Reconfigurable transmitters for software-defined radios

Flexible radio transmitters based on the Software-Defined Radio (SDR) concept are gaining an increased research importance due to the unparalleled proliferation of new wireless standards operating at different frequencies, using dissimilar coding and modulation schemes, and targeted for different ends. In this new wireless communications paradigm, the physical layer of the radio transmitter must be able to support the simultaneous transmission of multi-band, multi-rate, multi-standard signals, which in practice is very hard or very inefficient to implement using conventional approaches. Nevertheless, the last developments in this field include novel all-digital transmitter architectures where the radio datapath is digital from the baseband up to the RF stage. Such concept has inherent high flexibility and poses an important step towards the development of SDR-based transmitters. However, the truth is that implementing such radio for a real world communications scenario is a challenging task, where a few key limitations are still preventing a wider adoption of this concept. This thesis aims exactly to address some of these limitations by proposing and implementing innovative all-digital transmitter architectures with inherent higher flexibility and integration, and where improving important figures of merit, such as coding efficiency, signal-to-noise ratio, usable bandwidth and in-band and out-of-band noise will also be addressed. In the first part of this thesis, the concept of transmitting RF data using an entirely digital approach based on pulsed modulation is introduced. A comparison between several implementation technologies is also presented, allowing to state that FPGAs provide an interesting compromise between performance, power efficiency and flexibility, thus making them an interesting choice as an enabling technology for pulse-based all-digital transmitters. Following this discussion, the fundamental concepts inherent to pulsed modulators, its key advantages, main limitations and typical enhancements suitable for all-digital transmitters are also presented. The recent advances regarding the two most common classes of pulse modulated transmitters, namely the RF and the baseband-level are introduced, along with several examples of state-of-the-art architectures found on the literature. The core of this dissertation containing the main developments achieved during this PhD work is then presented and discussed. The first key contribution to the state-of-the-art presented here consists in the development of a novel ΣΔ-based all-digital transmitter architecture capable of multiband and multi-standard data transmission in a very flexible and integrated way, where the pulsed RF output operating in the microwave frequency range is generated inside a single FPGA device. A fundamental contribution regarding the simultaneous transmission of multiple RF signals is then introduced by presenting and describing novel all-digital transmitter architectures that take advantage of multi-gigabit data serializers available on current high-end FPGAs in order to transmit in a time-interleaved approach multiple independent RF carriers. Further improvements in this design approach allowed to provide a two-stage up-conversion transmitter architecture enabling the fine frequency tuning of concurrent multichannel multi-standard signals. Finally, further improvements regarding two key limitations inherent to current all-digital transmitter approaches are then addressed, namely the poor coding efficiency and the combined high quality factor and tunability requirements of the RF output filter. The followed design approach based on poliphase multipath circuits allowed to create a new FPGA-embedded agile transmitter architecture that significantly improves important figures of merit, such as coding efficiency and SNR, while maintains the high flexibility that is required for supporting multichannel multimode data transmission.

Colaboração na formação inicial e abordagem didática da ortografia

Considerando que, na sociedade atual, o conhecimento flui incessantemente, renovando-se a cada momento, o cidadão do séc. XXI confronta-se com novos desafios que exigem o desenvolvimento de novas competências. Os recursos da web social – como os fóruns de discussão online –, gratuitos e fáceis de utilizar, permitem que os indivíduos acedam à informação, construam conhecimento, partilhem interesses e desenvolvam múltiplas competências em colaboração. Face a esta realidade, as instituições de Ensino Superior têm vindo a reconhecer que os estudantes já não se sentem confortáveis com abordagens de ensino tradicionais, em que impera a transmissão de informação, preferindo envolver-se em experiências de aprendizagem em que possam interagir com a tecnologia, pelas potencialidades que já lhe reconhecem. Procurando ir ao encontro das exigências da sociedade e do mundo do trabalho atuais, o Processo de Bolonha veio renovar os cursos de Ensino Superior, centrando-os no estudante e no desenvolvimento da autonomia e da colaboração, entre outras competências. Esta tendência vai ao encontro da reconhecida valorização da colaboração com vista à melhoria do desempenho de um grupo profissional. Também no contexto educacional se reconhece o seu contributo para o desenvolvimento profissional do professor e a operacionalização de um ensino por competências. Compete à formação de professores lançar as bases deste movimento.A formação inicial de professores do 1º Ciclo do Ensino Básico tem, entre outras preocupações, a de levar o futuro professor a refletir sobre princípios didáticos que informem a conceção, implementação e avaliação de estratégias e atividades que contribuam para o desenvolvimento de competências nos alunos. Entre as competências a desenvolver nas crianças a frequentar este nível de escolaridade, no que concerne à aprendizagem da língua materna, figura a competência ortográfica, indispensável a uma boa comunicação escrita. Quanto mais cedo for automatizada, mais possibilidades o aluno terá de se ocupar prioritariamente de outros aspetos mais complexos e exigentes do processo de escrita. Tendo em vista estas preocupações, desenvolvemos um estudo, com futuros professores do 1º Ciclo do Ensino Básico a frequentar um mestrado profissionalizante da Universidade de Aveiro, cujos objetivos de investigação eram os seguintes: i) descrever as suas representações sobre colaboração; ii) compreender a influência dessas representações na adoção de práticas colaborativas num fórum de discussão online; iii) compreender o contributo da colaboração adotada num fórum de discussão online para a construção de conhecimento didático sobre a abordagem da ortografia; iv) compreender o contributo desse conhecimento para a conceção de instrumentos didáticos sobre a abordagem da ortografia. Numa primeira fase, o estudo desenvolveu-se com dois grupos de alunos, que nele participaram em dois anos letivos distintos (2009/2010 e 2010/2011), no contexto da unidade curricular de Didática da Língua Portuguesa (inserida no plano de estudos do 1º semestre do 1º ano do Mestrado em Educação Pré- Escolar e Ensino no 1º Ciclo do Ensino Básico da Universidade de Aveiro). Numa segunda fase (entre o 2º semestre do ano letivo de 2011/2012 e 1º semestre do ano letivo de 2012/2013), recolheu-se o resultado de uma intervenção didática desenvolvida por uma professora estagiária (participante na primeira fase do estudo), no âmbito da Prática Pedagógica Supervisionada, apoiada pelo Seminário de Investigação Educacional. Tratando-se de um estudo de caso, a investigação envolveu a recolha de dados através de inquérito por questionário disponibilizado online, uma reflexão individual apresentada por escrito, posts e documentos publicados num fórum de discussão online e instrumentos didáticos (planificação de aulas e relatório de estágio) elaborados pelos estudantes. Procedeu-se a uma análise de conteúdo fundamentada nos quadros teóricos e no estudo empírico.Os resultados vêm aprofundar a discussão em torno da utilização de ferramentas da web social no Ensino Superior, nomeadamente na formação inicial de professores, para desenvolver a colaboração, visando a construção de conhecimento didático, particularmente sobre a abordagem da ortografia. Por um lado, apontam para a influência de representações sobre colaboração na adoção dessa modalidade de trabalho num fórum de discussão online. Por outro, revelam a influência dessa modalidade no conhecimento didático coconstruído e apontam para uma valorização do mesmo por parte dos participantes no estudo, no momento de conceber, implementar e avaliar instrumentos didáticos. Daqui emergiram algumas sugestões pedagógico-didáticas com vista à promoção de práticas inovadoras no Ensino Superior, com recurso a ferramentas da web social, centradas na aprendizagem dos estudantes e no desenvolvimento da colaboração, particularmente na formação inicial de professores.