Stochastic particle acceleration in the lobes of giant radio galaxies

We investigate the acceleration of particles by Alfven waves via the second-order Fermi process in the lobes of giant radio galaxies. Such sites are candidates for the accelerators of ultra-high-energy cosmic rays (UHECR). We focus on the nearby Fanaroff-Riley type I radio galaxy Centaurus A. This is motivated by the coincidence of its position with the arrival direction of several of the highest energy Auger events. The conditions necessary for consistency with the acceleration time-scales predicted by quasi-linear theory are reviewed. Test particle calculations are performed in fields which guarantee electric fields with no component parallel to the local magnetic field. The results of quasi-linear theory are, to an order of magnitude, found to be accurate at low turbulence levels for non-relativistic Alfven waves and at both low and high turbulence levels in the mildly relativistic case. We conclude that for pure stochastic acceleration via Alfven waves to be plausible as the generator of UHECR in Cen A, the baryon number density would need to be several orders of magnitude below currently held upper limits.

Novel Radio Link Buffer Management Schemes for End-User Multi-class Traffic in High Speed Packet Access Networks

The requirement to provide multimedia services with QoS support in mobile networks has led to standardization and deployment of high speed data access technologies such as the High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) system. HSDPA improves downlink packet data and multimedia services support in WCDMA-based cellular networks. As is the trend in emerging wireless access technologies, HSDPA supports end-user multi-class sessions comprising parallel flows with diverse Quality of Service (QoS) requirements, such as real-time (RT) voice or video streaming concurrent with non real-time (NRT) data service being transmitted to the same user, with differentiated queuing at the radio link interface. Hence, in this paper we present and evaluate novel radio link buffer management schemes for QoS control of multimedia traffic comprising concurrent RT and NRT flows in the same HSDPA end-user session. The new buffer management schemes—Enhanced Time Space Priority (E-TSP) and Dynamic Time Space Priority (D-TSP)—are designed to improve radio link and network resource utilization as well as optimize end-to-end QoS performance of both RT and NRT flows in the end-user session. Both schemes are based on a Time-Space Priority (TSP) queuing system, which provides joint delay and loss differentiation between the flows by queuing (partially) loss tolerant RT flow packets for higher transmission priority but with restricted access to the buffer space, whilst allowing unlimited access to the buffer space for delay-tolerant NRT flow but with queuing for lower transmission priority. Experiments by means of extensive system-level HSDPA simulations demonstrates that with the proposed TSP-based radio link buffer management schemes, significant end-to-end QoS performance gains accrue to end-user traffic with simultaneous RT and NRT flows, in addition to improved resource utilization in the radio access network.

Supernovae and radio transients in M82

We present optical and near-infrared (NIR) photometry and NIR spectroscopy of SN 2004am, the only optically detected supernova (SN) in M82. These demonstrate that SN 2004am was a highly reddened Type II-P SN similar to the low-luminosity Type II-P events such as SNe 1997D and 2005cs. We show that SN 2004am was located coincident with the obscured super star cluster M82-L, and from the cluster age infer a progenitor mass of 12{^{+ 7}_{- 3}} M⊙. In addition to this, we present a high spatial resolution Gemini-North Telescope K-band adaptive optics image of the site of SN 2008iz and a second transient of uncertain nature, both detected so far only at radio wavelengths. Using image subtraction techniques together with archival data from the Hubble Space Telescope, we are able to recover a NIR transient source coincident with both objects. We find the likely extinction towards SN 2008iz to be not more than AV ˜ 10. The nature of the second transient remains elusive and we regard an extremely bright microquasar in M82 as the most plausible scenario.

Electron dynamics and frequency coupling in a radio-frequency capacitively biased planar coil inductively coupled plasma system

The electron dynamics in a planar coil inductively coupled plasma (ICP) system with a capacitively biased electrode is investigated using space and phase resolved optical emission spectroscopy. The two power source frequencies are exact multiple of each other and phase-locked. In this configuration, the system is investigated when the coil is operated in both E-mode and H-mode. The results show that in a phase synchronized RF biased ICP, the electrode bias power couples with the capacitive contribution of the coil, in both E-mode and H-modes, similar to dual-frequency capacitively coupled plasmas (2f-CCPs). It is also demonstrated that in H-mode, the phase between the electrode bias frequency and the ICP coil frequency influences the electron heating, similar to the electrical asymmetry effect in 2f-CCPs.

