Computational approaches and tools for modeling biomass pyrolysis

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Techniques en appui des formats de modulation avancés pour les futurs réseaux optiques

Les systèmes de communication optique avec des formats de modulation avancés sont actuellement l’un des sujets de recherche les plus importants dans le domaine de communication optique. Cette recherche est stimulée par les exigences pour des débits de transmission de donnée plus élevés. Dans cette thèse, on examinera les techniques efficaces pour la modulation avancée avec une détection cohérente, et multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (OFDM) et multiples tonalités discrètes (DMT) pour la détection directe et la détection cohérente afin d’améliorer la performance de réseaux optiques. Dans la première partie, nous examinons la rétropropagation avec filtre numérique (DFBP) comme une simple technique d’atténuation de nonlinéarité d’amplificateur optique semiconducteur (SOA) dans le système de détection cohérente. Pour la première fois, nous démontrons expérimentalement l’efficacité de DFBP pour compenser les nonlinéarités générées par SOA dans un système de détection cohérente porteur unique 16-QAM. Nous comparons la performance de DFBP avec la méthode de Runge-Kutta quatrième ordre. Nous examinons la sensibilité de performance de DFBP par rapport à ses paramètres. Par la suite, nous proposons une nouvelle méthode d’estimation de paramètre pour DFBP. Finalement, nous démontrons la transmission de signaux de 16-QAM aux taux de 22 Gbaud sur 80km de fibre optique avec la technique d’estimation de paramètre proposée pour DFBP. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur les techniques afin d’améliorer la performance des systèmes OFDM optiques en examinent OFDM optiques cohérente (CO-OFDM) ainsi que OFDM optiques détection directe (DDO-OFDM). Premièrement, nous proposons une combinaison de coupure et prédistorsion pour compenser les distorsions nonlinéaires d’émetteur de CO-OFDM. Nous utilisons une interpolation linéaire par morceaux (PLI) pour charactériser la nonlinéarité d’émetteur. Dans l’émetteur nous utilisons l’inverse de l’estimation de PLI pour compenser les nonlinéarités induites à l’émetteur de CO-OFDM. Deuxièmement, nous concevons des constellations irrégulières optimisées pour les systèmes DDO-OFDM courte distance en considérant deux modèles de bruit de canal. Nous démontrons expérimentalement 100Gb/s+ OFDM/DMT avec la détection directe en utilisant les constellations QAM optimisées. Dans la troisième partie, nous proposons une architecture réseaux optiques passifs (PON) avec DDO-OFDM pour la liaison descendante et CO-OFDM pour la liaison montante. Nous examinons deux scénarios pour l’allocations de fréquence et le format de modulation des signaux. Nous identifions la détérioration limitante principale du PON bidirectionnelle et offrons des solutions pour minimiser ses effets.

Spatially integrated erbium-doped fiber amplifiers enabling space-division multiplexing

