V-band 57-65 GHz receiver

A simple V-band radio IQ receiver architecture based around a six-port monolithic microwave integrated circuit (MMIC) is presented. The receiver assembly is designed to cover the 57-65 GHz broadband wireless communication system frequency allocation. The receiver that has an integral 10 dB microstrip antenna consumes 120 mW of dc power and occupies an area of 23 mm x 16 mm. The receiver can be used in heterodyne or in homodyne mode and has the capacity to demodulate quadrature amplitude modulation (QAM), binary phase shift keying (BPSK)/quadrature phase shift keying (QPSK)/offset quadrature phase shift keying (OQPSK). At 60 GHz the receiver can operate over 10 m range for transmitter effective isotropic radiated power (EIRP) of 20 dBm.

Correlation Rotation Linear Precoding for MIMO Broadcast Communications

A simple linear precoding technique is proposed for multiple input multiple output (MIMO) broadcast systems using phase shift keying (PSK) modulation. The proposed technique is based on the fact that, on an instantaneous basis, the interference between spatial links in a MIMO system can be constructive and can contribute to the power of the useful signal to improve the performance of signal detection. In MIMO downlinks this co-channel interference (CCI) can be predicted and characterised prior to transmission. Contrary to common practice where knowledge of the interference is used to eliminate it, the main idea proposed here is to use this knowledge to influence the interference and benefit from it, thus gaining advantage from energy already existing in the communication system that is left unexploited otherwise. The proposed precoding aims at adaptively rotating, rather than zeroing, the correlation between the MIMO substreams depending on the transmitted data, so that the signal of interfering transmissions is aligned to the signal of interest at each receive antenna. By doing so, the CCI is always kept constructive and the received signal to interference-plus-noise ratio (SINR) delivered to the mobile units (MUs) is enhanced without the need to invest additional signal power per transmitted symbol at the MIMO base station (BS). It is shown by means of theoretical analysis and simulations that the proposed MIMO precoding technique offers significant performance and throughput gains compared to its conventional counterparts.

Dynamic Linear Precoding for the Exploitation of Known Interference in MIMO Broadcast Systems

This paper introduces a novel channel inversion (CI) precoding scheme for the downlink of phase shift keying (PSK)-based multiple input multiple output (MIMO) systems. In contrast to common practice where knowledge of the interference is used to eliminate it, the main idea proposed here is to use this knowledge to glean benefit from the interference. It will be shown that the system performance can be enhanced by exploiting some of the existent inter-channel interference (ICI). This is achieved by applying partial channel inversion such that the constructive part of ICI is preserved and exploited while the destructive part is eliminated by means of CI precoding. By doing so, the effective signal to interference-plus-noise ratio (SINR) delivered to the mobile unit (MU) receivers is enhanced without the need to invest additional transmitted signal power at the MIMO base station (BS). It is shown that the trade-off to this benefit is a minor increase in the complexity of the BS processing. The presented theoretical analysis and simulations demonstrate that due to the SINR enhancement, significant performance and throughput gains are offered by the proposed MIMO precoding technique compared to its conventional counterparts.

Two-Stage Transmitter Precoding Based on Data-Driven Code Hopping and Partial Zero Forcing Beamforming for MC-DCMA Communications

This paper proposes a hybrid transmission technique based on adaptive code-to-user allocation and linear precoding for the downlink of phase shift keying (PSK) based multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA) systems. The proposed scheme is based on the separation of the instantaneous multiple access interference (MAI) into constructive and destructive components taking into account the dependency on both the channel variation and the instantaneous symbol values of the active users. The first stage of the proposed technique is to adaptively distribute the available spreading sequences to the users on a symbol-by-symbol basis in the form of codehopping with the objective to steer the users' instantaneous crosscorrelations to yield a favourable constructive to destructive MAI ratio. The second stage is to employ a partial transmitter based zero forcing (ZF) scheme specifically designed for the exploitation of constructive MAI. The partial ZF processing decorrelates destructive interferers, while users that interfere constructively remain correlated. This results in a signal to interference-plus-noise ratio (SINR) enhancement without the need for additional power-per-user investment. It will be shown in the results section that significant bit error rate (BER) performance benefits can be achieved with this technique.

Inverse Gaussian Modeling of Turbulence-Induced Fading in Free-Space Optical Systems

We propose the inverse Gaussian distribution, as a less complex alternative to the classical log-normal model, to describe turbulence-induced fading in free-space optical (FSO) systems operating in weak turbulence conditions and/or in the presence of aperture averaging effects. By conducting goodness of fit tests, we define the range of values of the scintillation index for various multiple-input multiple-output (MIMO) FSO configurations, where the two distributions approximate each other with a certain significance level. Furthermore, the bit error rate performance of two typical MIMO FSO systems is investigated over the new turbulence model; an intensity-modulation/direct detection MIMO FSO system with Q-ary pulse position modulation that employs repetition coding at the transmitter and equal gain combining at the receiver, and a heterodyne MIMO FSO system with differential phase-shift keying and maximal ratio combining at the receiver. Finally, numerical results are presented that validate the theoretical analysis and provide useful insights into the implications of the model parameters on the overall system performance. © 2011 IEEE.

