Notes on analogue and digital amplitude modulation

Notes on AM, DSBSC, QAM, BPSK, 4QAM, 8PSK, 16QAM

EEG amplitude modulation analysis for semi-automated diagnosis of Alzheimer's disease

Recent experimental evidence has suggested a neuromodulatory deficit in Alzheimer's disease (AD). In this paper, we present a new electroencephalogram (EEG) based metric to quantitatively characterize neuromodulatory activity. More specifically, the short-term EEG amplitude modulation rate-of-change (i.e., modulation frequency) is computed for five EEG subband signals. To test the performance of the proposed metric, a classification task was performed on a database of 32 participants partitioned into three groups of approximately equal size: healthy controls, patients diagnosed with mild AD, and those with moderate-to-severe AD. To gauge the benefits of the proposed metric, performance results were compared with those obtained using EEG spectral peak parameters which were recently shown to outperform other conventional EEG measures. Using a simple feature selection algorithm based on area-under-the-curve maximization and a support vector machine classifier, the proposed parameters resulted in accuracy gains, relative to spectral peak parameters, of 21.3% when discriminating between the three groups and by 50% when mild and moderate-to-severe groups were merged into one. The preliminary findings reported herein provide promising insights that automated tools may be developed to assist physicians in very early diagnosis of AD as well as provide researchers with a tool to automatically characterize cross-frequency interactions and their changes with disease.

Linear dispersive pre-defined peak amplitude modulation of spectrally modulated airy-based pulses

Spectrally modulated Airy-based pulses peak amplitude modulation (PAM) in linear dispersive media is investigated, designed, and numerically simulated. As it is shown here, it is possible to design the spectral modulation of the initial Airy-based pulses to obtain a pre-defined PAM profile as the pulse propagates. Although optical pulses self-amplitude modulation is a well-known effect under non-linear propagation, the designed Airy-based pulses exhibit PAM under linear dispersive propagation. This extraordinary linear propagation property can be applied in many kinds of dispersive media, enabling its use in a broad range of experiments and applications. © 2013 Optical Society of America.

Modulateurs intégrés sur silicium pour la transmission de signaux à modulation d'amplitude multi-niveau

Au cours des dernières années, la photonique intégrée sur silicium a progressé rapidement. Les modulateurs issus de cette technologie présentent des caractéristiques potentiellement intéressantes pour les systèmes de communication à courte portée. En effet, il est prévu que ces modulateurs pourront être opérés à des vitesses de transmission élevées, tout en limitant le coût de fabrication et la consommation de puissance. Parallèlement, la modulation d’amplitude multi-niveau (PAM) est prometteuse pour ce type de systèmes. Ainsi, ce travail porte sur le développement de modulateurs de silicium pour la transmission de signaux PAM. Dans le premier chapitre, les concepts théoriques nécessaires à la conception de modulateurs de silicium sont présentés. Les modulateurs Mach-Zehnder et les modulateurs à base de réseau de Bragg sont principalement abordés. De plus, les effets électro-optiques dans le silicium, la modulation PAM, les différents types d’électrodes intégrées et la compensation des distorsions par traitement du signal sont détaillés.Dans le deuxième chapitre, un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées est présenté. La segmentation des électrodes permet la génération de signaux optiques PAM à partir de séquences binaires. Cette approche permet d’éliminer l’utilisation de convertisseur numérique-analogique en intégrant cette fonction dans le domaine optique, ce qui vise à réduire le coût du système de communication. Ce chapitre contient la description détaillée du modulateur, les résultats de caractérisation optique et de la caractérisation électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, les tests systèmes incluent l’utilisation de pré-compensation ou de post-compensation du signal sous la forme d’égalisation de la réponse en fréquence pour les formats de modulation PAM-4 et PAM-8 à différents taux binaires. Une vitesse de transmission de 30 Gb/s est démontrée dans les deux cas et ce malgré une limitation importante de la réponse en fréquence suite à l’ajout d’un assemblage des circuits radiofréquences (largeur de bande 3 dB de 8 GHz). Il s’agit de la première démonstration de modulation PAM-8 à l’aide d’un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées. Finalement, les conclusions tirées de ce travail ont mené à la conception d’un deuxième modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées présentement en phase de test, dont les performances montrent un très grand potentiel. Dans le troisième chapitre, un modulateur à réseau de Bragg à deux sauts de phase est présenté. L’utilisation de réseaux de Bragg est une approche encore peu développée pour la modulation. En effet, la réponse spectrale de ces structures peut être contrôlée précisément, une caractéristique intéressante pour la conception de modulateurs. Dans ces travaux, nous proposons l’ajout de deux sauts de phase à un réseau de Bragg uniforme pour obtenir un pic de transmission dans la bande de réflexion de celui-ci. Ainsi, il est possible d’altérer l’amplitude du pic de transmission à l’aide d’une jonction pn. Comme pour le deuxième chapitre, ce chapitre inclut la description détaillée du modulateur, les résultats des caractérisations optique et électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, la caractérisation de jonctions pn à l’aide du modulateur à réseau de Bragg est expliquée. Des vitesses de transmission PAM-4 de 60 Gb/s et OOK de 55 Gb/s sont démontrées après la compensation des distorsions des signaux. À notre connaissance, il s’agit du modulateur à réseau de Bragg le plus rapide à ce jour. De plus, pour la première fois, les performances d’un tel modulateur s’approchent de celles des modulateurs de silicium les plus rapides utilisant des microrésonateurs en anneau ou des interféromètres Mach-Zehnder.

