Precoder Detection for Cooperative Decode-and-Forward Relaying in OFDMA Systems

We consider an LTE network where a secondary user acts as a relay, transmitting data to the primary user using a decode-and-forward mechanism, transparent to the base-station (eNodeB). Clearly, the relay can decode symbols more reliably if the employed precoder matrix indicators (PMIs) are known. However, for closed loop spatial multiplexing (CLSM) transmit mode, this information is not always embedded in the downlink signal, leading to a need for effective methods to determine the PMI. In this thesis, we consider 2x2 MIMO and 4x4 MIMO downlink channels corresponding to CLSM and formulate two techniques to estimate the PMI at the relay using a hypothesis testing framework. We evaluate their performance via simulations for various ITU channel models over a range of SNR and for different channel quality indicators (CQIs). We compare them to the case when the true PMI is known at the relay and show that the performance of the proposed schemes are within 2 dB at 10% block error rate (BLER) in almost all scenarios. Furthermore, the techniques add minimal computational overhead over existent receiver structure. Finally, we also identify scenarios when using the proposed precoder detection algorithms in conjunction with the cooperative decode-and-forward relaying mechanism benefits the PUE and improves the BLER performance for the PUE. Therefore, we conclude from this that the proposed algorithms as well as the cooperative relaying mechanism at the CMR can be gainfully employed in a variety of real-life scenarios in LTE networks.

Múltiplas antenas como alternativa para aumentar a taxa de extração de chaves secretas em redes veiculares com desvanecimento lento

The communication in vehicular ad hoc networks (VANETs) is commonly divided in two scenarios, namely vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I). Aiming at establishing secure communication against eavesdroppers, recent works have proposed the exchange of secret keys based on the variation in received signal strength (RSS). However, the performance of such scheme depends on the channel variation rate, being more appropriate for scenarios where the channel varies rapidly, as is usually the case with V2V communication. In the communication V2I, the channel commonly undergoes slow fading. In this work we propose the use of multiple antennas in order to artificially generate a fast fading channel so that the extraction of secret keys out of the RSS becomes feasible in a V2I scenario. Numerical analysis shows that the proposed model can outperform, in terms of secret bit extraction rate, a frequency hopping-based method proposed in the literature.

HIV Reverse Transcriptase Fidelity And Inhibition Are Modulated By Divalent Cations In A Concentration-Dependent Manner In Vitro

Human immunodeficiency virus (HIV) rapidly evolves through generation and selection of mutants that can escape drug therapy. This process is fueled, in part, by the presumably highly error prone polymerase reverse transcriptase (RT). Fidelity of polymerases can be influenced by cation co-factors. Physiologically, magnesium (Mg2+) is used as a co-factor by RT to perform catalysis, however, alternative cations including manganese (Mn2+), cobalt (Co2+), and zinc (Zn2+) can also be used. I demonstrate here that fidelity and inhibition of HIV RT can be influenced differently, in vitro, by divalent cations depending on their concentration. The reported mutation frequency for purified HIV RT in vitro is typically in the 10-4 range (per nucleotide addition), making the enzyme several-fold less accurate than most polymerases. Paradoxically, results examining HIV replication in cells indicate an error frequency that is ~10 times lower than the error rate obtained in the test tube. Here, I reconcile, at least in part, these discrepancies by showing that HIV RT fidelity in vitro is in the same range as cellular results, in physiological concentrations of free Mg2+ (~0.25 mM). At low Mg2+, mutation rates were 5-10 times lower compared to high Mg2+ conditions (5-10 mM). Alternative divalent cations also have a concentration-dependent effect on RT fidelity. Presumed promutagenic cations Mn2+ and Co2+ decreases the fidelity of RT only at elevated concentrations, and Zn2+, when present in low concentration, increases the fidelity of HIV-1 RT by ~2.5 fold compared to Mg2+. HIV-1 and HIV-2 RT inhibition by nucleoside (NRTIs) and non-nucleoside RT inhibitors (NNRTIs) in vitro is also affected by the Mg2+ concentration. NRTIs lacking 3'-OH group inhibited both enzymes less efficiently in low Mg2+ than in high Mg2+; whereas inhibition by the “translocation defective RT inhibitor”, which retains the 3ʹ-OH, was unaffected by Mg2+ concentration, suggesting that NRTIs with a 3ʹ-OH group may be more potent than other NRTIs. In contrast, NNRTIs were more effective in low vs. high Mg2+ conditions. Overall, the studies presented reveal strategies for designing novel RT inhibitors and strongly emphasize the need for studying HIV RT and RT inhibitors in physiologically relevant low Mg2+ conditions.

