MODELING THE UNVOICED COMPONENT IN THE CANONICAL REPRESENTATION OF SPEECH

The canonical representation of speech constitutes a perfect reconstruction (PR) analysis-synthesis system. Its parameters are the autoregressive (AR) model coefficients, the pitch period and the voiced and unvoiced components of the excitation represented as transform coefficients. Each set of parameters may be operated on independently. A time-frequency unvoiced excitation (TFUNEX) model is proposed that has high time resolution and selective frequency resolution. Improved time-frequency fit is obtained by using for antialiasing cancellation the clustering of pitch-synchronous transform tracks defined in the modulation transform domain. The TFUNEX model delivers high-quality speech while compressing the unvoiced excitation representation about 13 times over its raw transform coefficient representation for wideband speech.

The comb signal and its Fourier transform

SignalProcessing, Vol. 81, nº 3

Characterization of local and systemic immune-modulation in melanoma patients

Le mélanome cutané est un des cancers les plus agressifs et dont l'incidence augmente le plus en Suisse. Une fois métastatique, le pronostic de survie moyenne avec les thérapies actuelles est d'environ huit mois, avec moins de 5% de survie à cinq ans. Les récents progrès effectués dans la compréhension de la biologie de la cellule tumorale mais surtout dans l'importance du système immunitaire dans le contrôle de ce cancer ont permis le développement de nouveaux traitements novateurs et prometteurs. Ces thérapies, appelées immunothérapies, reposent sur la stimulation et l'augmentation de la réponse immunitaire à la tumeur. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré l'efficacité de ces traitements chez les patients avec des stades avancés de la maladie, le contrôle de la maladie à long- terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression locale et systémique de la réponse immunitaire spécifique anti-tumorale apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Des études sur les souris ont montré que les vaisseaux lymphatiques joueraient un rôle primordial dans ce processus en induisant une tolérance immune, ce qui permettrait à la tumeur d'échapper au contrôle du système immunitaire et métastatiser plus facilement. Ces excitantes découvertes n'ont pas encore été établi et prouvé chez l'homme. Dans cette thèse, nous montrons pour la première fois que les vaisseaux lymphatiques sont directement impliqués dans la modulation de la réponse immunitaire au niveau local et systémique dans le mélanome chez l'homme. Ces récentes découvertes montrent le potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec les immunothérapies actuellement utilisées afin d'améliorer le pronostic des patients atteint du mélanome. -- Cutaneous melanoma is one of the most invasive and metastatic human cancers and causes 75% of skin cancer mortality. Current therapies such as surgery and chemotherapy fail to control metastatic disease, and relapse occurs frequently due to microscopic residual lesions. It is, thus, essential to develop and optimize novel therapeutic strategies to improve curative responses in these patients. In recent decades, tumor immunologists have revealed the development of spontaneous adaptive immune responses in melanoma patients, leading to the accumulation of highly differentiated tumor-specific T cells at the tumor site. This remains one of the most powerful prognostic markers to date. Immunotherapies that augment the natural function of these tumor-specific T cells have since emerged as highly attractive therapeutic approaches to eliminate melanoma cells. While recent clinical trials have demonstrated great progress in the treatment of advanced stage melanoma, long-term disease control is still only achieved in a minority of patients. Local and systemic immune suppression by the tumor appears to be responsible, in part, for this poor clinical evolution. These facts underscore the need for a better analysis and characterization of immune- related pathways within the tumor microenvironment (TME), as well as at the systemic level. The overall goal of this thesis is, thus, to obtain greater insight into the complexity and heterogeneity of the TME in human melanoma, as well as to investigate immune modulation beyond the TME, which ultimately influences the immune system throughout the whole body. To achieve this, we established two main objectives: to precisely characterize local and systemic immune modulation (i) in untreated melanoma patients and (ii) in patients undergoing peptide vaccination or checkpoint blockade therapy with anti-cytotoxic T- lymphocyte-asisctaed protein-4 (CTLA-4) antibody. In the first and main part of this thesis, we analyzed lymphatic vessels in relation to anti-tumor immune responses in tissues from vaccinated patients using a combination of immunohistochemistry (IHC) techniques, whole slide scanning/analysis, and an automatic quantification system. Strikingly, we found that increased lymphatic vessel density was associated with high expression of immune suppressive molecules, low functionality of tumor-infiltrating CD8+ T cells and decreased cytokine production by tumor-antigen specific CD8+ T cells in the blood. These data revealed a previously unappreciated local and systemic role of lymphangiogenesis in modulating T cell responses in human cancer and support the use of therapies that target lymphatic vessels combined with existing and future T cell based therapies. In the second objective, we describe a metastatic melanoma patient who developed pulmonary sarcoid-like granulomatosis following repetitive vaccination with peptides and CpG. We demonstrated that the onset of this pulmonary autoimmune adverse event was related to the development of a strong and long-lasting tumor-specific CD8+ T cell response. This constitutes the first demonstration that a new generation tumor vaccine can induce the development of autoimmune adverse events. In the third objective, we assessed the use of Fourier Transform Infrared (FTIR) imaging to identify melanoma cells and lymphocyte subpopulations in lymph node (LN) metastasis tissues, thanks to a fruitful collaboration with researchers in Brussels. We demonstrated that the different cell types in metastatic LNs have