H-reflex modulation during passive lengthening and shortening of the human triceps surae

1. The present study investigated the effects of lengthening and shortening actions on IT-reflex amplitude. H-reflexes were evoked in the soleus (SOL) and medial gastroenemius (MG) of human subject, during passive isometric, lengthening and shortening actions performed at angular velocities of 0, +/-2, +/-5 and +/- 15 deg s(-1). 2. H-reflex amplitude, in froth SOL and MG were significantly depressed during passive lengthening actions and facilitated during passive shortening actions, when compared with the isometric R-reflex amplitude. 3. Four experiments were performed in which the latencies front the onset of movement to delivery of the stimulus were altered. Passive H-reflex modulation during lengthening actions was found tee begin at latencies of less than 60 ms suggesting that this inhibition was due to peripheral and/or spinal mechanisms. 4. It is postulated that, the H-reflex modulation seen in the present study is related to the tunic discharge of muscle spindle afferents and the consequent effects of transmission within the la pathway. Inhibition of the H-reflex at less than 60 ms after the onset of muscle lengthening may he attributed to several mechanisms, which cannot be distinguished using the current protocol. These may include the inability to evoke volleys in la fibres that are refractory following muscle spindle discharge during; rapid muscle lengthening, a reduced probability of transmitter release front the presynaptic terminal (homosynaptic post.-activation depression) and presynaptic inhibition of la afferents from plantar flexor agonists. Short latency facilitation of the H-reflex may be attributed to temporal summation of excitatory postsynaptic potentials arising from muscle spindle afferents during rapid muscle lengthening. At longer latencies, presynaptic inhibition of Ia afferents cannot be excluded as a potential inhibitory mechanism.

Optical correlation by use of partial phase-only modulation with VGA liquid-crystal displays

The development of liquid-crystal panels for use in commercial equipment has been aimed at improving the pixel resolution and the display efficiency. These improvements have led to a reduction in the thickness of such devices, among other outcomes, that involves a loss in phase modulation. We propose a modification of the classical phase-only filter to permit displays in VGA liquid-crystal panels with a constant amplitude modulation and less than a 2¿(PI) phase modulation. The method was tested experimentally in an optical setup.

Phase modulation of microwave signals using point contact Germanium signal diodes

A forward - biased point contact germanium signal diode placed inside a waveguide section along the E -vector is found to introduce significant phase shift of microwave signals . The usefulness of the arrangement as a phase modulator for microwave carriers is demonstrated. While there is a less significant amplitude modulation accompanying phase modulation , the insertion losses are found to be negligible. The observations can be explained on the basis of the capacitance variation of the barrier layer with forward current in the diode

Assignment on Modulation

Considers Sampling, Pulse Amplitude Modulation, Multiple Access, Quantisation, Pulse Coded Modulation, Manchester Line Coding, Amplitude Modulation, Double SideBand Suppressed Carrier Modulation, Quadrature Amplitude Modulation and M-ary Shift Keying.

