Real-space grids and the Octopus code as tools for the development of new simulation approaches for electronic systems

Real-space grids are a powerful alternative for the simulation of electronic systems. One of the main advantages of the approach is the flexibility and simplicity of working directly in real space where the different fields are discretized on a grid, combined with competitive numerical performance and great potential for parallelization. These properties constitute a great advantage at the time of implementing and testing new physical models. Based on our experience with the Octopus code, in this article we discuss how the real-space approach has allowed for the recent development of new ideas for the simulation of electronic systems. Among these applications are approaches to calculate response properties, modeling of photoemission, optimal control of quantum systems, simulation of plasmonic systems, and the exact solution of the Schrödinger equation for low-dimensionality systems.

People and places: Understanding geographical accuracy in administrative data from the census and healthcare systems

Administrative systems such as health care registration are of increasing importance in providing information for statistical, research, and policy purposes. There is thus a pressing need to understand better the detailed relationship between population characteristics as recorded in such systems and conventional censuses. This paper explores these issues using the unique Northern Ireland Longitudinal Study (NILS). It takes the 2001 Census enumeration as a benchmark and analyses the social, demographic and spatial patterns of mismatch with the health register at individual level. Descriptive comparison is followed by multivariate and multilevel analyses which show that approximately 25% of individuals are reported to be in different addresses and that age, rurality, education, and housing type are all important factors. This level of mismatch appears to be maintained over time, as earlier migrants who update their address details are replaced by others who have not yet done so. In some cases, apparent mismatches seem likely to reflect complex multi-address living arrangements rather than data error.

Managing the Entanglement: Complexity Leadership in Public Sector Systems

Abstract
Complexity and environmental uncertainty in public sector systems requires leaders to balance the administrative practices necessary to be aligned and efficient in the management of routine challenges, and the adaptive practices required to respond to complex and dynamic circumstances. Conventional notions of leadership in the field of public administration do not fully explain the role of leadership in enabling and balancing the entanglement of formal, top-down, administrative functions and informal, emergent, adaptive functions within public sector settings with different levels of complexity. Drawing on and extending existing complexity leadership constructs, this paper explores how change was enabled over the duration of three urban regeneration projects, each representing high, medium and low levels of project complexity. The data reveals six distinct yet interconnected functions of enabling leadership that were identified within the three urban regeneration projects. The paper contributes to our understanding of how leadership is enacted and poses questions for those engaged in leading in complex public sector settings.

Channel and frequency offset estimation schemes for multicarrier systems

O presente trabalho aborda o problema da estimação de canal e da estimação de desvio de frequência em sistemas OFDM com múltiplas configurações de antenas no transmissor e no receptor. Nesta tese é apresentado o estudo teórico sobre o impacto da densidade de pilotos no desempenho da estimação de canal em sistemas OFDM e são propostos diversos algoritmos para estimação de canal e estimação de desvio de frequência em sistemas OFDM com antenas únicas no transmissor e receptor, com diversidade de transmissão e MIMO. O estudo teórico culmina com a formulação analítica do erro quadrático médio de um estimador de canal genérico num sistema OFDM que utilize pilotos dedicados, distribuidos no quadro transmitido em padrões bi-dimensionais. A formulação genérica é concretizada para o estimador bi-dimensional LS-DFT, permitindo aferir da exactidão da formulação analítica quando comparada com os valores obtidos por simulação do sistema abordado. Os algoritmos de estimação investigados tiram partido da presença de pilotos dedicados presentes nos quadros transmitidos para estimar com precisão os parâmetros pretendidos. Pela sua baixa complexidade, estes algoritmos revelam-se especialmente adequados para implementação em terminais móveis com capacidade computacional e consumo limitados. O desempenho dos algoritmos propostos foi avaliado por meio de simulação do sistema utilizado, recorrendo a modelos aceites de caracterização do canal móvel multipercurso. A comparação do seu desempenho com algoritmos de referência permitir aferir da sua validade. ABSTRACT: The present work focus on the problem of channel estimation and frequency offset estimation in OFDM systems, with different antenna configurations at both the transmitter and the receiver. This thesis presents the theoretical study of the impact of the pilot density in the performance of the channel estimation in OFDM systems and proposes several channel and frequency offset algorithms for OFDM systems with single antenna at both transmitter and receiver, with transmitter diversity and MIMO. The theoretical study results in the analytical formulation of the mean square error of a generic channel estimator for an OFDM system using dedicated pilots, distributed in the transmitted frame in two-dimensional patterns. The generic formulation is implemented for the two-dimensional LS-DFT estimator to verify the accuracy of the analytical formulation when compared with the values obtained by simulation of the discussed system. The investigated estimation algorithms take advantage of the presence of dedicated pilots present in the transmitted frames to accurately estimate the required parameters. Due to its low complexity, these algorithms are especially suited for implementation in mobile terminals with limited processing power and consumption. The performance of the proposed algorithms was evaluated by simulation of the used system, using accepted multipath mobile channel models. The comparison of its performance with the one of reference algorithms measures its validity.

Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contrastedetalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Automatic information and safety systems for driving assistance

O objeto principal desta tese é o estudo de algoritmos de processamento e representação automáticos de dados, em particular de informação obtida por sensores montados a bordo de veículos (2D e 3D), com aplicação em contexto de sistemas de apoio à condução. O trabalho foca alguns dos problemas que, quer os sistemas de condução automática (AD), quer os sistemas avançados de apoio à condução (ADAS), enfrentam hoje em dia. O documento é composto por duas partes. A primeira descreve o projeto, construção e desenvolvimento de três protótipos robóticos, incluindo pormenores associados aos sensores montados a bordo dos robôs, algoritmos e arquitecturas de software. Estes robôs foram utilizados como plataformas de ensaios para testar e validar as técnicas propostas. Para além disso, participaram em várias competições de condução autónoma tendo obtido muito bons resultados. A segunda parte deste documento apresenta vários algoritmos empregues na geração de representações intermédias de dados sensoriais. Estes podem ser utilizados para melhorar técnicas já existentes de reconhecimento de padrões, deteção ou navegação, e por este meio contribuir para futuras aplicações no âmbito dos AD ou ADAS. Dado que os veículos autónomos contêm uma grande quantidade de sensores de diferentes naturezas, representações intermédias são particularmente adequadas, pois podem lidar com problemas relacionados com as diversas naturezas dos dados (2D, 3D, fotométrica, etc.), com o carácter assíncrono dos dados (multiplos sensores a enviar dados a diferentes frequências), ou com o alinhamento dos dados (problemas de calibração, diferentes sensores a disponibilizar diferentes medições para um mesmo objeto). Neste âmbito, são propostas novas técnicas para a computação de uma representação multi-câmara multi-modal de transformação de perspectiva inversa, para a execução de correcção de côr entre imagens de forma a obter mosaicos de qualidade, ou para a geração de uma representação de cena baseada em primitivas poligonais, capaz de lidar com grandes quantidades de dados 3D e 2D, tendo inclusivamente a capacidade de refinar a representação à medida que novos dados sensoriais são recebidos.

Analysis, modeling, design and optimization of future communications systems: from theory to practice

Esta tese descreve uma framework de trabalho assente no paradigma multi-camada para analisar, modelar, projectar e optimizar sistemas de comunicação. Nela se explora uma nova perspectiva acerca da camada física que nasce das relações entre a teoria de informação, estimação, métodos probabilísticos, teoria da comunicação e codificação. Esta framework conduz a métodos de projecto para a próxima geração de sistemas de comunicação de alto débito. Além disso, a tese explora várias técnicas de camada de acesso com base na relação entre atraso e débito para o projeto de redes sem fio tolerantes a atrasos. Alguns resultados fundamentais sobre a interação entre a teoria da informação e teoria da estimação conduzem a propostas de um paradigma alternativo para a análise, projecto e optimização de sistemas de comunicação. Com base em estudos sobre a relação entre a informação recíproca e MMSE, a abordagem descrita na tese permite ultrapassar, de forma inovadora, as dificuldades inerentes à optimização das taxas de transmissão de informação confiáveis em sistemas de comunicação, e permite a exploração da atribuição óptima de potência e estruturas óptimas de pre-codificação para diferentes modelos de canal: com fios, sem fios e ópticos. A tese aborda também o problema do atraso, numa tentativa de responder a questões levantadas pela enorme procura de débitos elevados em sistemas de comunicação. Isso é feito através da proposta de novos modelos para sistemas com codificação de rede (network coding) em camadas acima da sua camada física. Em particular, aborda-se a utilização de sistemas de codificação em rede para canais que variam no tempo e são sensíveis a atrasos. Isso foi demonstrado através da proposta de um novo modelo e esquema adaptativo, cujos algoritmos foram aplicados a sistemas sem fios com desvanecimento (fading) complexo, de que são exemplos os sistemas de comunicação via satélite. A tese aborda ainda o uso de sistemas de codificação de rede em cenários de transferência (handover) exigentes. Isso é feito através da proposta de novos modelos de transmissão WiFi IEEE 801.11 MAC, que são comparados com codificação de rede, e que se demonstram possibilitar transferência sem descontinuidades. Pode assim dizer-se que esta tese, através de trabalho de análise e de propostas suportadas por simulações, defende que na concepção de sistemas de comunicação se devem considerar estratégias de transmissão e codificação que sejam não só próximas da capacidade dos canais, mas também tolerantes a atrasos, e que tais estratégias têm de ser concebidas tendo em vista características do canal e a camada física.

Genetic programming and bacterial algorithm for neural networks and fuzzy systems design

In the field of control systems it is common to use techniques based on model adaptation to carry out control for plants for which mathematical analysis may be intricate. Increasing interest in biologically inspired learning algorithms for control techniques such as Artificial Neural Networks and Fuzzy Systems is in progress. In this line, this paper gives a perspective on the quality of results given by two different biologically connected learning algorithms for the design of B-spline neural networks (BNN) and fuzzy systems (FS). One approach used is the Genetic Programming (GP) for BNN design and the other is the Bacterial Evolutionary Algorithm (BEA) applied for fuzzy rule extraction. Also, the facility to incorporate a multi-objective approach to the GP algorithm is outlined, enabling the designer to obtain models more adequate for their intended use.

