Bit loading for MIMO with statistical channel information at the transmitter and ZF receivers

For single-user MIMO communication with uncoded and coded QAM signals, we propose bit and power loading schemes that rely only on channel distribution information at the transmitter. To that end, we develop the relationship between the average bit error probability at the output of a ZF linear receiver and the bit rates and powers allocated at the transmitter. This relationship, and the fact that a ZF receiver decouples the MIMO parallel channels, allow leveraging bit loading algorithms already existing in the literature. We solve dual bit rate maximization and power minimization problems and present performance resultsthat illustrate the gains of the proposed scheme with respect toa non-optimized transmission.

A systolic array for linear MIMO detection based on an all-swap lattice reduction algorithm

A systolic array to implement lattice-reduction-aided lineardetection is proposed for a MIMO receiver. The lattice reductionalgorithm and the ensuing linear detections are operated in the same array, which can be hardware-efficient. All-swap lattice reduction algorithm (ASLR) is considered for the systolic design.ASLR is a variant of the LLL algorithm, which processes all lattice basis vectors within one iteration. Lattice-reduction-aided linear detection based on ASLR and LLL algorithms have very similarbit-error-rate performance, while ASLR is more time efficient inthe systolic array, especially for systems with a large number ofantennas.

Performance of GPRS coding scheme detection under severe multipath and co-channel interference as a function of soft-bit width

The General Packet Radio Service (GPRS) has been developed for the mobile radio environment to allow the migration from the traditional circuit switched connection to a more efficient packet based communication link particularly for data transfer. GPRS requires the addition of not only the GPRS software protocol stack, but also more baseband functionality for the mobile as new coding schemes have be en defined, uplink status flag detection, multislot operation and dynamic coding scheme detect. This paper concentrates on evaluating the performance of the GPRS coding scheme detection methods in the presence of a multipath fading channel with a single co-channel interferer as a function of various soft-bit data widths. It has been found that compressing the soft-bit data widths from the output of the equalizer to save memory can influence the likelihood decision of the coding scheme detect function and hence contribute to the overall performance loss of the system. Coding scheme detection errors can therefore force the channel decoder to either select the incorrect decoding scheme or have no clear decision which coding scheme to use resulting in the decoded radio block failing the block check sequence and contribute to the block error rate. For correct performance simulation, the performance of the full coding scheme detection must be taken into account.

A forward constrained selection algorithm for probabilistic neural network

A new probabilistic neural network (PNN) learning algorithm based on forward constrained selection (PNN-FCS) is proposed. An incremental learning scheme is adopted such that at each step, new neurons, one for each class, are selected from the training samples arid the weights of the neurons are estimated so as to minimize the overall misclassification error rate. In this manner, only the most significant training samples are used as the neurons. It is shown by simulation that the resultant networks of PNN-FCS have good classification performance compared to other types of classifiers, but much smaller model sizes than conventional PNN.

Practical scheme for error control using feedback

We describe a scheme for quantum-error correction that employs feedback and weak measurement rather than the standard tools of projective measurement and fast controlled unitary gates. The advantage of this scheme over previous protocols [for example, Ahn Phys. Rev. A 65, 042301 (2001)], is that it requires little side processing while remaining robust to measurement inefficiency, and is therefore considerably more practical. We evaluate the performance of our scheme by simulating the correction of bit flips. We also consider implementation in a solid-state quantum-computation architecture and estimate the maximal error rate that could be corrected with current technology.

An empirical evaluation of imputation accuracy for association statistics reveals increased type-I error rates in genome-wide associations

Background: Genome wide association studies (GWAS) are becoming the approach of choice to identify genetic determinants of complex phenotypes and common diseases. The astonishing amount of generated data and the use of distinct genotyping platforms with variable genomic coverage are still analytical challenges. Imputation algorithms combine directly genotyped markers information with haplotypic structure for the population of interest for the inference of a badly genotyped or missing marker and are considered a near zero cost approach to allow the comparison and combination of data generated in different studies. Several reports stated that imputed markers have an overall acceptable accuracy but no published report has performed a pair wise comparison of imputed and empiric association statistics of a complete set of GWAS markers. Results: In this report we identified a total of 73 imputed markers that yielded a nominally statistically significant association at P < 10(-5) for type 2 Diabetes Mellitus and compared them with results obtained based on empirical allelic frequencies. Interestingly, despite their overall high correlation, association statistics based on imputed frequencies were discordant in 35 of the 73 (47%) associated markers, considerably inflating the type I error rate of imputed markers. We comprehensively tested several quality thresholds, the haplotypic structure underlying imputed markers and the use of flanking markers as predictors of inaccurate association statistics derived from imputed markers. Conclusions: Our results suggest that association statistics from imputed markers showing specific MAF (Minor Allele Frequencies) range, located in weak linkage disequilibrium blocks or strongly deviating from local patterns of association are prone to have inflated false positive association signals. The present study highlights the potential of imputation procedures and proposes simple procedures for selecting the best imputed markers for follow-up genotyping studies.