L’augmentation exponentielle de la demande de bande passante pour les communications laisse présager une saturation prochaine de la capacité des réseaux de télécommunications qui devrait se matérialiser au cours de la prochaine décennie. En effet, la théorie de l’information prédit que les effets non linéaires dans les fibres monomodes limite la capacité de transmission de celles-ci et peu de gain à ce niveau peut être espéré des techniques traditionnelles de multiplexage développées et utilisées jusqu’à présent dans les systèmes à haut débit. La dimension spatiale du canal optique est proposée comme un nouveau degré de liberté qui peut être utilisé pour augmenter le nombre de canaux de transmission et, par conséquent, résoudre cette menace de «crise de capacité». Ainsi, inspirée par les techniques micro-ondes, la technique émergente appelée multiplexage spatial (SDM) est une technologie prometteuse pour la création de réseaux optiques de prochaine génération. Pour réaliser le SDM dans les liens de fibres optiques, il faut réexaminer tous les dispositifs intégrés, les équipements et les sous-systèmes. Parmi ces éléments, l’amplificateur optique SDM est critique, en particulier pour les systèmes de transmission pour les longues distances. En raison des excellentes caractéristiques de l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium (EDFA) utilisé dans les systèmes actuels de pointe, l’EDFA est à nouveau un candidat de choix pour la mise en œuvre des amplificateurs SDM pratiques. Toutefois, étant donné que le SDM introduit une variation spatiale du champ dans le plan transversal de la fibre, les amplificateurs à fibre dopée à l’erbium spatialement intégrés (SIEDFA) nécessitent une conception soignée. Dans cette thèse, nous examinons tout d’abord les progrès récents du SDM, en particulier les amplificateurs optiques SDM. Ensuite, nous identifions et discutons les principaux enjeux des SIEDFA qui exigent un examen scientifique. Suite à cela, la théorie des EDFA est brièvement présentée et une modélisation numérique pouvant être utilisée pour simuler les SIEDFA est proposée. Sur la base d’un outil de simulation fait maison, nous proposons une nouvelle conception des profils de dopage annulaire des fibres à quelques-modes dopées à l’erbium (ED-FMF) et nous évaluons numériquement la performance d’un amplificateur à un étage, avec fibre à dopage annulaire, à ainsi qu’un amplificateur à double étage pour les communications sur des fibres ne comportant que quelques modes. Par la suite, nous concevons des fibres dopées à l’erbium avec une gaine annulaire et multi-cœurs (ED-MCF). Nous avons évalué numériquement le recouvrement de la pompe avec les multiples cœurs de ces amplificateurs. En plus de la conception, nous fabriquons et caractérisons une fibre multi-cœurs à quelques modes dopées à l’erbium. Nous réalisons la première démonstration des amplificateurs à fibre optique spatialement intégrés incorporant de telles fibres dopées. Enfin, nous présentons les conclusions ainsi que les perspectives de cette recherche. La recherche et le développement des SIEDFA offriront d’énormes avantages non seulement pour les systèmes de transmission future SDM, mais aussi pour les systèmes de transmission monomode sur des fibres standards à un cœur car ils permettent de remplacer plusieurs amplificateurs par un amplificateur intégré.

Radio over fiber enabling PON fronthaul in a two-tiered cloud

Avec l’avènement des objets connectés, la bande passante nécessaire dépasse la capacité des interconnections électriques et interface sans fils dans les réseaux d’accès mais aussi dans les réseaux coeurs. Des systèmes photoniques haute capacité situés dans les réseaux d’accès utilisant la technologie radio sur fibre systèmes ont été proposés comme solution dans les réseaux sans fil de 5e générations. Afin de maximiser l’utilisation des ressources des serveurs et des ressources réseau, le cloud computing et des services de stockage sont en cours de déploiement. De cette manière, les ressources centralisées pourraient être diffusées de façon dynamique comme l’utilisateur final le souhaite. Chaque échange nécessitant une synchronisation entre le serveur et son infrastructure, une couche physique optique permet au cloud de supporter la virtualisation des réseaux et de les définir de façon logicielle. Les amplificateurs à semi-conducteurs réflectifs (RSOA) sont une technologie clé au niveau des ONU(unité de communications optiques) dans les réseaux d’accès passif (PON) à fibres. Nous examinons ici la possibilité d’utiliser un RSOA et la technologie radio sur fibre pour transporter des signaux sans fil ainsi qu’un signal numérique sur un PON. La radio sur fibres peut être facilement réalisée grâce à l’insensibilité a la longueur d’onde du RSOA. Le choix de la longueur d’onde pour la couche physique est cependant choisi dans les couches 2/3 du modèle OSI. Les interactions entre la couche physique et la commutation de réseaux peuvent être faites par l’ajout d’un contrôleur SDN pour inclure des gestionnaires de couches optiques. La virtualisation réseau pourrait ainsi bénéficier d’une couche optique flexible grâce des ressources réseau dynamique et adaptée. Dans ce mémoire, nous étudions un système disposant d’une couche physique optique basé sur un RSOA. Celle-ci nous permet de façon simultanée un envoi de signaux sans fil et le transport de signaux numérique au format modulation tout ou rien (OOK) dans un système WDM(multiplexage en longueur d’onde)-PON. Le RSOA a été caractérisé pour montrer sa capacité à gérer une plage dynamique élevée du signal sans fil analogique. Ensuite, les signaux RF et IF du système de fibres sont comparés avec ses avantages et ses inconvénients. Finalement, nous réalisons de façon expérimentale une liaison point à point WDM utilisant la transmission en duplex intégral d’un signal wifi analogique ainsi qu’un signal descendant au format OOK. En introduisant deux mélangeurs RF dans la liaison montante, nous avons résolu le problème d’incompatibilité avec le système sans fil basé sur le TDD (multiplexage en temps duplexé).