Caracterização dos acoplamentos fase-amplitude na região CA1 do hopocampo

Brain oscillation are not completely independent, but able to interact with each other through cross-frequency coupling (CFC) in at least four different ways: power-to-power, phase-to-phase, phase-to-frequency and phase-to-power. Recent evidence suggests that not only the rhythms per se, but also their interactions are involved in the execution of cognitive tasks, mainly those requiring selective attention, information flow and memory consolidation. It was recently proposed that fast gamma oscillations (60 150 Hz) convey spatial information from the medial entorhinal cortex to the CA1 region of the hippocampus by means of theta (4-12 Hz) phase coupling. Despite these findings, however, little is known about general characteristics of CFCs in several brain regions. In this work we recorded local field potentials using multielectrode arrays aimed at the CA1 region of the dorsal hippocampus for chronic recording. Cross-frequency coupling was evaluated by using comodulogram analysis, a CFC tool recently developted (Tort et al. 2008, Tort et al. 2010). All data analyses were performed using MATLAB (MathWorks Inc). Here we describe two functionally distinct oscillations within the fast gamma frequency range, both coupled to the theta rhythm during active exploration and REM sleep: an oscillation with peak activity at ~80 Hz, and a faster oscillation centered at ~140 Hz. The two oscillations are differentially modulated by the phase of theta depending on the CA1 layer; theta-80 Hz coupling is strongest at stratum lacunosum-moleculare, while theta-140 Hz coupling is strongest at stratum oriens-alveus. This laminar profile suggests that the ~80 Hz oscillation originates from entorhinal cortex inputs to deeper CA1 layers, while the ~140 Hz oscillation reflects CA1 activity in superficial layers. We further show that the ~140 Hz oscillation differs from sharp-wave associated ripple oscillations in several key characteristics. Our results demonstrate the existence of novel theta-associated high-frequency oscillations, and suggest a redefinition of fast gamma oscillations

Measurement of phase and amplitude modulations in Sb-Based Films

In this work we studied the changes of the optical constants of films in the binary system Sb2O3-Sb2S3 induced by light in the VIS-UV. The measurements were performed before and after homogeneous irradiation of the films to a Hg lamp and in real time during the holographic exposure of the samples (at 458nm). Changes of the absorption coefficient (amplitude grating) and refractive index (phase grating) were measured simultaneously using the self-diffraction using the holographic setup. Besides the films presented a strong photodarkening effect under homogeneous irradiation, the samples holographically exposed presented only refractive index modulations. None amplitude modulation was measured in real time for spatial frequencies of about 1000 l/mm. © 2009 SPIE.

Stochastic amplitude-modulated stretching of Rabbit flexor digitorum profundus tendons reduces stiffness compared to Cyclic Loading but does not affect Tenocyte Metabolism

Background It has been demonstrated that frequency modulation of loading influences cellular response and metabolism in 3D tissues such as cartilage, bone and intervertebral disc. However, the mechano-sensitivity of cells in linear tissues such as tendons or ligaments might be more sensitive to changes in strain amplitude than frequency. Here, we hypothesized that tenocytes in situ are mechano-responsive to random amplitude modulation of strain. Methods We compared stochastic amplitude-modulated versus sinusoidal cyclic stretching. Rabbit tendon were kept in tissue-culture medium for twelve days and were loaded for 1h/day for six of the total twelve culture days. The tendons were randomly subjected to one of three different loading regimes: i) stochastic (2 – 7% random strain amplitudes), ii) cyclic_RMS (2–4.42% strain) and iii) cyclic_high (2 - 7% strain), all at 1 Hz and for 3,600 cycles, and one unloaded control. Results At the end of the culture period, the stiffness of the “stochastic” group was significantly lower than that of the cyclic_RMS and cyclic_high groups (both, p < 0.0001). Gene expression of eleven anabolic, catabolic and inflammatory genes revealed no significant differences between the loading groups. Conclusions We conclude that, despite an equivalent metabolic response, stochastically stretched tendons suffer most likely from increased mechanical microdamage, relative to cyclically loaded ones, which is relevant for tendon regeneration therapies in clinical practice.