Errors in preparation and medication management in nursing professionals

The preparation and administration of medications is one of the most common and relevant functions of nurses, demanding great responsibility. Incorrect administration of medication, currently constitutes a serious problem in health services, and is considered one of the main adverse effects suffered by hospitalized patients. Objectives: Identify the major errors in the preparation and administration of medication by nurses in hospitals and know what factors lead to the error occurred in the preparation and administration of medication. Methods: A systematic review of the literature. Deined as inclusion criteria: original scientiic papers, complete, published in the period 2011 to May 2016, the SciELO and LILACS databases, performed in a hospital environment, addressing errors in preparation and administration of medication by nurses and in Portuguese language. After application of the inclusion criteria obtained a sample of 7 articles. Results: The main errors identiied in the pr eparation and administration of medication were wrong dose 71.4%, wrong time 71.4%, 57.2% dilution inadequate, incorrect selection of the patient 42.8% and 42.8% via inadequate. The factors that were most commonly reported by the nursing staff, as the cause of the error was the lack of human appeal 57.2%, inappropriate locations for the preparation of medication 57.2%, the presence of noise and low brightness in preparation location 57, 2%, professionals untrained 42.8%, fatigue and stress 42.8% and inattention 42.8%. Conclusions: The literature shows a high error rate in the preparation and administration of medication for various reasons, making it important that preventive measures of this occurrence are implemented.

A medida e as escalas de avaliação da saúde das populações neonatais e pediátricas : estudo de simulação de Monte Carlo com variáveis ordinais