Human Error Contribution in Collision and Grounding of Oil Tankers

The purpose of this article is to present a quantitative analysis of the human failure contribution in the collision and/or grounding of oil tankers, considering the recommendation of the ""Guidelines for Formal Safety Assessment"" of the International Maritime Organization. Initially, the employed methodology is presented, emphasizing the use of the technique for human error prediction to reach the desired objective. Later, this methodology is applied to a ship operating on the Brazilian coast and, thereafter, the procedure to isolate the human actions with the greatest potential to reduce the risk of an accident is described. Finally, the management and organizational factors presented in the ""International Safety Management Code"" are associated with these selected actions. Therefore, an operator will be able to decide where to work in order to obtain an effective reduction in the probability of accidents. Even though this study does not present a new methodology, it can be considered as a reference in the human reliability analysis for the maritime industry, which, in spite of having some guides for risk analysis, has few studies related to human reliability effectively applied to the sector.

Model-based clustering in gene expression microarrays: An application to breast cancer data

In microarray studies, the application of clustering techniques is often used to derive meaningful insights into the data. In the past, hierarchical methods have been the primary clustering tool employed to perform this task. The hierarchical algorithms have been mainly applied heuristically to these cluster analysis problems. Further, a major limitation of these methods is their inability to determine the number of clusters. Thus there is a need for a model-based approach to these. clustering problems. To this end, McLachlan et al. [7] developed a mixture model-based algorithm (EMMIX-GENE) for the clustering of tissue samples. To further investigate the EMMIX-GENE procedure as a model-based -approach, we present a case study involving the application of EMMIX-GENE to the breast cancer data as studied recently in van 't Veer et al. [10]. Our analysis considers the problem of clustering the tissue samples on the basis of the genes which is a non-standard problem because the number of genes greatly exceed the number of tissue samples. We demonstrate how EMMIX-GENE can be useful in reducing the initial set of genes down to a more computationally manageable size. The results from this analysis also emphasise the difficulty associated with the task of separating two tissue groups on the basis of a particular subset of genes. These results also shed light on why supervised methods have such a high misallocation error rate for the breast cancer data.

Automatic email organization

Introdução Actualmente, as mensagens electrónicas são consideradas um importante meio de comunicação. As mensagens electrónicas – vulgarmente conhecidas como emails – são utilizadas fácil e frequentemente para enviar e receber o mais variado tipo de informação. O seu uso tem diversos fins gerando diariamente um grande número de mensagens e, consequentemente um enorme volume de informação. Este grande volume de informação requer uma constante manipulação das mensagens de forma a manter o conjunto organizado. Tipicamente esta manipulação consiste em organizar as mensagens numa taxonomia. A taxonomia adoptada reflecte os interesses e as preferências particulares do utilizador. Motivação A organização manual de emails é uma actividade morosa e que consome tempo. A optimização deste processo através da implementação de um método automático, tende a melhorar a satisfação do utilizador. Cada vez mais existe a necessidade de encontrar novas soluções para a manipulação de conteúdo digital poupando esforços e custos ao utilizador; esta necessidade, concretamente no âmbito da manipulação de emails, motivou a realização deste trabalho. Hipótese O objectivo principal deste projecto consiste em permitir a organização ad-hoc de emails com um esforço reduzido por parte do utilizador. A metodologia proposta visa organizar os emails num conjunto de categorias, disjuntas, que reflectem as preferências do utilizador. A principal finalidade deste processo é produzir uma organização onde as mensagens sejam classificadas em classes apropriadas requerendo o mínimo número esforço possível por parte do utilizador. Para alcançar os objectivos estipulados, este projecto recorre a técnicas de mineração de texto, em especial categorização automática de texto, e aprendizagem activa. Para reduzir a necessidade de inquirir o utilizador – para etiquetar exemplos de acordo com as categorias desejadas – foi utilizado o algoritmo d-confidence. Processo de organização automática de emails O processo de organizar automaticamente emails é desenvolvido em três fases distintas: indexação, classificação e avaliação. Na primeira fase, fase de indexação, os emails passam por um processo transformativo de limpeza que visa essencialmente gerar uma representação dos emails adequada ao processamento automático. A segunda fase é a fase de classificação. Esta fase recorre ao conjunto de dados resultantes da fase anterior para produzir um modelo de classificação, aplicando-o posteriormente a novos emails. Partindo de uma matriz onde são representados emails, termos e os seus respectivos pesos, e um conjunto de exemplos classificados manualmente, um classificador é gerado a partir de um processo de aprendizagem. O classificador obtido é então aplicado ao conjunto de emails e a classificação de todos os emails é alcançada. O processo de classificação é feito com base num classificador de máquinas de vectores de suporte recorrendo ao algoritmo de aprendizagem activa d-confidence. O algoritmo d-confidence tem como objectivo propor ao utilizador os exemplos mais significativos para etiquetagem. Ao identificar os emails com informação mais relevante para o processo de aprendizagem, diminui-se o número de iterações e consequentemente o esforço exigido por parte dos utilizadores. A terceira e última fase é a fase de avaliação. Nesta fase a performance do processo de classificação e a eficiência do algoritmo d-confidence são avaliadas. O método de avaliação adoptado é o método de validação cruzada denominado 10-fold cross validation. Conclusões O processo de organização automática de emails foi desenvolvido com sucesso, a performance do classificador gerado e do algoritmo d-confidence foi relativamente boa. Em média as categorias apresentam taxas de erro relativamente baixas, a não ser as classes mais genéricas. O esforço exigido pelo utilizador foi reduzido, já que com a utilização do algoritmo d-confidence obteve-se uma taxa de erro próxima do valor final, mesmo com um número de casos etiquetados abaixo daquele que é requerido por um método supervisionado. É importante salientar, que além do processo automático de organização de emails, este projecto foi uma excelente oportunidade para adquirir conhecimento consistente sobre mineração de texto e sobre os processos de classificação automática e recuperação de informação. O estudo de áreas tão interessantes despertou novos interesses que consistem em verdadeiros desafios futuros.