SIC and PIC multiuser detection for prefix-assisted DS-CDMA systems

In this paper we present iterative frequency-domain multiuser detection (MUD) receivers for the uplink transmission of direct sequence code division multiple access systems (DS-CDMA) that combine iterative block decision feedback equalization (IB-DFE) principles with interference cancelation techniques. Both successive interference cancelation (SIC) and parallel interference cancelation (PIC) structures are considered. Our performance results show that the proposed receiver structures have excellent bit error rate (BER) performances, that can be close to the single-user matched filter bound (MFB), even for fully loaded systems and severely time-dispersive channels1.

Primary production in systems subject to natural and anthropogenic eutrophication

Tese dout., Química, Universidade do Algarve, 2005

Multiuser Detection for the Uplink of Prefix-Assisted DS-CDMA Systems Employing Multiple Transmit and Receive Antennas

In this paper we consider the uplink transmission within a DS-CDMA system employing CP-assisted (Cylic Prefix) block transmission techniques combined with spatial multiplexing techniques that require multiple antennas at both the transmitter and the receiver. We present an efficient frequency-domain receiver structure with iterative MUD (MultiUser Detection). The performance of the proposed receiver can be close to the single user matched filter bound, even for fully loaded systems and/or severely time-dispersive channels.

Authenticity in Scaling the Vision: Defining Boundaries in the Food and Beverage Entrepreneurship Development Cycle

The October 2015 Food and Beverage Entrepreneurship Roundtable brought together over 30 food and beverage industry leaders, entrepreneurs, faculty, and students at the School of Hotel Administration at Cornell University. Discussion topics covered entrepreneurship in the food and beverage industry, including development, intrapreneurship, operational efficiency, beverage product development, and technology. The roundtable began with the presentation of a five-point framework on food and beverage venue development. The first three phases focused on the launch of a venue, including how to define the guest experience; the creation of operational functionality by strategically planning out the design, flow, and efficiency of a defined space; and development capacity. The remaining two points of the framework focused on post-opening considerations, including operating systems and culture development. Participants discussed the importance of culture in the growth of a business. They suggested that intrapreneurship needs to be fostered in the culture of an organization and in an educational curriculum for those who are preparing to enter the industry. Participants also discussed the fine balance between setting expectations for an experience and subsequently being able to maintain this experience in a fast changing environment. In particular they considered what it means to say no to customers. A discussion on the beverage industry focused on how to distribute products in a crowded marketplace. One method to ensure that the product gets into the hands of the consumers is face-to-face sales. Finally, in the technology session, the group discussed technology adoption, specifically focusing on the point at which technology detracts from the guest experience, how to minimize operational risk from technology, and how to maximize consumers’ adoption rates.

Development and characterization of novel vehicles for topical drug delivery

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

A generic model for integration of Quality, Environment and Safety Management Systems

Purpose – The purpose of this paper is to propose a generic model of Integrated Management System of Quality, Environment and Safety (IMS-QES) that can be adapted and progressively to assimilate various Management Systems, of which highlights: ISO 9001 for Quality; ISO 14001 for Environment; OHSAS 18001 for Occupational Health and Safety. Design/methodology/approach – The model was designed in the real environment of a Portuguese Organization and 160 employees were surveyed. The rate response was equal to 86 percent. The conceived model was implemented in a first phase for the integration of Quality, Environment and Safety Management Systems. Findings – Among the main findings of the survey the paper highlights: the elimination of conflicts between individual systems with resources optimization; creation of added value to the business by eliminating several types of wastes; the integrated management of sustainability components in a global market; the improvement of partnerships with suppliers of goods and services; reducing the number of internal and external audits. Originality/value – This case study is one of the first Portuguese empirical researches about IMS-QES and the paper believes that it can be useful in the creation of a Portuguese guideline for integration, namely the Quality Management Systems; Environmental Management Systems and Occupational Health and Safety Management Systems among others.

Convex optimization framework for intermediate deadline assignment in soft and hard real-time distributed systems

It is generally challenging to determine end-to-end delays of applications for maximizing the aggregate system utility subject to timing constraints. Many practical approaches suggest the use of intermediate deadline of tasks in order to control and upper-bound their end-to-end delays. This paper proposes a unified framework for different time-sensitive, global optimization problems, and solves them in a distributed manner using Lagrangian duality. The framework uses global viewpoints to assign intermediate deadlines, taking resource contention among tasks into consideration. For soft real-time tasks, the proposed framework effectively addresses the deadline assignment problem while maximizing the aggregate quality of service. For hard real-time tasks, we show that existing heuristic solutions to the deadline assignment problem can be incorporated into the proposed framework, enriching their mathematical interpretation.