Khajenasiri, Iman;Zhu, Peng;Verhelst, Marian;Gielen, Georges
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.4
no.5
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pp.354-365
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2015
This work presents an Internet of Things (IoT) system for home energy management based on a custom-designed Impulse Radio Ultra-Wideband (IR-UWB) transceiver that targets a generic and multi-standard control system. This control system enables the interoperability of heterogeneous devices: it integrates various sensor nodes based on ZigBee, EnOcean and UWB in the same middleware by utilizing an ad-hoc layer as an interface between the hardware and software. The paper presents as a first the design of the IR-UWB transceiver for a portable sensor node integrated with the middleware layer, and also describes the receiver connected to the control system. The custom-designed low-power transmitter on the sensor node is fabricated with 130 nm CMOS technology. It generates a signal with a 1.1 ns pulse width while consuming $39{\mu}W$ at 1 Mbps. The UWB sensor node with a temperature measurement capability consumes 5.31 mW, which is lower than the power level of state-of-the-art solutions for smart-home applications. The UWB hardware and software layers necessary to interface with the control system are verified in over-the-air measurements in an actual office environment. With the implementation of the presented sensor node and its integration in the energy management system, we demonstrate achievement of the broad flexibility demanded for IoT.
This paper analyzes the accuracy of free space path loss and matched filter gain approximated by using a passband rectangular pulse for ultra wideband (UWB) radio systems. The example causal signal, a modulated Gaussian pulse with the same center frequency and frequency bandwidth of the passband rectangular pulse, is used to consider the accuracy. The path loss and matched filter gain of the modulated Gaussian pulse are simulated for the reference results. The UWB free space path loss is shown and is compared with that obtained from simulation and Friis' transmission formula. The UWB matched filter gain is shown and compared with simulation results. From the results, we can see that the UWB path loss formula is more accurate than the Friis' transmission formula. The results from the UWB free space path loss and matched filter gain formulas agree with the simulation. Then, these free space path loss and matched filter gain formulas approximated by using a passband rectangular pulse are appropriate for UWB system.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.47
no.7
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pp.18-22
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2010
In this paper, we propose and analyze the two way ranging (TWR) positioning technique using ultra wideband (UWB) for indoor environment. We employed IEEE 802.15.3a channel as a simulation environment and used to time of arrival (TOA) algorithm. UWB technology in a low transmission power the less the effect of interfering with the existing system, the frequency can be shared so that it can improve the spectral efficiency. And, positioning technique based on UWB with a very narrow pulse width has high accuracy in indoor environment. From the simulation results, it is analyzed the probability of error and positioning performance for channel effects and confirmed usefulness of the proposed scheme.
We propose a switched beam-forming antenna that satisfies not only ultra-wideband characteristics but also beam-forming in the WLAN frequency band using an ultra-wideband antenna and passive parasitic elements applying a broadband optimal reactance load algorithm. We design a power and phase estimation function and an error correction function by re-analyzing and normalizing all the components of the parasitic array using control system engineering. The proposed antenna is compared with an antenna with a pin diode and reactance load value, respectively. The pin diode is located between the passive parasitic elements and ground plane. An antenna beam can be formed in eight directions according to the pin diode ON (reflector)/OFF (director) state. The antenna with a reactance load value achieves a better VSWR and gain than the antenna with a pin diode. We confirm that a beam is formed in eight directions owing to the RF switch operation, and the measured peak gain is 7 dBi at 2.45 GHz and 10 dBi at 5.8 GHz.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.13
no.9
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pp.858-864
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2002
In this paper, Analyzed Performance of TH/UWB(Time Hopping/Ultra Wideband after Impulse Radio) system in interference environment by existing system that use same frequency band. In case interference fraction ratio is below 0.1, consider and analyzed in case influence through interference in IR system that is shared in 3.1 - 10.6 GHz band hereafter as case that use very small and narrow band than IR system such as 80 MHz bandwidth of ISM band or 802.1la's use bandwidth 20 MHz in 5 GHz band. According to result, we could know that Performance change according to possession band width of interference shows greatly than size of interference electric power. Also, interference fraction ratio is big (more than 0.1) narrowband interference in partial band interference environment, could get Performance improvement of big width increasing pulse repetition number. But, could know that do not influence hardly in system performance when interference fraction ratio is small (below 0.1) narrowband interference. Therefore, may receive the best system performance and transfer efficiency by set the most suitable pulse repetition number according to bandwidth fraction ratio of interference through correct interference fraction ratio estimation and apply proper interference suppression techniques.
