Massive MIMO Systems with Hardware-Constrained Base Stations

Massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems are cellular networks where the base stations (BSs) are equipped with unconventionally many antennas. Such large antenna arrays offer huge spatial degrees-of-freedom for transmission optimization; in particular, great signal gains, resilience to imperfect channel knowledge, and small inter-user interference are all achievable without extensive inter-cell coordination. The key to cost-efficient deployment of large arrays is the use of hardware-constrained base stations with low-cost antenna elements, as compared to today's expensive and power-hungry BSs. Low-cost transceivers are prone to hardware imperfections, but it has been conjectured that the excessive degrees-of-freedom of massive MIMO would bring robustness to such imperfections. We herein prove this claim for an uplink channel with multiplicative phase-drift, additive distortion noise, and noise amplification. Specifically, we derive a closed-form scaling law that shows how fast the imperfections increase with the number of antennas.

Online Thévenin Equivalent Determination Considering System Side Changes and Measurement Errors

This paper presents a new method for online determination of the Thèvenin equivalent parameters of a power system at a given node using the local PMU measurements at that node. The method takes into account the measurement errors and the changes in the system side. An analysis of the effects of changes in system side is carried out on a simple two-bus system to gain an insight of the effect of system side changes on the estimated Thévenin equivalent parameters. The proposed method uses voltage and current magnitudes as well as active and reactive powers; thus avoiding the effect of phase angle drift of the PMU and the need to synchronize measurements at different instances to the same reference. Applying the method to the IEEE 30-bus test system has shown its ability to correctly determine the Thévenin equivalent even in the presence of measurement errors and/or system side changes.

The Influence of Global-Selfheating on the Yarkovsky and YORP Effects

The Yarkovsky (orbital drift) and YORP (altering spin state) effects are important mechanisms governing the evolution of asteroids. We have included global-selfheating into a new model and demonstrate that it significantly affects YORP predictions.

Privacy Region Protection for H.264/AVC with Enhanced Scrambling Effect and a Low Bitrate Overhead

While video surveillance systems have become ubiquitous in our daily lives, they have introduced concerns over privacy invasion. Recent research to address these privacy issues includes a focus on privacy region protection, whereby existing video scrambling techniques are applied to specific regions of interest (ROI) in a video while the background is left unchanged. Most previous work in this area has only focussed on encrypting the sign bits of nonzero coefficients in the privacy region, which produces a relatively weak scrambling effect. In this paper, to enhance the scrambling effect for privacy protection, it is proposed to encrypt the intra prediction modes (IPM) in addition to the sign bits of nonzero coefficients (SNC) within the privacy region. A major issue with utilising encryption of IPM is that drift error is introduced outside the region of interest. Therefore, a re-encoding method, which is integrated with the encryption of IPM, is also proposed to remove drift error. Compared with a previous technique that uses encryption of IPM, the proposed re-encoding method offers savings in the bitrate overhead while completely removing the drift error. Experimental results and analysis based on H.264/AVC were carried out to verify the effectiveness of the proposed methods. In addition, a spiral binary mask mechanism is proposed that can reduce the bitrate overhead incurred by flagging the position of the privacy region. A definition of the syntax structure for the spiral binary mask is given. As a result of the proposed techniques, the privacy regions in a video sequence can be effectively protected by the enhanced scrambling effect with no drift error and a lower bitrate overhead.

Seismic damage detection for a steel braced frame structure

A new approach for global detection of seismic damage in a single-storey steel concentrically braced frame (CBF) structure is presented. The filtered lateral in-plane acceleration response of the CBF structure is integrated twice to provide the lateral in-plane displacement which is used to infer buckling and yielding damage. The level of interstorey drift of the CBF during a seismic excitation allows the yield and buckling of the bracing members to be identified and indirectly detects damage based on exceedance of calculated lateral in-plane displacement limits. A band-pass filter removes noise from the acceleration signal followed by baseline correction being used to reduce the drift in velocity and displacement during numerical integration. This pre-processing results in reliable numerical integration of the frame acceleration that predicts the displacement response accurately when compared to the measured lateral displacement of the CBF structure. Importantly, the structural damage is not assumed through removal of bracing members, rather damage is induced through actual seismic loading. The buckling and yielding displacement threshold limits used to identify damage are demonstrated to accurately identify the initiation of buckling and yielding.

