פרויקטי גמר שנה"ל תשע"ט - תקשורת

301 Simulation of nano-devices with detection and communication capabilities

סימולציה של התקנים ננומטריים עם יכולות גילוי ותקשורת

שם המנחה: ד"ר יצחק ברגל

אחראי אקדמי: ד"ר יצחק ברגל

תיאור הפרויקט ותכולתו:

התקנים ננומטריים נמצאים בשלבים שונים של תכנון וייצור, ובעתיד הקרוב יתווספו אליהם יכולות תקשורת. בגלל גודלם, היכולות של כל התקן ננומטרי בפני עצמו מאוד מוגבלות. לעומת זאת, יכולת התקשורת תאפשר להם לשתף פעולה ותקפיץ את טווח היכולות לרמות חדשות. אבל, השגת שיתוף פעולה יעיל בין התקנים פשוטים תלויה בתכנון מדוקדק של הפעילות של כל התקן.
בפרויקט תיבנה סביבת סימולצית שמסוגלת לדמות פעילות של מליוני התקנים, כולל התקשורת שלהם ותגובתם לקליטה של הודעות. בעזרת סימולציה זו תיבחן התגובה של המערכת כולה לסביבות שונות, וכן יבחנו אפשרויות שונות לשליטה בתגובת המערכת על ידי שינוי פרמטרים של ההתקנים.
הפרויקט יכלול אפיון בסיסי של התקן, תכנון ותכנות סימולצית מטלב, ושימוש בסימולציה על מנת לאפיין ולשלוט בתגובה המערכתית.
הפרויקט מתאים גם כבסיס למחקר לתואר שני

דרישות:

נושאים מתקדמים בתקשורת (במקביל לפרויקט)

מקורות:

Okaie, Yutaka, et al. Target detection and tracking by bionanosensor networks. Springer, 2016.

302 Cache aided multi antenna communication

שימוש בזכרון מטמון לתקשורת יעילה עם ריבוי אנטנות

שם המנחה: ד"ר יצחק ברגל

אחראי אקדמי: ד"ר יצחק ברגל

תיאור הפרויקט ותכולתו:

שימוש בזכרון מטמון (cache) בתקשורת הוכח כמאוד יעיל. השימוש מתבסס על העברה של מידע למשתמשים בזמן השקט של המערכת, ושימוש במידע זה להאצת התקשורת בזמן העומס. בניגוד לשימושים אחרים של זכרון מטמון, האצת התקשורת יכולה להשתמש בזכרון המטמון גם כאשר המידע שמשתמש צריך לא אוחסן אצלו אל אצל משתמש אחר.
לצורך הדוגמה, ניתן לחשוב על שני משתמשים שמעונינים לקבל שני קבצים. המערכת לא יודעת מראש איזה קובץ יבקש כל אחד, ויכולה לשמור קובץ אחד בלבד אצל כל משתמש. ניתן להראות שעל ידי שימוש חכם בזיכרון, מספיק לשדר רק חצי קובץ ולהבטיח ששני המשתמשים יקבלו את הקובץ שהם מבקשים (אתם מוזמנים לשאול אותי איך).
מחקר חדש הראה שבמערכת מרובת אנטנות ניתן להשיג שיפורים משמעותיים בקבצי התקשורת על ידי שימוש פשוט יחסית בזכרון.
בפרויקט תמומש סימולציה של מערכת מרובת משתמשים עם תחנת בסיס מרובת אנטנות. הסימולציה תתכנן את השימוש הנכון בזכרון ותדגים את הרווח המתקבל בקצב התקשורת.
הפרויקט יכלול לימוד של השימוש בזכרון מטמון, תכנון ותכנות סימולצית מטלב, ושימוש בסימולציה על מנת לאפיין ולשפר את הקצב במערכת.
הפרויקט מתאים גם כבסיס למחקר לתואר שני

דרישות:
  • תקשורת ספרתית 1.
  • תקשורת ספרתית 2 (במקביל לפרויקט)
מקורות:

Soheil Mohajer and Itsik Bergel: Optimal Power Allocation in MISO Cache-Aided Communication, In Proceedings of the 2018 IEEE Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC 2018), Greece, June 2018.