Compressive Sensing based Detector for Sparse Signal Modulation in Precoded OFDM

In this paper, we propose a sparse signal modulation (SSM) method for precoded orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems and study the signal detection. Although a receiver is able to exploit a path diversity gain with random precoding in OFDM, the complexity of the receiver is usually high as the orthogonality is not retained due to precoding. However, with SSM, we can derive a low-complexity detector that can provide reasonably good performances with a low sparsity ratio based on the notion of compressive sensing (CS). An important feature of a CS detector is that it can estimate SSM signals with a small fraction of the received signals over sub-carriers. This feature can allow us to build a low cost receiver with a small number of demodulators.

The BRUTUS Automatic Cryptanalytic Framework: Testing CAESAR Authenticated Encryption Candidates for Weaknesses

This report summarizes our results from security analysis covering all 57 competitions for authenticated encryption: security, applicability, and robustness (CAESAR) first-round candidates and over 210 implementations. We have manually identified security issues with three candidates, two of which are more serious, and these ciphers have been withdrawn from the competition. We have developed a testing framework, BRUTUS, to facilitate automatic detection of simple security lapses and susceptible statistical structures across all ciphers. From this testing, we have security usage notes on four submissions and statistical notes on a further four. We highlight that some of the CAESAR algorithms pose an elevated risk if employed in real-life protocols due to a class of adaptive-chosen-plaintext attacks. Although authenticated encryption with associated data are often defined (and are best used) as discrete primitives that authenticate and transmit only complete messages, in practice, these algorithms are easily implemented in a fashion that outputs observable ciphertext data when the algorithm has not received all of the (attacker-controlled) plaintext. For an implementor, this strategy appears to offer seemingly harmless and compliant storage and latency advantages. If the algorithm uses the same state for secret keying information, encryption, and integrity protection, and the internal mixing permutation is not cryptographically strong, an attacker can exploit the ciphertext–plaintext feedback loop to reveal secret state information or even keying material. We conclude that the main advantages of exhaustive, automated cryptanalysis are that it acts as a very necessary sanity check for implementations and gives the cryptanalyst insights that can be used to focus more specific attack methods on given candidates.

Performance Analysis of a Low Complexity Detector for MCIK-OFDM over TWDP Fading

This letter analyzes the performance of a low complexity detection scheme for a multi-carrier index keying (MCIK) with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system over two-wave with diffused power (TWDP) fading channels. A closed-form expression for the average pairwise error probability (PEP) over TWDP fading channels is derived. This expression is used to analyze the performance of MCIK-OFDM in moderate, severe and extreme fading conditions. The presented results provide an insight on the performance of MCIK-OFDM for wireless communication systems that operate in enclosed metallic structures such as in-vehicular device-to-device (D2D) wireless networks.

A Low Complexity Detector with MRC Diversity Reception for MCIK-OFDM

Multi-carrier index keying (MCIK) is a recently developed transmission technique that exploits the sub-carrier indices as an additional degree of freedom for data transmission. This paper investigates the performance of a low complexity detection scheme with diversity reception for MCIK with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). For the performance evaluation, an exact and an approximate closed form expression for the pairwise error probability (PEP) of a greedy detector (GD) with maximal ratio combining (MRC) is derived. The presented results show that the performance of the GD is significantly improved when MRC diversity is employed. The proposed hybrid scheme is found to outperform maximum likelihood (ML) detection with a substantial reduction on the associated computational complexity.