Catchment and in-stream influences on metal concentration and ochre deposit density in upland streams, Northern Ireland

Metal concentrations from stream waters in two geological blocks in Northern Ireland were compared to determine the contributions of catchment characteristics and in-stream conditions. One block is composed of metamorphosed schist and unconsolidated glacial drift with peat or peaty podzol (mainly humic) soils, while the other block consists of tertiary basalt with brown earth and gley soils. Water samples were collected from 52 stream sites and analysed for Fe, Mn and Al as well as a range of other chemical determinands known to affect metal solubility. Densities of metal-rich ochre deposit were determined for stream bed stone samples. Higher conductivities and concentrations of bicarbonate, alkalinity, Ca and Mg occurred on basalt than on schist. Despite higher Fe and Mn oxide concentrations in basalt-derived non-humic soils, stream water concentrations were much lower and ochre deposit densities only one third of those on schist overlain by humic soils. Neither rock nor soil type predicted Al concentrations, but pH and dissolved oxygen did. Peat-generated acidity and the limited acid neutralising capacity of base-poor metamorphosed schist have resulted in elevated concentrations of metals and ochre deposit in surface waters.

Life history of turbot in Icelandic waters: Intra- and inter-population genetic diversity and otolith tracking of environmental temperatures

The stock structure of turbot was investigated between samples from S-Norway, the Irish Sea and the Kattegat, using 12 microsatellite loci and compared to the turbot caught in Icelandic waters. Highly significant genetic differentiation was observed between samples from Kattegat and other areas. Significant genetic differentiation was also observed between the Irish Sea sample on one hand and Iceland and S-Norway on the other hand. No significant genetic differentiation was observed between Iceland and S-Norway. Otoliths of 25 turbot, age ranging from 3 to 19 years, were subjected to nearly 300 mass spectrometry determinations of stable oxygen and carbon isotopes. Oxygen isotope composition (δ¹⁸O) in the otolith samples was used to estimate ambient temperature at time of otolith accretion, and yielded estimated temperatures experienced by the turbot ranging from 3 to 15°C. Overall, the genetic analysis indicates panmixia between turbot in Icelandic and Norwegian waters. While the extensive migration of larvae between Norway and Iceland is unlikely, passive drift of turbot larva from other areas (e.g. Ireland) cannot be ruled out. 

Systematics and evolution of coastal and deepwater Hydrozoa from the NE Atlantic

The study of the Portuguese Hydrozoa fauna has been abandoned for more than half a century, except for the Azores archipelago. One of the main aims of this Ph.D. project was to contribute new hydrozoan records leading to a more accurate perception of the actual hydrozoan diversity found in Portuguese waters, including the archipelagos of Azores and Madeira, and neighbouring geographical areas, for habitats ranging from the deep sea to the intertidal. Shallow water hydroids from several Portuguese marine regions (including the Gorringe Bank) were sampled by scuba-diving. Deep-water hydroids, from the Azores, Madeira, Gulf of Cadiz and Alboran Sea, were collected by researchers of different institutions during several oceanographic campaigns. Occasional hydroid sampling by scuba-diving was performed in the UK, Malta and Spain. Over 300 hydroid species were identified and about 600 sequences of the hydrozoan ‘DNA barcode’ 16S mRNA were generated. The families Sertulariidae, Plumulariidae, Lafoeidae, Hebellidae, Aglaopheniidae, Campanulinidae, Halopterididae, Kirchenpaueriidae, Haleciidae and Eudendriidae, were studied in greater detail. About 350 16S sequences were generated for these taxa, allowing phylogenetic, phylogeographic and evolutionary inferences, and also more accurate taxonomic identifications. Phylogenetic analyses integrated molecular and morphological characters. Subsequent results revealed: particularly high levels of cryptic biodiversity, polyphyly in many taxonomic groups, pairs of species that were synonymous, the identity of several varieties as valid species, and highlighted phylogeographic associations of hydroids in deep and shallow-water areas of the NE Atlantic and W Mediterranean. It was proved that many (but not all) marine hydroid species with supposedly widespread vertical and/or horizontal geographical distributions, correspond in fact to complexes of cryptic taxa. This study further revealed that, in the NE Atlantic, shallow environments sustain higher hydrozoan diversity and abundance, but the importance of bathyal habitats as a source of phylogenetic diversity was also revealed. The Azorean seamounts were shown to be particularly important in the segregation of populations of hydroids with reduced dispersive potential. The bathyal habitats of the Gulf of Cadiz proved to harbour a considerably high number of cryptic species, which may mainly be a consequence of habitat heterogeneity and convergence of various water masses in the Gulf. The main causes proposed for speciation and population divergence of hydroids were: species population size, dispersal mechanisms and plasticity to inhabit different environmental conditions, but also the influence of oceanic currents (and its properties), habitat heterogeneity, climate change and continental drift. Higher phylogenetic resolution obtained for the family Plumulariidae revealed particularly that glacial cycles likely facilitated population divergence, ultimately speciation, and also faunal evolutionary transitions from deep to shallow waters.