303 Generalized Tomlinson-Harashima Precoding for the MIMO Gaussian Broadcast Channel

קדם-קידוד Tomlinson-Harashima מוכלל לערוץ הפצה גאוסי מרובה כניסות ויציאות

שם המנחה: ד״ר בנימין זיידל

אחראי אקדמי: ד״ר בנימין זיידל

תיאור הפרויקט ותכולתו:

מודל ״ערוץ ההפצה״ (Broadcast Channel) הינו מודל בסיסי המייצג תקשורת ממשדר אחד אל מספר מקלטים. ערוץ זה מייצג, למשל, את התקשורת מתחנות הבסיס אל המנויים ברשתות סלולריות (״הערוץ היורד״), או הערוץ מנקודת הגישה האלחוטית אל יחידות הקצה ברשתות גישה אלחוטיות (Wi-Fi). במערכות מודרניות מקובל להשתמש במספר אנטנות שידור וקליטה בערוץ זה, שכן הדבר מביא לשיפור משמעותי ביעילות הספקטרלית של המערכת (קצב מידע כולל לרוחב סרט של 1Hz כפונקציה של יחס האות לרעש). סכמת שידור פופולרית לערוץ מסוג זה הינה סכמה ליניארית המבצעת ״היפוך ערוץ״, ובכך מביאה לאיפוס מלא של הפרעות בין משתמשים (Zero-Forcing). בגישה זו השידור מתבצע בו-זמנית לכלל המשתמשים (ללא חלוקת משאבים בזמן או בתדר), ופעולת ״היפוך הערוץ״ מאפשרת לכל מקלט לחוות באופן אפקטיבי ערוץ גאוסי נקי מהפרעות. חסרונה הגדול של סכמת שידור זו הוא בתשלום האנרגטי המשמעותי שעלול להיגרם כתוצאה מ״היפוך הערוץ״, בפרט כאשר מספר אנטנות הקליטה קרוב למספר אנטנות השידור.
הפרויקט יתמקד בגישה המכונה Generalized Tomlinson-Harashima Precoding (GTHP), אשר מטרתה להשיג ביצועים משופרים ביחס לגישה הלינארית ולהתקרב אל הביצועים האופטימליים בערוץ זה (יצוין כי הסכימה האופטימלית לערוץ ההפצה מכונה Dirty Paper Coding והיא בעלת סיבוכיות גבוהה). סכמת ה- GTHP מבוססת על טרנספורמציה ליניארית של הערוץ לערוץ אפקטיבי מדורג (״משולשי״). בערוץ הנוצר חווה כל משתמש הפרעה הנובעת אך ורק ממשתמשים בעלי אינדקס נמוך יותר בסדר הדירוג שנקבע. בנוסף למרכיב הלינארי, משולב במשדר מרכיב לא לינארי, אשר מבטל באופן אפקטיבי את ההפרעה שחווה כל משתמש. מרכיב זה עושה שימוש באסטרטגיות מבוססות שריגים לביטול הפרעה הידועה באופן סיבתי במשדר (אך לא במקלט).

הפרויקט יכלול את השלבים הבאים:

  • לימוד מעמיק של הרקע התאורטי הדרוש
  • מימוש ב- MATLAB של משדר מרובה אנטנות ומקלטים הכוללים אנטנת קליטה יחידה, המממשים את סכמת ה- GTHP
  • מימוש מודל ערוץ אלחוטי מבוסס מודלי מבחן עדכניים עבור תקני התקשורת הסלולרית, או רשתות Wi-Fi (אופציונלי)
  • ביצוע סימולציות ביצועים מקיפות וניתוח התוצאות
דרישות:

(כולל קורסי קדם)

  1. שליטה ברמה גבוהה בתכנת MATLAB
  2. קורסים:

 

  • תקשורת ספרתית 1 (83-310)
  • תקשורת ספרתית 2 (83-618)
  • תורת האינפורמציה (83-823)
מקורות:
  1. B. M. Zaidel, R. R. Müller, A. L. Moustakas, and R. de Miguel, “Vector precoding for Gaussian MIMO broadcast channels: Impact of replica symmetry breaking,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 58, no. 3, pp. 1413–1440, Mar. 2012.
  2. T. Gariby, U. Erez, and S. Shamai (Shitz), “Dirty paper coding for PAM signaling,” in Proc. 2007 IEEE Int. Symp. Inf. Theory, Nice, France, Jun. 24–29, 2007, pp. 376–380.
  3. U. Erez, S. Shamai (Shitz), and R. Zamir, “Capacity and lattice strategies for canceling known interference," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 51, no. 11, pp. 3820-3833, Nov. 2005.

