the reliable transmission of digital information, especially in interference conditions.
This paper proposes a new multiuser scheduling algorithm that can simultaneously support a variety of different quality-of-service (QoS) user groups while satisfying fairness among users in the same QoS group in MIMO broadcast channels. Toward this goal, the proposed algorithm consists of two parts: a QoS-aware fair (QF) scheduling within a QoS group and an antenna trade-off scheme between different QoS groups. The proposed QF scheduling algorithm finds a user set from a certain QoS group which can satisfy the fairness among users in terms of throughput or delay. The antenna trade-off scheme can minimize the QoS violations of a higher priority user group by trading off the number of transmit antennas allocated to different QoS groups. Numerical results demonstrate that the proposed QF scheduling method satisfies different types of fairness among users and can adjust the degree of fairness among them. The antenna trade-off scheme combined with QF scheduling can improve the probability of QoS-guaranteed transmission when supporting different QoS groups.
In this paper, we analyze the algorithm of the methodology developed by ITU for the calculation of spectrum requirements of IMT-Advanced. We propose an approach to estimate user density using traffic statistics, and to estimate spectrum efficiencies using carrier-to-interference ratio distribution and capacity theory as well as experimental data under Korean mobile communication environments. We calculate the IMT-Advanced spectrum requirements based on the user density and spectral efficiencies acquired from the new method. In the case of spectral efficiency using higher modulation and coding schemes, the spectrum requirement of IMT-Advanced is approximately 2700 MHz. When applying a $2{\times}2$ multiple-input multiple-output (MIMO) antenna system, it is approximately 1500 MHz; when applying a $4{\times}4$ MIMO antenna system, it is approximately 1050 MHz. Considering that the development of new technology will increase spectrum efficiency in the future, the spectrum requirement of IMT-Advanced in the Korean mobile communication environment is expected to be approximately 1 GHz bandwidth.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.44
no.9
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pp.1-8
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2007
In this paper, the new beamforming is proposed for an orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) system with multi-input multi-output(MIMO). Through the proposed Pre-FFT beamforming technique for MIMO-OFDM, the multibeams are formed toward each multi-transmitter antenna of the desired user. The proposed beamforming for MIMO-OFDM can reduce cochannel interference and get diversity gain in the multi-user environment. Therefore, the performance of MIMO-OFDM system is very improved. BER performance improvement of the proposed approach is investigated through computer simulation by applying it to MIMO-OFDM system in the multi-user environment.
We present a low-density parity-check (LDPC)-based, threaded layered space-time-frequency system with emphasis on the iterative receiver design. First, the unbiased minimum mean-squared-error iterative-tree-search (U-MMSE-ITS) detector, which is known to be one of the most efficient multi-input multi-output (MIMO) detectors available, is improved by augmentation of the partial-length paths and by the addition of one-bit complement sequences. Compared with the U-MMSE-ITS detector, the improved detector provides better detection performance with lower complexity. Furthermore, the improved detector is robust to arbitrary MIMO channels and to any antenna configurations. Second, based on the structure of the iterative receiver, we present a low-complexity belief-propagation (BP) decoding algorithm for LDPC-codes. This BP decoder not only has low computing complexity but also converges very fast (5 iterations is sufficient). With the efficient receiver employing the improved detector and the low-complexity BP decoder, the proposed system is a promising solution to high-data-rate transmission over selective-fading channels.
In order to achieve fast computational speed with good visual quality of output video, we propose a frequency domain based new fractal video compression scheme. Normalized cross correlation is used to find the structural self similar domain block for the input range block. To increase the searching speed, cross correlation is implemented in the frequency domain using FFT with one computational operation for all the domain blocks instead of individual block wise calculations. The encoding time is further minimized by applying rotation and reflection DFT properties to the IFFT of zero padded range blocks. The energy of overlap small size domain blocks is pre-computed for the entire reference frame and retaining the energies of the overlapped search window portion of previous adjacent block. Quadtree decompositions are obtained by using domain block motion compensated prediction error as a threshold to control the further partitions of the block. It provides a better level of adaption to the scene contents than fixed block size approach. The result shows that, on average, the proposed method can raise the encoding speed by 48.8 % and 90 % higher than NHEXS and CPM/NCIM algorithms respectively. The compression ratio and PSNR of the proposed method is increased by 15.41 and 0.89 dB higher than that of NHEXS on average. For low bit rate videos, the proposed algorithm achieve the high compression ratio above 120 with more than 31 dB PSNR.