Biaxial seismic behaviour of reinforced concrete columns

A análise dos efeitos dos sismos mostra que a investigação em engenharia sísmica deve dar especial atenção à avaliação da vulnerabilidade das construções existentes, frequentemente desprovidas de adequada resistência sísmica tal como acontece em edifícios de betão armado (BA) de muitas cidades em países do sul da Europa, entre os quais Portugal. Sendo os pilares elementos estruturais fundamentais na resistência sísmica dos edifícios, deve ser dada especial atenção à sua resposta sob ações cíclicas. Acresce que o sismo é um tipo de ação cujos efeitos nos edifícios exige a consideração de duas componentes horizontais, o que tem exigências mais severas nos pilares comparativamente à ação unidirecional. Assim, esta tese centra-se na avaliação da resposta estrutural de pilares de betão armado sujeitos a ações cíclicas horizontais biaxiais, em três linhas principais. Em primeiro lugar desenvolveu-se uma campanha de ensaios para o estudo do comportamento cíclico uniaxial e biaxial de pilares de betão armado com esforço axial constante. Para tal foram construídas quatro séries de pilares retangulares de betão armado (24 no total) com diferentes características geométricas e quantidades de armadura longitudinal, tendo os pilares sido ensaiados para diferentes histórias de carga. Os resultados experimentais obtidos são analisados e discutidos dando particular atenção à evolução do dano, à degradação de rigidez e resistência com o aumento das exigências de deformação, à energia dissipada, ao amortecimento viscoso equivalente; por fim é proposto um índice de dano para pilares solicitados biaxialmente. De seguida foram aplicadas diferentes estratégias de modelação não-linear para a representação do comportamento biaxial dos pilares ensaiados, considerando não-linearidade distribuída ao longo dos elementos ou concentrada nas extremidades dos mesmos. Os resultados obtidos com as várias estratégias de modelação demonstraram representar adequadamente a resposta em termos das curvas envolventes força-deslocamento, mas foram encontradas algumas dificuldades na representação da degradação de resistência e na evolução da energia dissipada. Por fim, é proposto um modelo global para a representação do comportamento não-linear em flexão de elementos de betão armado sujeitos a ações biaxiais cíclicas. Este modelo tem por base um modelo uniaxial conhecido, combinado com uma função de interação desenvolvida com base no modelo de Bouc- Wen. Esta função de interação foi calibrada com recurso a técnicas de otimização e usando resultados de uma série de análises numéricas com um modelo refinado. É ainda demonstrada a capacidade do modelo simplificado em reproduzir os resultados experimentais de ensaios biaxiais de pilares.

Genotoxic risk of herbicides to Anguilla anguilla L.