Common variance in amplitude envelope perception tasks and their impact on phoneme duration perception and reading and spelling in Finnish children with reading disabilities

Our goal was to investigate auditory and speech perception abilities of children with and without reading disability (RD) and associations between auditory, speech perception, reading, and spelling skills. Participants were 9-year-old, Finnish-speaking children with RD (N = 30) and typically reading children (N = 30). Results showed significant group differences between the groups in phoneme duration discrimination but not in perception of amplitude modulation and rise time. Correlations among rise time discrimination, phoneme duration, and spelling accuracy were found for children with RD. Those children with poor rise time discrimination were also poor in phoneme duration discrimination and in spelling. Results suggest that auditory processing abilities could, at least in some children, affect speech perception skills, which in turn would lead to phonological processing deficits and dyslexia.

Wavelength converters based on four-wave mixing in semiconductor optical amplifiers for advanced modulation formats

Les convertisseurs de longueur d’onde sont essentiels pour la réalisation de réseaux de communications optiques à routage en longueur d’onde. Dans la littérature, les convertisseurs de longueur d’onde basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur constituent une solution extrêmement intéressante, et ce, en raison de leurs nombreuses caractéristiques nécessaires à l’implémentation de tels réseaux de communications. Avec l’émergence des systèmes commerciaux de détection cohérente, ainsi qu’avec les récentes avancées dans le domaine du traitement de signal numérique, il est impératif d’évaluer la performance des convertisseurs de longueur d’onde, et ce, dans le contexte des formats de modulation avancés. Les objectifs de cette thèse sont : 1) d’étudier la faisabilité des convertisseurs de longueur d’onde basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur pour les formats de modulation avancés et 2) de proposer une technique basée sur le traitement de signal numérique afin d’améliorer leur performance. En premier lieu, une étude expérimentale de la conversion de longueur d’onde de formats de modulation d’amplitude en quadrature (quadrature amplitude modulation - QAM) est réalisée. En particulier, la conversion de longueur d’onde de signaux 16-QAM à 16 Gbaud et 64-QAM à 5 Gbaud dans un amplificateur optique à semi-conducteur commercial est réalisée sur toute la bande C. Les résultats démontrent qu’en raison des distorsions non-linéaires induites sur le signal converti, le point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde est différent de celui obtenu lors de la conversion de longueur d’onde de formats de modulation en intensité. En effet, dans le contexte des formats de modulation avancés, c’est le compromis entre la puissance du signal converti et les non-linéarités induites qui détermine le point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde. Les récepteurs cohérents permettent l’utilisation de techniques de traitement de signal numérique afin de compenser la détérioration du signal transmis suite à sa détection. Afin de mettre à profit les nouvelles possibilités offertes par le traitement de signal numérique, une technique numérique de post-compensation des distorsions induites sur le signal converti, basée sur une analyse petit-signal des équations gouvernant la dynamique du gain à l’intérieur des amplificateurs optiques à semi-conducteur, est développée. L’efficacité de cette technique est démontrée à l’aide de simulations numériques et de mesures expérimentales de conversion de longueur d’onde de signaux 16-QAM à 10 Gbaud et 64-QAM à 5 Gbaud. Cette méthode permet d’améliorer de façon significative les performances du convertisseur de longueur d’onde, et ce, principalement pour les formats de modulation avancés d’ordre supérieur tel que 64-QAM. Finalement, une étude expérimentale exhaustive de la technique de post-compensation des distorsions induites sur le signal converti est effectuée pour des signaux 64-QAM. Les résultats démontrent que, même en présence d’un signal à bruité à l’entrée du convertisseur de longueur d’onde, la technique proposée améliore toujours la qualité du signal reçu. De plus, une étude du point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde est effectuée et démontre que celui-ci varie en fonction des pertes optiques suivant la conversion de longueur d’onde. Dans un réseau de communication optique à routage en longueur d’onde, le signal est susceptible de passer par plusieurs étages de conversion de longueur d’onde. Pour cette raison, l’efficacité de la technique de post-compensation est démontrée, et ce pour la première fois dans la littérature, pour deux étages successifs de conversion de longueur d’onde de signaux 64-QAM à 5 Gbaud. Les résultats de cette thèse montrent que les convertisseurs de longueur d’ondes basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur, utilisés en conjonction avec des techniques de traitement de signal numérique, constituent une technologie extrêmement prometteuse pour les réseaux de communications optiques modernes à routage en longueur d’onde.