different infrared spectral features allowing automated identification of these cells. This technic is therefore capable of distinguishing known and novel biological features in human tissues and has, therefore, significant potential as a tool for histopathological diagnosis and biomarker assessment. Finally, in the fourth objective, we investigated the role of colony- stimulating factor-1 (CSF-1) in modulating the anti-tumor response in ipilimumab-treated patients using IHC and in vitro co-cultures, revealing that melanoma cells produce CSF-1 via CTL-derived cytokines when attacked by cytotoxic T lymphocytes (CTLs), resulting in the recruitment of immunosuppressive monocytes. These findings support the combined use of CSF-1R blockade with T cell based immunotherapy for melanoma patients. Taken together, our results reveal the existence of novel mechanisms of immune modulation and thus promote the optimization of combination immunotherapies against melanoma. -- Le mélanome cutané est un des cancers humains les plus invasifs et métastatiques et est responsable de 75% de la mortalité liée aux cancers de la peau. Les thérapies comme la chirurgie et la chimiothérapie ont échoué à contrôler le mélanome métastatique, par ailleurs les rechutes sous ces traitements ont été montrées fréquentes. Il est donc essentiel de développer et d'optimiser de nouvelles stratégies thérapeutiques pour améliorer les réponses thérapeutiques de ces patients. Durant les dernières décennies, les immunologistes spécialisés dans les tumeurs ont démontré qu'un patient atteint du mélanome pouvait développer spontanément une réponse immune adaptative à sa tumeur et que l'accumulation de cellules T spécifiques tumorales au sein même de la tumeur était un des plus puissants facteurs pronostiques. Les immunothérapies qui ont pour but d'augmenter les fonctions naturelles de ces cellules T spécifiques tumorales ont donc émergé comme des approches thérapeutiques très attractives pour éliminer les cellules du mélanome. Alors que les derniers essais cliniques ont démontré un progrès important dans le traitement des formes avancées du mélanome, le contrôle de la maladie à long-terme est seulement atteint chez une minorité des patients. La suppression immune locale et systémique apparaitrait comme une des raisons expliquant la persistance d'un mauvais pronostic clinique chez ces patients. Ces considérations soulignent la nécessité de mieux analyser et caractériser les voies immunitaires non seulement au niveau local dans le microenvironement tumoral mais aussi au niveau systémique dans le sang des patients. Le but de cette thèse est d'obtenir une plus grande connaissance de la complexité et de l'hétérogénéité du microenvironement tumoral dans les mélanomes mais aussi d'investiguer la modulation immunitaire au delà du microenvironement tumoral au niveau systémique. Afin d'atteindre ce but, nous avons établi deux objectifs principaux : caractériser précisément la modulation locale et systémique du système immunitaire (i) chez les patients atteints du mélanome qui n'ont pas reçu de traitement et (ii) chez les patients qui ont été traités soit par des vaccins soit par des thérapies qui bloquent les points de contrôles. Dans la première et majeure partie de cette thèse, nous avons analysé les vaisseaux lymphatiques en relation avec la réponse immunitaire anti-tumorale dans les tissus des patients vaccinés grâce à des techniques d'immunohistochimie et de quantification informatisé et automatique des marquages. Nous avons trouvé qu'une densité élevée de vaisseaux lymphatiques dans la tumeur était associée à une plus grande expression de molécules immunosuppressives ainsi qu'à une diminution de la fonctionnalité des cellules T spécifiques tumoral dans la tumeur et dans le sang des patients. Ces résultats révèlent un rôle jusqu'à là inconnu des vaisseaux lymphatiques dans la modulation directe du système immunitaire au niveau local et systémique dans les cancers de l'homme. Cette recherche apporte finalement des preuves du potentiel de combiner des thérapies visant le système lymphatique avec des autres immunothérapies déjà utilisées en clinique. Dans le second objectif, nous rapportons le cas d'un patient atteint d'un mélanome avec de multiples métastases qui a développé à la suite de plusieurs vaccinations répétées et consécutives avec des peptides et du CpG, un évènement indésirable sous la forme d'une granulomatose pulmonaire sarcoid-like. Nous avons démontré que l'apparition de cet évènement était intimement liée au développement d'une réponse immunitaire durable et spécifique contre les antigènes de la tumeur. Par là- même, nous prouvons pour la première fois que la nouvelle génération de vaccins est aussi capable d'induire des effets indésirables auto-immuns. Pour le troisième objectif, nous avons voulu savoir si l'utilisation de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) était capable d'identifier les cellules du mélanome ainsi que les différents sous-types cellulaires dans les ganglions métastatiques. Grâce à nos collaborateurs de Bruxelles, nous avons pu établir que les diverses composantes cellulaires des ganglions atteints par des métastases du mélanome présentaient des spectres infrarouges différents et qu'elles pouvaient être identifiées d'une façon automatique. Cette nouvelle technique permettrait donc de distinguer des caractéristiques biologiques connues ou nouvelles dans les tissus humains qui auraient des retombées pratiques importantes dans le diagnostic histopathologique et dans l'évaluation des biomarqueurs. Finalement dans le dernier objectif, nous avons investigué le rôle du facteur de stimulation des colonies (CSF-1) dans la modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale chez les patients qui ont été traités par l'Ipilimumab. Nos expériences in vivo au niveau des tissus tumoraux et nos co-cultures in vitro nous ont permis de démontrer que les cytokines secrétées par les cellules T spécifiques anti-tumorales induisaient la sécrétion de CSF-1 dans les cellules du mélanome ce qui résultait en un recrutement de monocytes immunosuppresseurs. Dans son ensemble, cette thèse révèle donc l'existence de nouveaux mécanismes de modulation de la réponse immunitaire anti-tumorale et propose de nouvelles optimisations de combinaison d'immunothérapies contre le mélanome.