Le climat organisationnel et les attitudes et comportements des professeurs

Dans le cadre de cet essai, nous analyserons le climat organisationnel, en temps [sic] que phénomène circulaire. Ainsi, expliquons-nous cet énoncé. En observant les résultats produits, en termes d'attitudes et de comportements, à propos des huit dimensions du climat organisationnel de Rensis Likert, nous constatons que ces conséquences engendrent certaines perceptions des employés, face au climat organisationnel, de leur organisation, qui elles à leur tour, engendrent, confirment, renforcent et même accentuent les effets des résultats de départ. En situation de changement, ce phénomène risque de s'amplifier, à cause de l'influence du phénomène des résistances. Dans cette recherche, nous ne tenterons de démontrer que la moitié de ce phénomène, à savoir que les quatre dimensions du climat organisationnel (structures) jouent un rôle primordial causal dans les attitudes et comportements des employés d'une organisation. [...]

Fiber Bragg Gratings Strain Sensors for Railway Applications

Fiber optical sensors have played an important role in applications for monitoring the health of civil infrastructures, such as bridges, oil rigs, and railroads. Due to the reduction in cost of fiber-optic components and systems, fiber optical sensors have been studied extensively for their higher sensitivity, precision and immunity to electrical interference compared to their electrical counterparts. A fiber Bragg grating (FBG) strain sensor has been employed for this study to detect and distinguish normal and lateral loads on rail tracks. A theoretical analysis of the relationship between strain and displacement under vertical and horizontal strains on an aluminum beam has been performed, and the results are in excellent agreement with the measured strain data. Then a single FBG sensor system with erbium-doped fiber amplifier broadband source has been carried out. Force and temperature applied on the system have resulted in changes of 0.05 nm per 50 με and 0.094 nm per 10 oC at the center wavelength of the FBG. Furthermore, a low cost fiber-optic sensor system with a distributed feedback (DFB) laser as the light source has been implemented. We show that it has superior noise and sensitivity performances compared to strain gauge sensors. The design has been extended to accommodate multiple sensors with negligible cross talk. When two cascaded sensors on a rail track section are tested, strain readings of the sensor 20 inches away from the position of applied force decay to one seventh of the data of the sensor at the applied force location. The two FBG sensor systems can detect 1 ton of vertical load with a square wave pattern and 0.1 ton of lateral loads (3 tons and 0.5 ton, respectively, for strain gauges). Moreover, a single FBG sensor has been found capable of detecting and distinguishing lateral and normal strains applied at different frequencies. FBG sensors are promising alternatives to electrical sensors for their high sensitivity,ease of installation, and immunity to electromagnetic interferences.

Analyse de sensibilité d’un multimodèle hydrologique

Les enjeux hydrologiques modernes, de prévisions ou liés aux changements climatiques, forcent l’exploration de nouvelles approches en modélisation afin de combler les lacunes actuelles et d’améliorer l’évaluation des incertitudes. L’approche abordée dans ce mémoire est celle du multimodèle (MM). L’innovation se trouve dans la construction du multimodèle présenté dans cette étude : plutôt que de caler individuellement des modèles et d’utiliser leur combinaison, un calage collectif est réalisé sur la moyenne des 12 modèles globaux conceptuels sélectionnés. Un des défis soulevés par cette approche novatrice est le grand nombre de paramètres (82) qui complexifie le calage et l’utilisation, en plus d’entraîner des problèmes potentiels d’équifinalité. La solution proposée dans ce mémoire est une analyse de sensibilité qui permettra de fixer les paramètres peu influents et d’ainsi réduire le nombre de paramètres total à caler. Une procédure d’optimisation avec calage et validation permet ensuite d’évaluer les performances du multimodèle et de sa version réduite en plus d’en améliorer la compréhension. L’analyse de sensibilité est réalisée avec la méthode de Morris, qui permet de présenter une version du MM à 51 paramètres (MM51) tout aussi performante que le MM original à 82 paramètres et présentant une diminution des problèmes potentiels d’équifinalité. Les résultats du calage et de la validation avec le « Split-Sample Test » (SST) du MM sont comparés avec les 12 modèles calés individuellement. Il ressort de cette analyse que les modèles individuels, composant le MM, présentent de moins bonnes performances que ceux calés indépendamment. Cette baisse de performances individuelles, nécessaire pour obtenir de bonnes performances globales du MM, s’accompagne d’une hausse de la diversité des sorties des modèles du MM. Cette dernière est particulièrement requise pour les applications hydrologiques nécessitant une évaluation des incertitudes. Tous ces résultats mènent à une amélioration de la compréhension du multimodèle et à son optimisation, ce qui facilite non seulement son calage, mais également son utilisation potentielle en contexte opérationnel.