All-optical processing systems based on semiconductor optical amplifiers

Nesta tese investigam-se e desenvolvem-se dispositivos para processamento integralmente óptico em redes com multiplexagem densa por divisão no comprimento de onda (DWDM). O principal objectivo das redes DWDM é transportar e distribuir um espectro óptico densamente multiplexado com sinais de débito binário ultra elevado, ao longo de centenas ou milhares de quilómetros de fibra óptica. Estes sinais devem ser transportados e encaminhados no domínio óptico de forma transparente, sem conversões óptico-eléctrico-ópticas (OEO), evitando as suas limitações e custos. A tecnologia baseada em amplificadores ópticos de semicondutor (SOA) é promissora graças aos seus efeitos não-lineares ultra-rápidos e eficientes, ao potencial para integração, reduzido consumo de potência e custos. Conversores de comprimento de onda são o elemento óptico básico para aumentar a capacidade da rede e evitar o bloqueio de comprimentos de onda. Neste trabalho, são estudados e analisados experimentalmente métodos para aumentar a largura de banda operacional de conversores de modulação cruzada de ganho (XGM), a fim de permitir a operação do SOA para além das suas limitações físicas. Conversão de um comprimento de onda, e conversão simultânea de múltiplos comprimentos de onda são testadas, usando interferómetros de Mach-Zehnder com SOA. As redes DWDM de alto débito binário requerem formatos de modulação optimizados, com elevada tolerância aos efeitos nefastos da fibra, e reduzida ocupação espectral. Para esse efeito, é vital desenvolver conversores integramente ópticos de formatos de modulação, a fim de permitir a interligação entre as redes já instaladas, que operam com modulação de intensidade, e as redes modernas, que utilizam formatos de modulação avançados. No âmbito deste trabalho é proposto um conversor integralmente óptico de formato entre modulação óptica de banda lateral dupla e modulação óptica de banda lateral residual; este é caracterizado através de simulação e experimentalmente. Adicionalmente, é proposto um conversor para formato de portadora suprimida, através de XGM e modulação cruzada de fase. A interligação entre as redes de transporte com débito binário ultra-elevado e as redes de acesso com débito binário reduzido requer conversão óptica de formato de impulso entre retorno-a-zero (RZ) e não-RZ. São aqui propostas e investigadas duas estruturas distintas: uma baseada em filtragem desalinhada do sinal convertido por XGM; uma segunda utiliza as dinâmicas do laser interno de um SOA com ganho limitado (GC-SOA). Regeneração integralmente óptica é essencial para reduzir os custos das redes. Dois esquemas distintos são utilizados para regeneração: uma estrutura baseada em MZI-SOA, e um método no qual o laser interno de um GC-SOA é modulado com o sinal distorcido a regenerar. A maioria dos esquemas referidos é testada experimentalmente a 40 Gb/s, com potencial para aplicação a débitos binários superiores, demonstrado que os SOA são uma tecnologia basilar para as redes ópticas do futuro.

Visible light communication systems for road safety applications

Esta tese apresenta um estudo exploratório sobre sistemas de comunicação por luz visível e as suas aplicações em sistemas de transporte inteligentes como forma a melhorar a segurança nas estradas. Foram desenvolvidos neste trabalho, modelos conceptuais e analíticos adequados à caracterização deste tipo de sistemas. Foi desenvolvido um protótipo de baixo custo, capaz de suportar a disseminação de informação utilizando semáforos. A sua realização carece de um estudo detalhado, nomeadamente: i) foi necessário obter modelos capazes de descrever os padrões de radiação numa área de serviço pré-definida; ii) foi necessário caracterizar o meio de comunicações; iii) foi necessário estudar o comportamento de vários esquemas de modulação de forma a optar pelo mais robusto; finalmente, iv) obter a implementação do sistema baseado em FPGA e componentes discretos. O protótipo implementado foi testado em condições reais. Os resultados alcançados mostram os méritos desta solução, chegando mesmo a encorajar a utilização desta tecnologia em outros cenários de aplicação.

Design and optimization next generation passive all-optical networks

Este trabalho investiga novas metodologias para as redes óticas de acesso de próxima geração (NG-OAN). O trabalho está dividido em quatro tópicos de investigação: projeto da rede, modelos numéricos para efeitos não lineares da fibra ótica, impacto dos efeitos não lineares da fibra ótica e otimização da rede. A rede ótica de acesso investigada nesse trabalho está projetado para suprir os requisitos de densidade de utilizadores e cobertura, isto é, suportar muitos utilizadores ( 1000) com altas velocidades de conexão dedicada ( 1 Gb/s) ocupando uma faixa estreita do espectro ( 25 nm) e comprimentos de fibra ótica até 100 km. Os cenários são baseados em redes óticas passivas com multiplexagem por divisão no comprimento de onda de alta densidade (UDWDM-PON) utilizando transmissores/receptores coerentes nos terminais da rede. A rede é avaliada para vários ritmos de transmissão usando formatos de modulação avançados, requisitos de largura de banda por utilizador e partilha de banda com tecnologias tradicionais de redes óticas passivas (PON). Modelos numéricos baseados em funções de transferência das séries de Volterra (VSTF) são demonstrados tanto para a análise dos efeitos não lineares da fibra ótica quanto para avaliação do desempenho total da rede. São apresentadas as faixas de potência e distância de transmissão nas quais as séries de Volterra apresentam resultados semelhantes ao modelo referência Split-Step Fourier (SSF) (validado experimentalmente) para o desempenho total da rede. Além disso, um algoritmo, que evita componentes espectrais com intensidade nulo, é proposto para realizar cálculos rápidos das séries. O modelo VSTF é estendido para identificar unicamente os efeitos não lineares da fibra ótica mais relevantes no cenário investigado: Self-Phase Modulation (SPM), Cross-Phase Modulation (XPM) e Four-Wave Mixing (FWM). Simulações numéricas são apresentadas para identificar o impacto isolado de cada efeito não linear da fibra ótica, SPM, XPM e FWM, no desempenho da rede com detecção coerente UDWDM-PON, transportando canais com modulação digital em fase (M-ária PSK) ou modulação digital em amplitude (M-ária QAM). A análise numérica é estendida para diferentes comprimentos de fibra ótica mono modo (SSMF), potência por canal e ritmo de transmissão por canal. Por conseguinte, expressões analíticas são extrapoladas para determinar a evolução do SPM, XPM e FWM em função da potência e distância de transmissão em cenários NG-OAN. O desempenho da rede é otimizada através da minimização parcial da interferência FWM (via espaçamento desigual dos canais), que nesse caso, é o efeito não linear da fibra ótica mais relevante. Direções para melhorias adicionas no desempenho da rede são apresentados para cenários em que o XPM é relevante, isto é, redes transportando formatos de modulação QAM. A solução, nesse caso, é baseada na utilização de técnicas de processamento digital do sinal.