304 Distributed coordinated transmission for Multi Point Cooperative Cellular Communications

תאום שידור במערכות תקשורת סללולרית מבוזרות

שם המנחה: ד"ר יאיר נועם

אחראי אקדמי: ד"ר יאיר נועם

תיאור הפרויקט ותכולתו:

"The scarcity of the electromagnetic spectrum is one of the most important problems in communications today. Multi Point Cooperative Communications (CoMP) is a promising paradigm for increasing spectrum utilization, in which multiple cellular Base Stations (BS), coordinate their transmission to mitigate interference to each other or to jointly transmit to cell edge users.
In this project, the students will implement advanced learning algorithms, such as distributed channel learning and distributed beamforming for CoMP. For this purpose, the students will build an advance system level simulator of a cellular network which encapsulates some features of the Long Term Evolution (LTE) standard.

דרישות:

The students will study the topic of CoMP. They will learn theoretical aspects of wireless communications with emphasize on MIMO, which are necessary for CoMP. The main phases of this project are the following:

  • Overview of CoMP problem and relevant aspects in wireless communication such as MIMO channel estimation, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
  • Building system level simulator of a cellular network which encapsulates some features of the LTE standard.
  • Testing and designing advanced CoMP algorithms for spatial coexistence.
  • Project deliverable: System level simulator and implementation of advanced algorithms such as The energy null space learning, tracking algorithms, distributed beamforming and Spatial multiple access algorithms.

The students will gain both theoretical and practical understanding of CoMP.

  • Design tools: Matlab
  • Course: Digital Communication, DSP1
מקורות:
  1. Y Noam, N Kimelfeld, BM Zaidel, "On the two-user MISO interference channel with single user decoding and partial CSIT", ISIT, 2016 IEEE
  2. Transformed-channel feedback for the two-user MISO interference channel
  3. A. Manolakos, Y. Noam, and A. Goldsmith ‘‘Null Space Learning In Cooperative MIMO Cellular Networks Using Interference Feedback’’IEEE Globecom 2013
  4. Y. Noam and A. J. Goldsmith “Blind null-space learning for MIMO underlay cognitive radio with Primary User Interference Adaptation,” IEEE Transaction on Wireless Communications, vol. 12, no.4, pp. 1722-1734, April 2013 .
  5. Y. Noam and A. J. Goldsmith ""One-Bit Null Space Learning Algorithm and its Convergence”, revised, IEEE Transaction on Signal Processing.
  6. Y. Noam and A. J. Goldsmith “Exploiting Spatial Degrees of Freedom in MIMO Cognitive Radio Systems,” IEEE Int. Conf. on Communications (ICC) 2012.
  7. A. Manolakos, Y. Noam, K. Dimou, and A. Goldsmith, “Blind null-space tracking for MIMO underlay cognitive radio networks,” IEEE Globecom 2012.

305 MIMO Cognitive Radio

רדיו קוגניטיבי מרובה אנטנות

שם המנחה: ד"ר יאיר נועם

אחראי אקדמי: ד"ר יאיר נועם

תיאור הפרויקט ותכולתו:

The scarcity of the electromagnetic spectrum is one of the most important problems in communications today. Cognitive Radio (CR) is a promising paradigm for increasing spectrum utilization. The idea is to design “smart” radio that can coexist with legacy systems on the same band without interfering with it. The major challenge in the field of CR is to design practical algorithms, which enable cognitive radio systems to obtain the necessary information to mitigate interference to other systems.


In this project, the students will implement advanced learning algorithms for MIMO CR. For this purpose, the students will build an advance system level simulator of a cellular network which encapsulates some features of the Long Term Evolution (LTE) standard.