Multilayer optimization in radio resource allocation for the packet transmission in wireless networks

Na última década tem-se assistido a um crescimento exponencial das redes de comunicações sem fios, nomeadamente no que se refere a taxa de penetração do serviço prestado e na implementação de novas infra-estruturas em todo o globo. É ponto assente neste momento que esta tendência irá não só continuar como se fortalecer devido à convergência que é esperada entre as redes móveis sem fio e a disponibilização de serviços de banda larga para a rede Internet fixa, numa evolução para um paradigma de uma arquitectura integrada e baseada em serviços e aplicações IP. Por este motivo, as comunicações móveis sem fios irão ter um papel fundamental no desenvolvimento da sociedade de informação a médio e longo prazos. A estratégia seguida no projecto e implementação das redes móveis celulares da actual geração (2G e 3G) foi a da estratificação da sua arquitectura protocolar numa estrutura modular em camadas estanques, onde cada camada do modelo é responsável pela implementação de um conjunto de funcionalidades. Neste modelo a comunicação dá-se apenas entre camadas adjacentes através de primitivas de comunicação pré-estabelecidas. Este modelo de arquitectura resulta numa mais fácil implementação e introdução de novas funcionalidades na rede. Entretanto, o facto das camadas inferiores do modelo protocolar não utilizarem informação disponibilizada pelas camadas superiores, e vice-versa acarreta uma degradação no desempenho do sistema. Este paradigma é particularmente importante quando sistemas de antenas múltiplas são implementados (sistemas MIMO). Sistemas de antenas múltiplas introduzem um grau adicional de liberdade no que respeita a atribuição de recursos rádio: o domínio espacial. Contrariamente a atribuição de recursos no domínio do tempo e da frequência, no domínio espacial os recursos rádio mapeados no domínio espacial não podem ser assumidos como sendo completamente ortogonais, devido a interferência resultante do facto de vários terminais transmitirem no mesmo canal e/ou slots temporais mas em feixes espaciais diferentes. Sendo assim, a disponibilidade de informação relativa ao estado dos recursos rádio às camadas superiores do modelo protocolar é de fundamental importância na satisfação dos critérios de qualidade de serviço exigidos. Uma forma eficiente de gestão dos recursos rádio exige a implementação de algoritmos de agendamento de pacotes de baixo grau de complexidade, que definem os níveis de prioridade no acesso a esses recursos por base dos utilizadores com base na informação disponibilizada quer pelas camadas inferiores quer pelas camadas superiores do modelo. Este novo paradigma de comunicação, designado por cross-layer resulta na maximização da capacidade de transporte de dados por parte do canal rádio móvel, bem como a satisfação dos requisitos de qualidade de serviço derivados a partir da camada de aplicação do modelo. Na sua elaboração, procurou-se que o standard IEEE 802.16e, conhecido por Mobile WiMAX respeitasse as especificações associadas aos sistemas móveis celulares de quarta geração. A arquitectura escalonável, o baixo custo de implementação e as elevadas taxas de transmissão de dados resultam num processo de multiplexagem de dados e valores baixos no atraso decorrente da transmissão de pacotes, os quais são atributos fundamentais para a disponibilização de serviços de banda larga. Da mesma forma a comunicação orientada à comutação de pacotes, inenente na camada de acesso ao meio, é totalmente compatível com as exigências em termos da qualidade de serviço dessas aplicações. Sendo assim, o Mobile WiMAX parece satisfazer os requisitos exigentes das redes móveis de quarta geração. Nesta tese procede-se à investigação, projecto e implementação de algoritmos de encaminhamento de pacotes tendo em vista a eficiente gestão do conjunto de recursos rádio nos domínios do tempo, frequência e espacial das redes móveis celulares, tendo como caso prático as redes móveis celulares suportadas no standard IEEE802.16e. Os algoritmos propostos combinam métricas provenientes da camada física bem como os requisitos de qualidade de serviço das camadas superiores, de acordo com a arquitectura de redes baseadas no paradigma do cross-layer. O desempenho desses algoritmos é analisado a partir de simulações efectuadas por um simulador de sistema, numa plataforma que implementa as camadas física e de acesso ao meio do standard IEEE802.16e.