Schauder – Zur Dekonstruktion eines Spürens

Zusammenfassung: Ziel der Arbeit ist den Sinn von Schauder philosophisch zu erhellen. An einem Einzelphänomen, wie es so bisher nicht behandelt wurde, wird zugleich das Geflecht von Affekt/Emotion/Gefühl, gestützt auf Hegel, Heidegger, Husserl, Freud und Lacan, in immer neuen Ansätzen kritisch reflektiert und Zug um Zug mit Derrida dekonstruiert. In einem Textverfahren, das sich auch grafisch durch gegenübergestellte Kolumnen auszeichnet, werden heterogene Ansätze zum Sinn von Schauder mit dekonstruktivistischen Einsichten konfrontiert. Die Ansätze, Schauder über Datum, Begriff, Phänomen oder Strukturelement bestimmen zu wollen, durchdringen sich dabei mit denjenigen, die sich einer solchen Bestimmung entziehen (Hegels Negativität, Heideggers Seinsentzug oder Lacans Signifikantenmangel). Am Fokus Schauder, an dem sich das Fiktive einer mit sich selbst identischen Präsenz besonders eindringlich darstellt, werden so spezifische Aporien der Metaphysik der Präsenz entfaltet und die Geschlossenheit logozentristischer Systeme in die Bewegung einer anderen Öffnung und Schließung im Sinn der Schrift bzw. des allgemeinen Textes transformiert. Neben der différance, dem Entzug der Metapher, dem Supplement und dem Gespenstischen stützt sich die Arbeit auf die Iterabilität, bei der im selben Zug die Identität des Sinns gestiftet und zerstreut wird (Dissemination). Im Kapitel Piloerection werden Ambivalenzen und Paradoxien des Schauders am Beispiel von computergestützten empirisch-psychologischen Studien aufgezeigt. Im Kapitel Atopologie des Schauders prädikative, propositionale und topologische Bedingungen zum Sinn von Schauder analysiert und dekonstruiert. Ebenso, im Folgekapitel Etymon, etymologische und technisch-mediale Bedingungen. Im Schlußkapitel Maß, Anmaß, Unmaß der Empfindung des Schauders wird am Beispiel der konkreten Beiträge zum Schauder von Aristoteles, Kant, Fechner, Otto, Klages, Lorenz und Adorno aufgezeigt, dass (1) ein Schauder nicht von einem Außen aus an-gemessen werden kann, (2) sich im Schauder die metaphysische Opposition von Fiktion und Realität in einer Unentscheidbarkeit zerstreut, (3) dass trotz der Heterogenität der Ansätze in diesen Beiträgen eine Komplizenschaft zum Ausdruck kommt: ein Begehren nach Präsenz, das durch den Ausschluß des Anderen zugleich die Gewalt des Einen produziert, (4) dass der Signifikant Schauder, der selbst in Abwesenheit eines Referenten, eines bestimmten Signifikats, einer aktuellen Bedeutungs­intention, eines Sen­ders oder Empfängers funktioniert, als verändertes Zu­rückbleiben eines differenzieller Zeichens betrachtet werden muss, als Effekt von Spuren, die sich nur in ihrem eige­nen Auslöschen ereignen. Die Arbeit schließt mit dem Vorschlag, Spüren jenseits von Arché, Telos oder Eschaton, jenseits eines Phallogozentrismus in der derridaschen Spur zu denken. Nicht zuletzt über diese Pfropfung, wie sie im Französischen [trace] so nicht möglich ist, schließt sie als deutschsprachiger Beitrag an sein Werk an.

Matlab Code for Modulators

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.

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.