A investigação na área da saúde e a utilização dos seus resultados tem funcionado como base para a melhoria da qualidade de cuidados, exigindo dos profissionais de saúde conhecimentos na área específica onde desempenham funções, conhecimentos em metodologia de investigação que incluam as técnicas de observação, técnicas de recolha e análise de dados, para mais facilmente serem leitores capacitados dos resultados da investigação. Os profissionais de saúde são observadores privilegiados das respostas humanas à saúde e à doença, podendo contribuir para o desenvolvimento e bem-estar dos indivíduos muitas vezes em situações de grande vulnerabilidade. Em saúde infantil e pediatria o enfoque está nos cuidados centrados na família privilegiando-se o desenvolvimento harmonioso da criança e jovem, valorizando os resultados mensuráveis em saúde que permitam determinar a eficácia das intervenções e a qualidade de saúde e de vida. No contexto pediátrico realçamos as práticas baseadas na evidência, a importância atribuída à pesquisa e à aplicação dos resultados da investigação nas práticas clínicas, assim como o desenvolvimento de instrumentos de mensuração padronizados, nomeadamente as escalas de avaliação, de ampla utilização clínica, que facilitam a apreciação e avaliação do desenvolvimento e da saúde das crianças e jovens e resultem em ganhos em saúde. A observação de forma sistematizada das populações neonatais e pediátricas com escalas de avaliação tem vindo a aumentar, o que tem permitido um maior equilíbrio na avaliação das crianças e também uma observação baseada na teoria e nos resultados da investigação. Alguns destes aspetos serviram de base ao desenvolvimento deste trabalho que pretende dar resposta a 3 objetivos fundamentais. Para dar resposta ao primeiro objetivo, “Identificar na literatura científica, os testes estatísticos mais frequentemente utilizados pelos investigadores da área da saúde infantil e pediatria quando usam escalas de avaliação” foi feita uma revisão sistemática da literatura, que tinha como objetivo analisar artigos científicos cujos instrumentos de recolha de dados fossem escalas de avaliação, na área da saúde da criança e jovem, desenvolvidas com variáveis ordinais, e identificar os testes estatísticos aplicados com estas variáveis. A análise exploratória dos artigos permitiu-nos verificar que os investigadores utilizam diferentes instrumentos com diferentes formatos de medida ordinal (com 3, 4, 5, 7, 10 pontos) e tanto aplicam testes paramétricos como não paramétricos, ou os dois em simultâneo, com este tipo de variáveis, seja qual for a dimensão da amostra. A descrição da metodologia nem sempre explicita se são cumpridas as assunções dos testes. Os artigos consultados nem sempre fazem referência à distribuição de frequência das variáveis (simetria/assimetria) nem à magnitude das correlações entre os itens. A leitura desta bibliografia serviu de suporte à elaboração de dois artigos, um de revisão sistemática da literatura e outro de reflexão teórica. Apesar de terem sido encontradas algumas respostas às dúvidas com que os investigadores e os profissionais, que trabalham com estes instrumentos, se deparam, verifica-se a necessidade de desenvolver estudos de simulação que confirmem algumas situações reais e alguma teoria já existente, e trabalhem outros aspetos nos quais se possam enquadrar os cenários reais de forma a facilitar a tomada de decisão dos investigadores e clínicos que utilizam escalas de avaliação. Para dar resposta ao segundo objetivo “Comparar a performance, em termos de potência e probabilidade de erro de tipo I, das 4 estatísticas da MANOVA paramétrica com 2 estatísticas da MANOVA não paramétrica quando se utilizam variáveis ordinais correlacionadas, geradas aleatoriamente”, desenvolvemos um estudo de simulação, através do Método de Monte Carlo, efetuado no Software R. O delineamento do estudo de simulação incluiu um vetor com 3 variáveis dependentes, uma variável independente (fator com três grupos), escalas de avaliação com um formato de medida com 3, 4, 5, e 7 pontos, diferentes probabilidades marginais (p1 para distribuição simétrica, p2 para distribuição assimétrica positiva, p3 para distribuição assimétrica negativa e p4 para distribuição uniforme) em cada um dos três grupos, correlações de baixa, média e elevada magnitude (r=0.10, r=0.40, r=0.70, respetivamente), e seis dimensões de amostras (n=30, 60, 90, 120, 240, 300). A análise dos resultados permitiu dizer que a maior raiz de Roy foi a estatística que apresentou estimativas de probabilidade de erro de tipo I e de potência de teste mais elevadas. A potência dos testes apresenta comportamentos diferentes, dependendo da distribuição de frequência da resposta aos itens, da magnitude das correlações entre itens, da dimensão da amostra e do formato de medida da escala. Tendo por base a distribuição de frequência, considerámos três situações distintas: a primeira (com probabilidades marginais p1,p1,p4 e p4,p4,p1) em que as estimativas da potência eram muito baixas, nos diferentes cenários; a segunda situação (com probabilidades marginais p2,p3,p4; p1,p2,p3 e p2,p2,p3) em que a magnitude das potências é elevada, nas amostras com dimensão superior ou igual a 60 observações e nas escalas com 3, 4,5 pontos e potências de magnitude menos elevada nas escalas com 7 pontos, mas com a mesma ma magnitude nas amostras com dimensão igual a 120 observações, seja qual for o cenário; a terceira situação (com probabilidades marginais p1,p1,p2; p1,p2,p4; p2,p2,p1; p4,p4,p2 e p2,p2,p4) em que quanto maiores, a intensidade das correlações entre itens e o número de pontos da escala, e menor a dimensão das amostras, menor a potência dos testes, sendo o lambda de Wilks aplicado às ordens mais potente do que todas as outra s estatísticas da MANOVA, com valores imediatamente a seguir à maior raiz de Roy. No entanto, a magnitude das potências dos testes paramétricos e não paramétricos assemelha-se nas amostras com dimensão superior a 90 observações (com correlações de baixa e média magnitude), entre as variáveis dependentes nas escalas com 3, 4 e 5 pontos; e superiores a 240 observações, para correlações de baixa intensidade, nas escalas com 7 pontos. No estudo de simulação e tendo por base a distribuição de frequência, concluímos que na primeira situação de simulação e para os diferentes cenários, as potências são de baixa magnitude devido ao facto de a MANOVA não detetar diferenças entre grupos pela sua similaridade. Na segunda situação de simulação e para os diferentes cenários, a magnitude das potências é elevada em todos os cenários cuja dimensão da amostra seja superior a 60 observações, pelo que é possível aplicar testes paramétricos. Na terceira situação de simulação, e para os diferentes cenários quanto menor a dimensão da amostra e mais elevada a intensidade das correlações e o número de pontos da escala, menor a potência dos testes, sendo a magnitude das potências mais elevadas no teste de Wilks aplicado às ordens, seguido do traço de Pillai aplicado às ordens. No entanto, a magnitude das potências dos testes paramétricos e não paramétricos assemelha-se nas amostras com maior dimensão e correlações de baixa e média magnitude. Para dar resposta ao terceiro objetivo “Enquadrar os resultados da aplicação da MANOVA paramétrica e da MANOVA não paramétrica a dados reais provenientes de escalas de avaliação com um formato de medida com 3, 4, 5 e 7 pontos, nos resultados do estudo de simulação estatística” utilizaram-se dados reais que emergiram da observação de recém-nascidos com a escala de avaliação das competências para a alimentação oral, Early Feeding Skills (EFS), o risco de lesões da pele, com a Neonatal Skin Risk Assessment Scale (NSRAS), e a avaliação da independência funcional em crianças e jovens com espinha bífida, com a Functional Independence Measure (FIM). Para fazer a análise destas escalas foram realizadas 4 aplicações práticas que se enquadrassem nos cenários do estudo de simulação. A idade, o peso, e o nível de lesão medular foram as variáveis independentes escolhidas para selecionar os grupos, sendo os recém-nascidos agrupados por “classes de idade gestacional” e por “classes de peso” as crianças e jovens com espinha bífida por “classes etárias” e “níveis de lesão medular”. Verificou-se um bom enquadramento dos resultados com dados reais no estudo de simulação.