Modulation du système glutamatergique pendant l’apprentissage moteur : une étude de spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle

La présente étude avait pour but d’explorer les modulations fonctionnelles putaminales du signal de spectroscopie par résonance magnétique (SRM) combiné du glutamate et de la glutamine (Glx), ainsi que de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) en lien avec l’apprentissage d’une séquence motrice. Nous avons émis l’hypothèse que les concentrations de Glx seraient spécifiquement augmentées pendant et après la pratique d’une telle tâche, et ce comparativement à une condition d’exécution motrice simple conçue pour minimiser l’apprentissage. La tâche d’appuis séquentiels des doigts (« finger taping task ») utilisée est connue pour induire un apprentissage moteur évoluant en phases, avec une progression initialement rapide lors de la première session d’entraînement (phase rapide), puis lente lors de sessions subséquentes (phase lente). Cet apprentissage est également conçu comme dépendant de processus « on-line » (pendant la pratique) d’acquisition et « off-line » (entre les périodes de pratique) de consolidation de la trace mnésique de l’habilité motrice. Une grande quantité de données impliquent le système de neurotransmission glutamatergique, principalement par l’action de ses récepteurs N-Méthyl-D-aspartate (NMDAR) et métabotropiques (mGluR), dans une multitude de domaine de la mémoire. Quelques-unes de ces études suggèrent que cette relation s’applique aussi à des mémoires de type motrice ou dépendante du striatum. De plus, certains travaux chez l’animal montrent qu’une hausse des concentrations de glutamate et de glutamine peut être associée à l’acquisition et/ou consolidation d’une trace mnésique. Nos mesures de SRM à 3.0 Tesla, dont la qualité ne s’est avérée satisfaisante que pour le Glx, démontrent qu’une telle modulation des concentrations de Glx est effectivement détectable dans le putamen après la performance d’une tâche motrice. Elles ne nous permettent toutefois pas de dissocier cet effet putativement attribuable à la plasticité du putamen associée à l’apprentissage moteur de séquence, de celui de la simple activation neuronale causée par l’exécution motrice. L’interprétation de l’interaction non significative, montrant une plus grande modulation par la tâche motrice simple, mène cependant à l’hypothèse alternative que la plasticité glutamatergique détectée est potentiellement plus spécifique à la phase lente de l’apprentissage, suggérant qu’une seconde expérience ainsi orientée et utilisant une méthode de SRM plus sensible au Glx aurait donc de meilleures chances d’offrir des résultats concluants.