Study of the impact from nonlinear distortion in radio receiver architectures

A dissertação de doutoramento apresentada insere-se na área de electrónica não-linear de rádio-frequência (RF), UHF e microondas, tendo como principal campo de acção o estudo da distorção nãolinear em arquitecturas de recepção rádio, nomeadamente receptores de conversão directa como Power Meters, RFID (Radio Frequency IDentification) ou SDR (Software Define Radio) front-ends. Partindo de um estudo exaustivo das actuais arquitecturas de recepção de radiofrequência e revendo todos os conceitos teóricos relacionados com o desempenho não-linear dos sistemas/componentes electrónicos, foram desenvolvidos algoritmos matemáticos de modulação dos comportamentos não-lineares destas arquitecturas, simulados e testados em laboratório e propostas novas arquitecturas para a minimização ou cancelamento do impacto negativo de grandes interferidores em frequências vizinhas ao do sistema pretendido.

Characterization of RSOA modulators in radio over fiber links

In this work physical and behavioral models for a bulk Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) modulator in Radio over Fiber (RoF) links are proposed. The transmission performance of the RSOA modulator is predicted under broadband signal drive. At first, the simplified physical model for the RSOA modulator in RoF links is proposed, which is based on the rate equation and traveling-wave equations with several assumptions. The model is implemented with the Symbolically Defined Devices (SDD) in Advanced Design System (ADS) and validated with experimental results. Detailed analysis regarding optical gain, harmonic and intermodulation distortions, and transmission performance is performed. The distribution of the carrier and Amplified Spontaneous Emission (ASE) is also demonstrated. Behavioral modeling of the RSOA modulator is to enable us to investigate the nonlinear distortion of the RSOA modulator from another perspective in system level. The Amplitude-to-Amplitude Conversion (AM-AM) and Amplitude-to-Phase Conversion (AM-PM) distortions of the RSOA modulator are demonstrated based on an Artificial Neural Network (ANN) and a generalized polynomial model. Another behavioral model based on Xparameters was obtained from the physical model. Compensation of the nonlinearity of the RSOA modulator is carried out based on a memory polynomial model. The nonlinear distortion of the RSOA modulator is reduced successfully. The improvement of the 3rd order intermodulation distortion is up to 17 dB. The Error Vector Magnitude (EVM) is improved from 6.1% to 2.0%. In the last part of this work, the performance of Fibre Optic Networks for Distributed and Extendible Heterogeneous Radio Architectures and Service Provisioning (FUTON) systems, which is the four-channel virtual Multiple Input Multiple Output (MIMO), is predicted by using the developed physical model. Based on Subcarrier Multiplexing (SCM) techniques, four-channel signals with 100 MHz bandwidth per channel are generated and used to drive the RSOA modulator. The transmission performance of the RSOA modulator under the broadband multi channels is depicted with the figure of merit, EVM under di erent adrature Amplitude Modulation (QAM) level of 64 and 254 for various number of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) subcarriers of 64, 512, 1024 and 2048.

Radio link quality estimation in wireless sensor networks: a survey

Radio link quality estimation in Wireless Sensor Networks (WSNs) has a fundamental impact on the network performance and also affects the design of higher-layer protocols. Therefore, for about a decade, it has been attracting a vast array of research works. Reported works on link quality estimation are typically based on different assumptions, consider different scenarios, and provide radically different (and sometimes contradictory) results. This article provides a comprehensive survey on related literature, covering the characteristics of low-power links, the fundamental concepts of link quality estimation in WSNs, a taxonomy of existing link quality estimators, and their performance analysis. To the best of our knowledge, this is the first survey tackling in detail link quality estimation in WSNs. We believe our efforts will serve as a reference to orient researchers and system designers in this area.