Mohammed, Abdel-Hafez;Alagoz, Fatih;Hamalainen, Matti
Journal of Communications and Networks
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v.5
no.4
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pp.365-373
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2003
This paper investigates the performance of M-ary pulse position modulation (PPM) multiuser ultra-wideband (UWB) communication systems in terms of symbol error rate (SER) over fading and additive white Gaussian noise (AWGN) channel. Based on Gaussian approximation for the multiple access interference, an expression for the signal-to-noise ratio (SNR) is derived for the UWB system. This expression is used to derive exact SER expressions for coherent UWB receivers. The effect of pulse selection on the SER of multiuser UWB system is studied. In addition to rectangular pulse, the 2nd derivative Gaussian waveform and Rayleigh pulses were considered. We show that the system capacity and/or SER performance can be significantly increased by using the monocycle pulse in fading channels.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.8
no.1
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pp.41-48
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2004
In this paper, we analyzed channel performance of PPM modulated UWB communication system in indoor radio fading environment that consider amplitude characteristic of channel. Fading channel considered various channel environments by fading index m utilizing Nakagami-m distribution model with data through an UBW radio signal experiment that announced in existing. Also, we improved performance of system that it is decreased in fading environment employing convolution encoding techniques.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.5
no.5
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pp.884-891
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2001
In this paper, We use Antipodal signal for data modulation of Ultra Wideband(UWB) system. This has maximum Euclidean distance and -1 or 0 of correlation values. With adapting this signal to M-ary that and time hopped pattern, We designed multiple access system. UWB Antipodal signal employes Gaussian monopulse and Rayleigh monopulse. Using these signals, we analysis and compare error probability, the number of user and data rate of the two systems under the AWGN.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.9
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pp.1642-1648
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2017
Ultra-wideband antennas are desired for several applications including satellite communications, radars, remote sensing system, telescopes, and microwave imaging systems. There are many types of wideband antenna structures, but the tapered slot Vivaldi antenna is advantageous in terms of cost, weight, scan angle capabilities, end-fire radiation, and ease of feeding and system integration. In this paper, a modified antipodal Vivaldi antenna is presented. A novel AVA with H-shaped parasitic patches has the capacity to improve the radiation characteristics in the whole operation frequencies. A prototype of the modified antenna with RT/duroid 5880 substrate of a relative dielectric constant (${\epsilon}_r$) of 2.2, and a thickness of 31mil is fabricated and experimentally studied as well. It measures a ${\mid}S_{11}{\mid}$ of less than -10dB and gain of 9-12dBi over 7.8-52.5GHz which shows reasonable agreement with the simulated one.
Kim Myung-Jong;Lee Hyung-Soo;Hong Ic-Pyo;Shin Yong-Sup
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.15
no.10
s.89
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pp.1011-1017
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2004
Ultra Wideband(UWB) technologies have been developed to exploit a new spectrum resource in substances and to realize ultra-high-speed communication, high precision geolocation, and other applications. The energy of UWB signal is extremely spread from near DC to a few GHz. This means that the interference between conventional narrowband systems and UWB systems is inevitable. However, the interference effects had not previously been studied from UWB wireless systems to conventional mobile wireless systems sharing the frequency bands such as Korean Cellular CDMA and WCDMA. This paper experimentally evaluates the interference from two kinds of UWB sources, namely a direct-sequence spread-spectrum CDMA(DS-CDMA) UWB source and an impulse radio UWB source, to a Cellular CDMA and WCDMA digital transmission system. The average frame error rate degradation of each system are presented. From these experimental results, the interference effects of DS-CDMA UWB source is not severe compared to the Impulse UWB.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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