A number of sensing techniques have been implemented for detecting defects in civil infrastructures instead of onsite human inspections in structural health monitoring. However, the issue of faults in sensors has not received much attention. This issue may lead to incorrect interpretation of data and false alarms. To overcome these challenges, this article presents a deep learning-based method with a new architecture of Stateful Long Short Term Memory Neural Networks (S-LSTM NN) for detecting sensor fault without going into details of the fault features. As LSTMs are capable of learning data features automatically, and the proposed method works without an accurate mathematical model. The detection of four types of sensor faults are studied in this paper. Non-stationary acceleration responses of a three-span continuous bridge when under operational conditions are studied. A deep network model is applied to the measured bridge data with estimation to detect the sensor fault. Another set of sensor output data is used to supervise the network parameters and backpropagation algorithm to fine tune the parameters to establish a deep self-coding network model. The response residuals between the true value and the predicted value of the deep S-LSTM network was statistically analyzed to determine the fault threshold of sensor. Experimental study with a cable-stayed bridge further indicated that the proposed method is robust in the detection of the sensor fault.
Long-term evolution (LTE) is emerging as a major candidate for 4G cellular networks to satisfy the increasing demands for mobile broadband services, particularly multimedia delivery. Multiple-input multiple-output (MIMO) technology combined with orthogonal frequency division multiple access and more efficient modulation/coding schemes (MCS) are key physical layer technologies in LTE networks. However, in order to fully utilize the benefits of the advances in physical layer technologies, the MIMO configuration and MCS need to be dynamically adjusted to derive the promised gains of 4G at the application level. This paper provides a performance evaluation of video traffic with variations in the physical layer transmission parameters to suit the varying channel conditions. A quantitative analysis is provided using the perceived video quality as a video quality measure (evaluated using no-reference blocking and blurring metrics), as well as transmission delay. Experiments are performed to measure the performance with changes in modulation and code rates in poor and good channel conditions. We discuss how an adaptive scheme can optimize the performance over a varying channel.
We investigate the connectivity of fading wireless ad-hoc networks with a pair of novel connectivity metrics. Our first metric looks at the problem of connectivity relying on the outage capacity of MIMO channels. Our second metric relies on a probabilistic treatment of the symbol error rates for such channels. We relate both capacity and symbol error rates to the characteristics of the underlying communication system such as antenna configuration, modulation, coding, and signal strength measured in terms of signal-to-interference-noise-ratio. For each metric of connectivity, we also provide a simplified treatment in the case of ergodic fading channels. In each case, we assume a pair of nodes are connected if their bi-directional measure of connectivity is better than a given threshold. Our analysis relies on the central limit theorem to approximate the distribution of the combined undesired signal affecting each link of an ad-hoc network as Gaussian. Supported by our simulation results, our analysis shows that (1) a measure of connectivity purely based on signal strength is not capable of accurately capturing the connectivity phenomenon, and (2) employing multiple antenna mobile nodes improves the connectivity of fading ad-hoc networks.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.8A
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pp.768-776
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2010
In this paper, we consider a linear precoding for the effective spectrum sharing in multiple-input multiple-output (MIMO) cognitive radio system where a secondary user coexists with primary users. The secondary user employs the orthogonal space time block coding (OSTBC) at the transmitter. Assuming a flat fading channel and a maximum-likelihood receiver, the optimum precoder forces transmission referred to as eigen-beamforming. In this paper, to eliminate the interference, ZF criterion based eigen-beamforming is not only used but also the precoding weight is chosen to cancel the remaining interference. This weight is computed by vector's likelihood. Simulation results show stronger interference suppression capability, better SER performance, and higher capacity than the algorithm in [4].
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[게시일 2004년 10월 1일]
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