Nonlinear distortion generation mechanisms in Doherty amplifiers

Nowadays, wireless communications systems demand for greater mobility and higher data rates. Moreover, the need for spectral efficiency requires the use of non-constant envelope modulation schemes. Hence, power amplifier designers have to build highly efficient, broadband and linear amplifiers. In order to fulfil these strict requirements, the practical Doherty amplifier seems to be the most promising technique. However, due to its complex operation, its nonlinear distortion generation mechanisms are not yet fully understood. Currently, only heuristic interpretations are being used to justify the observed phenomena. Therefore, the main objective of this work is to provide a model capable of describing the Doherty power amplifier nonlinear distortion generation mechanisms, allowing the optimization of its design according to linearity and efficiency criteria. Besides that, this approach will allow a bridge between two different worlds: power amplifier design and digital pre-distortion since the knowledge gathered from the Doherty operation will serve to select the most suitable pre-distortion models.

Amplificador de RF Doherty assimétrico de 2-vias

Os atuais esquemas de modulação e acesso ao meio, tais como o Wide- Band Code-Division Multiple Access (WCDMA) ou Orthogonal Frequency- Division Multiple Access (OFDMA), que são otimizados para a gestão eficiente do espetro electromagnético e elevada taxa de transmissão, originam sinais de elevado Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) e requisitos de linearidade rigorosos. As arquiteturas de amplificação tradicionais, i.e. baseadas no operação em modo de corrente do dispositivo ativo, são incapazes de satisfazer estes requisitos em simultâneo. Assim, o amplificador de potência (do inglês, Power Ampli_er (PA)) incorre numa degradação significativa de rendimento energético em favor de maior linearidade, aumentando simultaneamente os custos de operação das estacões base para os operadores de telecomunicações móveis e o impacte ambiental. Este trabalho foca-se no estudo da arquitetura Doherty, a principal solução encontrada para melhorar o compromisso linearidade/rendimento para aplicações em estações-base de comunicações móveis. Para tal, são expostos os princípios básicos de amplificadores de rádio frequência assim como a análise teórica do tradicional PA Doherty (do inglês, Doherty Power Amplifier (DhPA)) de duas vias e suas variantes. O estudo _e complementado com o projeto e implementação de um PA excitador, em classe-AB, e de um DhPA de elevada potência, colocando-se em prática a teoria e técnicas de projeto estudadas ao longo deste trabalho, aliadas aos desafios da implementação com dispositivos reais de elevada potência.

Gaussian entanglement for quantum key distribution from a single-mode squeezing source

We report the suitability of an Einstein-Podolsky-Rosen entanglement source for Gaussian continuous-variable quantum key distribution at 1550 nm. Our source is based on a single continuous-wave squeezed vacuum mode combined with a vacuum mode at a balanced beam splitter. Extending a recent security proof, we characterize the source by quantifying the extractable length of a composable secure key from a finite number of samples under the assumption of collective attacks. We show that distances in the order of 10 km are achievable with this source for a reasonable sample size despite the fact that the entanglement was generated including a vacuum mode. Our security analysis applies to all states having an asymmetry in the field quadrature variances, including those generated by superposition of two squeezed modes with different squeezing strengths.

Class-D audio amplifiers with negative feedback

There are many different designs for audio amplifiers. Class-D, or switching, amplifiers generate their output signal in the form of a high-frequency square wave of variable duty cycle (ratio of on time to off time). The square-wave nature of the output allows a particularly efficient output stage, with minimal losses. The output is ultimately filtered to remove components of the spectrum above the audio range. Mathematical models are derived here for a variety of related class-D amplifier designs that use negative feedback. These models use an asymptotic expansion in powers of a small parameter related to the ratio of typical audio frequencies to the switching frequency to develop a power series for the output component in the audio spectrum. These models confirm that there is a form of distortion intrinsic to such amplifier designs. The models also explain why two approaches used commercially succeed in largely eliminating this distortion; a new means of overcoming the intrinsic distortion is revealed by the analysis. Copyright (2006) Society for Industrial and Applied Mathematics