Classificação de esquizofrenia com base em máquinas de suporte vetorial aplicadas a características de imagens de ressonância magnética

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2015.

Development of a novel platform for high-throughput gene design and artificial gene synthesis to produce large libraries of recombinant venom peptides for drug discovery

Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias na Especialidade de Ciências Biológicas e Biomédicas

Using dysphonic voice to characterize speaker's biometry

Phonation distortion leaves relevant marks in a speaker's biometric profile. Dysphonic voice production may be used for biometrical speaker characterization. In the present paper phonation features derived from the glottal source (GS) parameterization, after vocal tract inversion, is proposed for dysphonic voice characterization in Speaker Verification tasks. The glottal source derived parameters are matched in a forensic evaluation framework defining a distance-based metric specification. The phonation segments used in the study are derived from fillers, long vowels, and other phonation segments produced in spontaneous telephone conversations. Phonated segments from a telephonic database of 100 male Spanish native speakers are combined in a 10-fold cross-validation task to produce the set of quality measurements outlined in the paper. Shimmer, mucosal wave correlate, vocal fold cover biomechanical parameter unbalance and a subset of the GS cepstral profile produce accuracy rates as high as 99.57 for a wide threshold interval (62.08-75.04%). An Equal Error Rate of 0.64 % can be granted. The proposed metric framework is shown to behave more fairly than classical likelihood ratios in supporting the hypothesis of the defense vs that of the prosecution, thus ofering a more reliable evaluation scoring. Possible applications are Speaker Verification and Dysphonic Voice Grading.