דרישות:

"The students will study the topic of CR. They will learn theoretical aspects of wireless communications with emphasize on MIMO, which are necessary for CR. The main phases of this project are the following:

  • Overview of the CR problem and relevant aspects in wireless communication such as MIMO channel estimation, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
  • Building system level simulator of a cellular network which encapsulates some features of the LTE standard.
  • Testing and designing advanced CR learning algorithms for interference mitigation.
  • Project deliverable: System level simulator and implementation of advanced algorithms such as Blind null space learning and tracking algorithms, the one-bit null space learning algorithm and Spatial multiple access algorithms.

The students will gain both theoretical and practical understanding of the CR problem.

Design tools: Matlab

מקורות:
  1. . Y. Noam and A. J. Goldsmith “Blind null-space learning for MIMO underlay cognitive radio with Primary User Interference Adaptation,” IEEE Transaction on Wireless Communications, vol. 12, no.4, pp. 1722-1734, April 2013 .
  2. Y. Noam and A. J. Goldsmith ""One-Bit Null Space Learning Algorithm and its Convergence”, revised, IEEE Transaction on Signal Processing.
  3. Y. Noam and A. J. Goldsmith “Exploiting Spatial Degrees of Freedom in MIMO Cognitive Radio Systems,” IEEE Int. Conf. on Communications (ICC) 2012.
  4. A. Manolakos, Y. Noam, K. Dimou, and A. Goldsmith, “Blind null-space tracking for MIMO underlay cognitive radio networks,” IEEE Globecom 2012.

306  FPGA implementation of LPDC the decoding algorithm

ישום יעיל בFPGA של מפענח Viterbi לקודי קונבולוציה

שם המנחה: פרופ' אפי זהבי

אחראי אקדמי: פרופ' אפי זהבי 

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Viterbi decoder is the classical decoding approach for Convlutional codes. In this project the students will study implementation approach of the decoder in HW, simulate the code performance and implement it. The decoder will be design to operate at high data rate

הפרויקט כולל כתיבת תוכנה Matlab/C המממשת אלגוריתמים הפיענוח המוצע וכן מימוש האלגוריתם בFPGA.

דרישות:
  • עיבוד ספרתי של אותות I, תקשורת ספרתית I
  • רצוי: תקשורת ספרתית II, תורת האינפורמציה
מקורות:
  1. G. Clark and J. Cain, Error-Correcting Coding for Digital Communication, London: Plenum Press (1981)
  2. A. Viterbi, Principles of Digital Communication and Coding (Communications and Information Theory) (Hardcover)

 

307 Encoder and decoder for polar code

מקודד ומפענח לקוד מסוג קוד קוטבי

שם המנחה: פרופ' אפי זהבי

אחראי אקדמי: פרופ' אפי זהבי        

תיאור הפרויקט ותכולתו:

קוד קוטבי מהווה שיטה חדישה לקידוד המשיגה תוצאות קרובות לקיבולת הערוץ המובטחים על ידי התאוריה של תורת האינפורמציה. נושא חדש זה הוצג לראשונה על ידי החוקר אריקן בשנים 2008-9. שיטה זו יכולה לשמש לקידוד מקור ולקידוד ערוץ!
במסגרת הפרויקט הסטודנטים יצטרכו ללמוד שיטת קידוד חדישה זו ולממש את המקודד והמפענח בתוכנה ויבחנו את בצועי הקידוד כפונקציה של שינוי פרמטרי המימוש.

שלבי הפרוייקט:
שלב א - לימוד התאוריה של קודים אלו 
שלב ב - בניית מקודד ומפענח
שלב ג - הרצה מסיבית של סימולציות כפונקציה של פרמטרי המימוש.
 

דרישות:

מבוא לקודים לתיקון שגיאות

מקורות:
  1. E. Arikan, "Channel Polarization: A Method for Constructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input Memoryless Channels," Information Theory, IEEE Transactions on, vol. 55, pp. 3051-3073, 2009
  2. Ali Eslami, Hossein Pishro-Nik. “ Practical Approach to Polar Codes” http://arxiv.org/find/cs,math/1/au:+Eslami_A/0/1/0/all/0/1, arXiv:1107.5355v1