Advanced parametrical modelling of 24 GHz radar sensor IC packaging components

This paper deals with the development of an advanced parametrical modelling concept for packaging components of a 24 GHz radar sensor IC used in automotive driver assistance systems. For fast and efficient design of packages for system-in-package modules (SiP), a simplified model for the description of parasitic electromagnetic effects within the package is desirable, as 3-D field computation becomes inefficient due to the high density of conductive elements of the various signal paths in the package. By using lumped element models for the characterization of the conductive components, a fast indication of the design's signal-quality can be gained, but so far does not offer enough flexibility to cover the whole range of geometric arrangements of signal paths in a contemporary package. This work pursues to meet the challenge of developing a flexible and fast package modelling concept by defining parametric lumped-element models for all basic signal path components, e.g. bond wires, vias, strip lines, bumps and balls. © Author(s) 2011. CC Attribution 3.0 License.

Influência de feixes de condutores em linhas de transmissão UAT CA

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015.

Synthetic regulation of eukaryotic gene expression by noncoding RNA

Synthetic biological systems promise to combine the spectacular diversity of biological functionality with engineering principles to design new life to address many pressing needs. As these engineered systems advance in sophistication, there is ever-greater need for customizable, situation-specific expression of desired genes. However, existing gene control platforms are generally not modular, or do not display performance requirements required for robust phenotypic responses to input signals. This work expands the capabilities of eukaryotic gene control in two important directions.

For development of greater modularity, we extend the use of synthetic self-cleaving ribozyme switches to detect changes in input protein levels and convey that information into programmed gene expression in eukaryotic cells. We demonstrate both up- and down-regulation of levels of an output transgene by more than 4-fold in response to rising input protein levels, with maximal output gene expression approaching the highest levels observed in yeast. In vitro experiments demonstrate protein-dependent ribozyme activity modulation. We further demonstrate the platform in mammalian cells. Our switch devices do not depend on special input protein activity, and can be tailored to respond to any input protein to which a suitable RNA aptamer can be developed. This platform can potentially be employed to regulate the expression of any transgene or any endogenous gene by 3’ UTR replacement, allowing for more complex cell state-specific reprogramming.

We also address an important concern with ribozyme switches, and riboswitch performance in general, their dynamic range. While riboswitches have generally allowed for versatile and modular regulation, so far their dynamic ranges of output gene modulation have been modest, generally at most 10-fold. We address this shortcoming by developing a modular genetic amplifier for near-digital control of eukaryotic gene expression. We combine ribozyme switch-mediated regulation of a synthetic TF with TF-mediated regulation of an output gene. The amplifier platform allows for as much as 20-fold regulation of output gene expression in response to input signal, with maximal expression approaching the highest levels observed in yeast, yet being tunable to intermediate and lower expression levels. EC50 values are more than 4 times lower than in previously best-performing non-amplifier ribozyme switches. The system design retains the modular-input architecture of the ribozyme switch platform, and the near-digital dynamic ranges of TF-based gene control.

Together, these developments suggest great potential for the wide applicability of these platforms for better-performing eukaryotic gene regulation, and more sophisticated, customizable reprogramming of cellular activity.

Relatório final de estágio pedagógico

Após todo o processo referente ao Mestrado em Ensino da Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário, que tomou parte numa escola secundária no concelho da Amadora, mais especificamente, na Brandoa, Escola Secundária Fernando Namora, no ano letivo de 2011/2012, serve este relatório para dar como finda esta etapa. Este Estágio teve em atenção o Guia de Estágio Pedagógico, do qual constam quatro áreas: 1. Organização e Gestão do Ensino e da Aprendizagem (Área 1); 2. Inovação e Investigação Pedagógica (Área 2); 3. Participação na Escola (Área 3); 4. Relação com a Comunidade (Área 4). Assim, e tendo em conta as competências aglomeradas nestas quatro áreas de referência, foi desenvolvido, ao longo do ano letivo, um projeto com uma turma de 7º ano da já referida escola – Escola Secundária Fernando Namora. Deste relatório constarão as principais análises e reflexões, referentes a todo o trabalho desenvolvido (estratégias, obstáculos, dificuldades, relacionamento, entre outros.), ao longo do ano letivo. Finalmente, apresentarei a reflexão crítica, que pretenderá demonstrar o papel que este Estágio teve na minha formação, tanto pessoal como profissional.