Sistema de reconhecimento de impressões digitais baseado em FPGA

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Quality-of-service in wireless sensor networks: state-of-the-art and future directions

Wireless sensor networks (WSNs) are one of today’s most prominent instantiations of the ubiquituous computing paradigm. In order to achieve high levels of integration, WSNs need to be conceived considering requirements beyond the mere system’s functionality. While Quality-of-Service (QoS) is traditionally associated with bit/data rate, network throughput, message delay and bit/packet error rate, we believe that this concept is too strict, in the sense that these properties alone do not reflect the overall quality-ofservice provided to the user/application. Other non-functional properties such as scalability, security or energy sustainability must also be considered in the system design. This paper identifies the most important non-functional properties that affect the overall quality of the service provided to the users, outlining their relevance, state-of-the-art and future research directions.

Sistema de apoio ao utilizador de transportes públicos

Nos dias de hoje usar o transporte público para nos deslocarmos de uma determinada origem para um determinado destino é uma realidade na vida da maioria das pessoas. Muitas destas deslocações fazem parte da rotina diária do cidadão, que depende destes transportes para as suas atividades do dia-a-dia. Nos últimos anos, o número de cidadãos que usa os transportes públicos como meio de deslocação tem vindo a aumentar consideravelmente. Contudo, a maioria dos operadores de transportes públicos pecam pela falta de pontualidade dos seus serviços, e pela falta de informação disponível ao cidadão acerca dos horários dos mesmos em tempo real. Tendo este problema em conta, foi desenvolvida uma solução capaz de realizar uma previsão do tempo de chegada de um transporte público, ao longo de todo o seu serviço. Previsão essa que é atualizada ao longo do percurso de forma a reduzir a margem de erro da informação apresentada. Com esta informação o cidadão pode planear melhor o seu dia e decidir qual é a melhor altura para se deslocar para a paragem, evitando ao máximo a perda de tempo à espera do seu transporte público. A solução final foi desenvolvida com a ajuda da empresa BEWARE e teve como objetivo a criação de uma aplicação web capaz de apresentar os tempos de espera dos autocarros em diferentes tipos de vista, bem como o acompanhamento do mesmo ao longo do percurso. Toda a informação utilizada na aplicação web foi criada por dois serviços de apoio que efetuam o controlo do autocarro ao longo do percurso, bem como os cálculos da previsão dos tempos de espera. O projeto foi dividido em quatro constituintes que foram repetidas durante o desenvolvimento da solução. A primeira constou na análise do problema, no levantamento e definição dos requisitos. A segunda incluiu o desenvolvimento de um algoritmo capaz de validar a posição do autocarro ao longo do seu percurso, detetando a paragem onde este se encontra e a hora de chegada à mesma. A terceira abrangeu o desenvolvimento de um algoritmo capaz de prever o tempo de chegada de um autocarro às paragens definidas na sua rota, recorrendo ao histórico de viagens realizadas anteriormente. A quarta consistiu no desenvolvimento da aplicação web, implementando todas as funcionalidades necessárias para que a aplicação consiga realizar o acompanhamento do autocarro no percurso, a consulta dos tempos de chegada e da previsão dos tempos às paragens seguintes recorrendo a três tipos de vistas diferentes, e a possibilidade de agendar notificações de forma a receber no email as previsões dos tempos de chegada nos dias e horas mais significativos para o utilizador.

Automated segmentation, tracking and evaluation of bacteria in microscopy images

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Algorithm for the Parkinson’s disease behavioural models characterization using a biosensor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Deploying public surface transit to forward messages in DTN

Delay Tolerant Network (DTN) is a communication architecture enabling connectivity in a topology with unregular end-to-end network connection. DTN enables communication in environments with cross-connectivity, large delays and delivery time variations, and a high error rate. DTN can be used in vehicular networks where public transport get involved. This research aims to analyze the role of public transit as a DTN routing infrastructure. The impact of using public transit as a relay router is investigated by referencing the network performance, defined by its delivery ratio, average delay and overhead. The results show that public transit can be used as a backbone for DTN in an urban scenario using existing protocols. This opens insights for future researches on routing algorithm and protocol design.