Comparison of Computer-Based and Optical Face Recognition Paradigms

The main objectives of this thesis are to validate an improved principal components analysis (IPCA) algorithm on images; designing and simulating a digital model for image compression, face recognition and image detection by using a principal components analysis (PCA) algorithm and the IPCA algorithm; designing and simulating an optical model for face recognition and object detection by using the joint transform correlator (JTC); establishing detection and recognition thresholds for each model; comparing between the performance of the PCA algorithm and the performance of the IPCA algorithm in compression, recognition and, detection; and comparing between the performance of the digital model and the performance of the optical model in recognition and detection. The MATLAB © software was used for simulating the models. PCA is a technique used for identifying patterns in data and representing the data in order to highlight any similarities or differences. The identification of patterns in data of high dimensions (more than three dimensions) is too difficult because the graphical representation of data is impossible. Therefore, PCA is a powerful method for analyzing data. IPCA is another statistical tool for identifying patterns in data. It uses information theory for improving PCA. The joint transform correlator (JTC) is an optical correlator used for synthesizing a frequency plane filter for coherent optical systems. The IPCA algorithm, in general, behaves better than the PCA algorithm in the most of the applications. It is better than the PCA algorithm in image compression because it obtains higher compression, more accurate reconstruction, and faster processing speed with acceptable errors; in addition, it is better than the PCA algorithm in real-time image detection due to the fact that it achieves the smallest error rate as well as remarkable speed. On the other hand, the PCA algorithm performs better than the IPCA algorithm in face recognition because it offers an acceptable error rate, easy calculation, and a reasonable speed. Finally, in detection and recognition, the performance of the digital model is better than the performance of the optical model.

Conversação homem-máquina. Caracterização e avaliação do estado actual das soluções de speech recognition, speech synthesis e sistemas de conversação homem-máquina

A comunicação verbal humana é realizada em dois sentidos, existindo uma compreensão de ambas as partes que resulta em determinadas considerações. Este tipo de comunicação, também chamada de diálogo, para além de agentes humanos pode ser constituído por agentes humanos e máquinas. A interação entre o Homem e máquinas, através de linguagem natural, desempenha um papel importante na melhoria da comunicação entre ambos. Com o objetivo de perceber melhor a comunicação entre Homem e máquina este documento apresenta vários conhecimentos sobre sistemas de conversação Homemmáquina, entre os quais, os seus módulos e funcionamento, estratégias de diálogo e desafios a ter em conta na sua implementação. Para além disso, são ainda apresentados vários sistemas de Speech Recognition, Speech Synthesis e sistemas que usam conversação Homem-máquina. Por último são feitos testes de performance sobre alguns sistemas de Speech Recognition e de forma a colocar em prática alguns conceitos apresentados neste trabalho, é apresentado a implementação de um sistema de conversação Homem-máquina. Sobre este trabalho várias ilações foram obtidas, entre as quais, a alta complexidade dos sistemas de conversação Homem-máquina, a baixa performance no reconhecimento de voz em ambientes com ruído e as barreiras que se podem encontrar na implementação destes sistemas.

Improving Bangla ocr output through correction algorithms

Bangla OCR (Optical Character Recognition) is a long deserving software for Bengali community all over the world. Numerous e efforts suggest that due to the inherent complex nature of Bangla alphabet and its word formation process development of high fidelity OCR producing a reasonably acceptable output still remains a challenge. One possible way of improvement is by using post processing of OCR’s output; algorithms such as Edit Distance and the use of n-grams statistical information have been used to rectify misspelled words in language processing. This work presents the first known approach to use these algorithms to replace misrecognized words produced by Bangla OCR. The assessment is made on a set of fifty documents written in Bangla script and uses a dictionary of 541,167 words. The proposed correction model can correct several words lowering the recognition error rate by 2.87% and 3.18% for the character based n- gram and edit distance algorithms respectively. The developed system suggests a list of 5 (five) alternatives for a misspelled word. It is found that in 33.82% cases, the correct word is the topmost suggestion of 5 words list for n-gram algorithm while using Edit distance algorithm the first word in the suggestion properly matches 36.31% of the cases. This work will ignite rooms of thoughts for possible improvements in character recognition endeavour.

Coexistence of high-bit-rate quantum key distribution and data on optical fiber

Quantum key distribution (QKD) uniquely allows distribution of cryptographic keys with security verified by quantum mechanical limits. Both protocol execution and subsequent applications require the assistance of classical data communication channels. While using separate fibers is one option, it is economically more viable if data and quantum signals are simultaneously transmitted through a single fiber. However, noise-photon contamination arising from the intense data signal has severely restricted both the QKD distances and secure key rates. Here, we exploit a novel temporal-filtering effect for noise-photon rejection. This allows high-bit-rate QKD over fibers up to 90 km in length and populated with error-free bidirectional Gb/s data communications. With high-bit rate and range sufficient for important information infrastructures, such as smart cities and 10 Gbit Ethernet, QKD is a significant step closer towards wide-scale deployment in fiber networks.