Development of polymeric–cationic peptide composite nanoparticles, a nanoparticle-in-nanoparticle system for controlled gene delivery

We report the formulation of novel composite nanoparticles that combine the high transfection efficiency of cationic peptide-DNA nanoparticles with the biocompatibility and prolonged delivery of polylactic acid–polyethylene glycol (PLA-PEG). The cationic cell-penetrating peptide RALA was used to condense DNA into nanoparticles that were encapsulated within a range of PLA-PEG copolymers. The composite nanoparticles produced exhibited excellent physicochemical properties including size <200 nm and encapsulation efficiency >80%. Images of the composite nanoparticles obtained with a new transmission electron microscopy staining method revealed the peptide-DNA nanoparticles within the PLA-PEG matrix. Varying the copolymers modulated the DNA release rate >6 weeks in vitro. The best formulation was selected and was able to transfect cells while maintaining viability. The effect of transferrin-appended composite nanoparticles was also studied. Thus, we have demonstrated the manufacture of composite nanoparticles for the controlled delivery of DNA.

Statistical Eigenmode Transmission for the MU-MIMO Downlink in Rician Fading

In this paper, we study the achievable ergodic sum-rate of multiuser multiple-input multiple-output downlink systems in Rician fading channels. We first derive a lower bound on the average signal-to-leakage-and-noise ratio by using the Mullen’s inequality, and then use it to analyze the effect of channel mean information on the achievable ergodic sum-rate. A novel statistical-eigenmode space-division multiple-access (SESDMA) downlink transmission scheme is then proposed. For this scheme, we derive an exact analytical closed-form expression for the achievable ergodic rate and present tractable tight upper and lower bounds. Based on our analysis, we gain valuable insights into the system parameters, such as the number of transmit antennas, the signal-to-noise ratio (SNR) and Rician K-factor on the system sum-rate. Results show that the sum-rate converges to a saturation value in the high SNR regime and tends to a lower limit for the low Rician K-factor case. In addition, we compare the achievable ergodic sum-rate between SE-SDMA and zeroforcing beamforming with perfect channel state information at the base station. Our results reveal that the rate gap tends to zero in the high Rician K-factor regime. Finally, numerical results are presented to validate our analysis.

Passive Intermodulation of Analog and Digital Signals on Transmission Lines with Distributed Nonlinearities: Modelling and Characterization

Passive intermodulation (PIM) often limits the performance of communication systems with analog and digitally-modulated signals and especially of systems supporting multiple carriers. Since the origins of the apparently multiple physical sources of nonlinearity causing PIM are not fully understood, the behavioral models are frequently used to describe the process of PIM generation. In this paper a polynomial model of memoryless nonlinearity is deduced from PIM measurements of a microstrip line with distributed nonlinearity with two-tone CW signals. The analytical model of nonlinearity is incorporated in Keysight Technology’s ADS simulator to evaluate the metrics of signal fidelity in the receive band for analog and digitally-modulated signals. PIM-induced distortion and cross-band interference with modulated signals are compared to those with two-tone CW signals. It is shown that conventional metrics can be applied to quantify the effect of distributed nonlinearities on signal fidelity. It is found that the two-tone CW test provides a worst-case estimate of cross-band interference for two-carrier modulated signals whereas with a three-carrier signal PIM interference in the receive band is noticeably overestimated. The simulated constellation diagrams for QPSK signals demonstrate that PIM interference exhibits the distinctive signatures of correlated distortion and this indicates that there are opportunities for mitigating PIM interference and that PIM interference cannot be treated as noise. One of the interesting results is that PIM distortion on a transmission line results in asymmetrical regrowth of output PIM interference for modulated signals.

A Structured Approach to Simulate Manufacturing System In Virtual Environment

Nowadays, the realization of the Virtual Factory (VF) is the strategic goal of many manufacturing enterprises for the coming years. The industrial scenario is characterized by the dynamics of innovations increment and the product life cycle became shorter. Furthermore products and the corresponding manufacturing processes get more and more complex. Therefore, companies need new methods for the planning of manufacturing systems.
To date, the efforts have focused on the creation of an integrated environment to design and manage the manufacturing process of a new product. The future goal is to integrate Virtual Reality (VR) tools into the Product Lifecycle Management of the manufacturing industries.
In order to realize this goal the authors have conducted a study to perform VF simulation steps for a supplier of Industrial Automation Systems and have provided a structured approach focusing on interaction between simulation software and VR hardware tools in order to simulate both robotic and
manual work cells.
The first results of the study in progress have been carried out in the VR Laboratory of the Competence Regional Centre for the qualification of the Transportation Systems that has been founded by Campania Region.

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.

Ultrasonic location system

Esta tese apresenta um sistema de localização baseado exclusivamente em ultrassons, não necessitando de recorrer a qualquer outra tecnologia. Este sistema de localização foi concebido para poder operar em ambientes onde qualquer outra tecnologia não pode ser utilizada ou o seu uso está condicionado, como são exemplo aplicações subaquáticas ou ambientes hospitalares. O sistema de localização proposto faz uso de uma rede de faróis fixos permitindo que estações móveis se localizem. Devido à necessidade de transmissão de dados e medição de distâncias foi desenvolvido um pulso de ultrassons robusto a ecos que permite realizar ambas as tarefas com sucesso. O sistema de localização permite que as estações móveis se localizem escutando apenas a informação em pulsos de ultrassons enviados pelos faróis usando para tal um algoritmo baseado em diferenças de tempo de chegada. Desta forma a privacidade dos utilizadores é garantida e o sistema torna-se completamente independente do número de utilizadores. Por forma a facilitar a implementação da rede de faróis apenas será necessário determinar manualmente a posição de alguns dos faróis, designados por faróis âncora. Estes irão permitir que os restantes faróis, completamente autónomos, se possam localizar através de um algoritmo iterativo de localização baseado na minimização de uma função de custo. Para que este sistema possa funcionar como previsto será necessário que os faróis possam sincronizar os seus relógios e medir a distância entre eles. Para tal, esta tese propõe um protocolo de sincronização de relógio que permite também obter as medidas de distância entre os faróis trocando somente três mensagens de ultrassons. Adicionalmente, o sistema de localização permite que faróis danificados possam ser substituídos sem comprometer a operabilidade da rede reduzindo a complexidade na manutenção. Para além do mencionado, foi igualmente implementado um simulador de ultrassons para ambientes fechados, o qual provou ser bastante preciso e uma ferramenta de elevado valor para simular o comportamento do sistema de localização sobre condições controladas.

Impact of antenna choices on the reliability of mobile broadband transmission at millimetre - wave frequencies

This paper deals with the impact of several antenna chices on the radio transmission performance within a cellular Mobile Broaband System (MBS) currently under research in Europe. Several antenna types are considered, namely switchable-beam antennas and adaptive antennas employing a phased array approach.

GIS on tourism planning: preventing the impacts caused by the developing tourism activity in a specific site

The environment is one of the greatest concerns of humankind. Nowadays, the activities which improve or destroy it must be assessed and controlled by efficient means which should permit the control of environmental impact caused by the development of these activities. This document presents an information system implementation, as a Decision Support system, allowing the Decision Maker to evaluate, foresee and control the future environmental impact of Tourism through consultation, the management and the presentation of decision schemes based on defined measures of a regional tourism planning.