No contexto dos contaminantes aquáticos, os herbicidas são considerados como um dos grupos mais perigosos. Uma vez aplicados, estes são facilmente transportados para cursos de água, quer devido a uma pulverização pouco cuidada ou devido a fenómenos de escorrência superficial e/ou subterrânea. A presença destes agroquímicos no ambiente tem vindo a ser associada a efeitos nefastos em organismos não-alvo, como é o caso dos peixes. Contudo, existe ainda uma grande lacuna no que diz respeito à informação científica relacionada com o seu impacto genotóxico. Deste modo, a presente tese foi delineada com o intuito de avaliar o risco genotóxico em peixes de duas formulações de herbicidas: o Roundup®, que tem como princípio activo o glifosato, e o Garlon®, que apresenta o triclopir na base da sua constituição, produtos estes largamente utilizados na limpeza de campos agrícolas, assim como em florestas. Foi ainda planeado desenvolver uma base de conhecimento no que diz respeito aos mecanismos de dano do ADN. Como último objectivo, pretendeu-se contribuir para a mitigação dos efeitos dos agroquímicos no biota aquático, nomeadamente em peixes, fornecendo dados científicos no sentido de melhorar as práticas agrícolas e florestais. Este estudo foi realizado adoptando a enguia europeia (Anguilla anguilla L.) como organismo-teste, e submetendo-a a exposições de curta duração (1 e 3 dias) dos produtos comerciais mencionados, em concentrações consideradas ambientalmente realistas. Para a avaliação da genotoxicidade foram aplicadas duas metodologias: o ensaio do cometa e o teste das anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Enquanto o ensaio do cometa detecta quebras na cadeia do ADN, um dano passível de ser reparado, o aparecimento das ANE revela lesões cromossomais, sinalizando um tipo de dano de difícil reparação. O ensaio do cometa foi ainda melhorado com uma nova etapa que incluiu a incubação com enzimas de reparação (FPG e EndoIII), permitindo perceber a ocorrência de dano oxidativo no ADN. No que diz respeito ao Roundup®, o envolvimento do sistema antioxidante como indicador de um estado próoxidante foi também alvo de estudo. Uma vez que as referidas formulações se apresentam sob a forma de misturas, o potencial genotóxico dos seus princípios activos foi também avaliado individualmente. No caso particular do Roundup®, também foram estudados o seu surfactante (amina polietoxilada; POEA) e o principal metabolito ambiental (ácido aminometilfosfórico; AMPA). Os resultados obtidos mostraram a capacidade do Roundup® em induzir tanto dano no ADN (em células de sangue, guelras e fígado) como dano cromossómico (em células de sangue). A investigação sobre o possível envolvimento do stresse oxidativo demonstrou que o tipo de dano no ADN varia com as concentrações testadas e com a duração da exposição. Deste modo, com o aumento do tempo de exposição, os processos relacionados com o envolvimento de espécies reactivas de oxigénio (ERO) ganharam preponderância como mecanismo de dano no ADN, facto que é corroborado pela activação do sistema antioxidante observado nas guelras, assim como pelo aumento dos sítios sensíveis a FPG em hepatócitos. O glifosato e o POEA foram também considerados genotóxicos. O POEA mostrou induzir uma maior extensão de dano no ADN, tanto comparado com o glifosato como com a mistura comercial. Apesar de ambos os componentes contribuirem para a genotoxicidade da formulação, a soma dos seus efeitos individuais nunca foi observada, apontando para um antagonismo entre eles e indicando que o POEA não aumenta o risco associado ao princípio activo. Deste modo, realça-se a necessidade de regulamentar limiares de segurança para todos os componentes da formulação, recomendando, em particular, a revisão da classificação do risco do POEA (actualmente classificado com “inerte”). Uma vez confirmada a capacidade do principal metabolito do glifosato – AMPA – em exercer dano no ADN assim como dano cromossómico, os produtos da degradação ambiental dos princípios activos assumem-se como um problema silencioso, realçando assim a importância de incluir o AMPA na avaliação do risco relacionado com herbicidas com base no glifosato. A formulação Garlon® e o seu princípio activo triclopir mostraram um claro potencial genotóxico. Adicionalmente, o Garlon® mostrou possuir um potencial genotóxico mais elevado do que o seu princípio activo. No entanto, a capacidade de infligir dano oxidativo no ADN não foi demonstrada para nenhum dos agentes. No que concerne à avaliação da progressão do dano após a remoção da fonte de contaminação, nem os peixes expostos a Roundup® nem os expostos a Garlon® conseguiram restaurar completamente a integridade do seu ADN ao fim de 14 dias. No que concerne ao Roundup®, o uso de enzimas de reparação de lesões específicas do ADN associado ao teste do cometa permitiu detectar um aparecimento tardio de dano oxidativo, indicando deste modo um decaimento progressivo da protecção antioxidante e ainda uma incapacidade de reparar este tipo de dano. O período de pós-exposição correspondente ao Garlon® revelou uma tendência de diminuição dos níveis de dano, apesar de nunca se observar uma completa recuperação. Ainda assim, foi evidente uma intervenção eficiente das enzimas de reparação do ADN, mais concretamente as direccionadas às purinas oxidadas. A avaliação das metodologias adoptadas tornou evidente que o procedimento base do ensaio do cometa, que detecta apenas o dano nãoespecífico no ADN, possui algumas limitações quando comparado com a metodologia que incluiu a incubação com as enzimas de reparação, uma vez que a última mostrou reduzir a possibilidade de ocorrência de resultados falsos negativos. Os dois parâmetros adoptados (ensaio do cometa e teste das ANE) demonstraram possuir aptidões complementares, sendo assim recomendado a sua utilização conjunta com vista a efectuar uma avaliação mais adequada do risco genotóxico. Globalmente, os resultados obtidos forneceram indicações de grande utilidade para as entidades reguladoras, contribuindo ainda para a (re)formulação de medidas de conservação do ambiente aquático. Neste sentido, os dados obtidos apontam para a importância da avaliação de risco dos herbicidas incluir testes de genotoxicidade. A magnitude de risco detectada para ambas as formulações adverte para a necessidade de adopção de medidas restritivas em relação à sua aplicação na proximidade de cursos de água. Como medidas mitigadoras de impactos ambientais, aponta-se o desenvolvimento de formulações que incorporem adjuvantes selecionados com base na sua baixa toxicidade.

Heritability and The Units of Selection: A defense of Genic Selectionism

Tesina elaborada para obtener el MPhil en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, 1987

Seismic retrofitting of RC buildings using CFRP and post-tensioned metal straps: shake table tests

This article examines the effectiveness of two innovative retrofitting solutions at enhancing the seismic behaviour of a substandard reinforced concrete building tested on a shake table as part of the Pan-European funded project BANDIT. To simulate typical substandard construction, the reinforcement of columns and beam-column joints of the full-scale structure had inadequate detailing. An initial series of shake table tests were carried out to assess the seismic behaviour of the bare building and the effectiveness of a first retrofitting intervention using Post-Tensioned Metal Straps. After these tests, columns and joints were repaired and subsequently retrofitted using a retrofitting solution consisting of Carbon Fibre Reinforced Polymers and Post-Tensioned Metal Straps applied on opposite frames of the building. The building was then subjected to unidirectional and three-dimensional incremental seismic excitations to assess the effectiveness of the two retrofitting solutions at improving the global and local building performance. The article provides details of the above shake table testing programme and retrofitting solutions, and discusses the test results in terms of the observed damage, global damage indexes, performance levels and local strains. It is shown that whilst the original bare building was significantly damaged at a peak ground acceleration (PGA) of 0.15g, the retrofitted building resisted severe threedimensional shake table tests up to PGA=0.60g without failure. Moreover, the retrofitting intervention enhanced the interstorey drift ratio capacity of the 1st and 2nd floors by 160% and 110%, respectively. Therefore, the proposed dual retrofitting system is proven to be very effective for improving the seismic performance of substandard buildings.

Hydrodynamic and sediment fluxes through the inlets of the Ria Formosa

Tese de dout., Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente (Ciências do Mar-Oceanografia Física), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

How do analysts deal with bad news? Going-concern opinions and analyst behaviour

Tese dout., University of Edinburg, 2008

Activity, distribution and microhabitat use by the imperilled mira chub Squalius Torgalensis

Tese de doutoramento, Biologia (Ecologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014