Rôle du TGF-β dans la modulation du microenvironnement tumoral leucémique

Le microenvironnement tumoral et les cellules et molécules signal (cytokines et chimiokines) qu’ils contiennent sont reconnus comme jouant un rôle prépondérant dans la progression des tumeurs. Il devient donc nécessaire d’étudier la relation entre les molécules signal, les cellules infiltrantes et les cellules tumorales. Le TGF-β est une puissante cytokine immunosuppressive et suppressive de la croissance cellulaire, dont le rôle dans la formation du microenvironnement tumoral leucémique est mal connu. Dans cette étude, nous avons étudié le modèle injectable de leucémie lymphoïde T EL4 (cellules tumorales produisant du TGF-β) de souche C57BL/6. Nous avons caractérisé l’infiltration de cellules myéloïdes et lymphoïdes au niveau des tumeurs par cytométrie en flux et par microscopie à fluorescence. L’analyse des cellules infiltrant les tumeurs EL4 nous a permis de montrer la forte présence de lymphocytes T et de cellules myéloïdes CD11b+. Nous avons donc poursuivi l’étude afin de mieux caractériser ces cellules. Nous avons montré que ces cellules se retrouvent en périphérie de la tumeur et en périphérie des vaisseaux sanguins de la tumeur. Ces cellules ont des phénotypes nous laissant croire qu’elles appartiennent à la famille des cellules dite myéloïdes suppressives. Ces cellules ont de forts niveaux de transcrits de VEGF et de MMP9 au niveau de la tumeur ainsi qu’au niveau systémique, mais ne semblent pas avoir une forte capacité inhibitrice in vitro. Afin de déterminer si la production tumorale de TGF-β influe le recrutement de ces cellules, nous avons transformé des cellules EL4 à l’aide d’un shRNA afin de diminuer la production de TGF-β (shRNA-TGF-β) et, comparé l’infiltration myéloïde et lymphoïde de tumeurs formées avec des cellules EL4 contrôles (shRNA-Luc). Une diminution de 50% dans les niveaux de transcrits de TGF-β n’affecte pas la croissance tumorale mais semble diminuer l’infiltration par des cellules myéloïdes. La présente étude nous a permis de mieux comprendre le modèle de leucémie EL4 et le rôle des populations cellulaires myéloïdes dans le microenvironnement tumoral leucémique. La diminution du TGF-β produit par les cellules tumorales réduit l’infiltration de ces populations myéloïdes dans la tumeur EL4. Le rôle précis de ces cellules est encore à déterminer. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une thérapie anti-TGF-β n’est pas suffisante pour contrer la progression tumorale, mais pourrait influer sur le résultat post-chimiothérapie et l’immunothérapie en altérant la composition du microenvironnement.

Multiband OFDM modulation and demodulation for ultra wideband communications

This chapter considers the Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MB- OFDM) modulation and demodulation with the intention to optimize the Ultra-Wideband (UWB) system performance. OFDM is a type of multicarrier modulation and becomes the most important aspect for the MB-OFDM system performance. It is also a low cost digital signal component efficiently using Fast Fourier Transform (FFT) algorithm to implement the multicarrier orthogonality. Within the MB-OFDM approach, the OFDM modulation is employed in each 528 MHz wide band to transmit the data across the different bands while also using the frequency hopping technique across different bands. Each parallel bit stream can be mapped onto one of the OFDM subcarriers. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) and Dual Carrier Modulation (DCM) are currently used as the modulation schemes for MB-OFDM in the ECMA-368 defined UWB radio platform. A dual QPSK soft-demapper is suitable for ECMA-368 that exploits the inherent Time-Domain Spreading (TDS) and guard symbol subcarrier diversity to improve the receiver performance, yet merges decoding operations together to minimize hardware and power requirements. There are several methods to demap the DCM, which are soft bit demapping, Maximum Likelihood (ML) soft bit demapping, and Log Likelihood Ratio (LLR) demapping. The Channel State Information (CSI) aided scheme coupled with the band hopping information is used as a further technique to improve the DCM demapping performance. ECMA-368 offers up to 480 Mb/s instantaneous bit rate to the Medium Access Control (MAC) layer, but depending on radio channel conditions dropped packets unfortunately result in a lower throughput. An alternative high data rate modulation scheme termed Dual Circular 32-QAM that fits within the configuration of the current standard increasing system throughput thus maintaining the high rate throughput even with a moderate level of dropped packets.

Solubility and release modulation effect of sulfamerazine ternary complexes with cyclodextrins and meglumine

This study investigated the effect on solubility and release of ternary complexes of sulfamerazine (SMR) with beta-(beta CD), methyl-(M beta CD) and hydroxypropyl-P-cyclodextrin (HP beta CD) using meglumine (MEG) as the ternary component. The combination of MEG with M beta CD resulted the best approach, with an increased effect (29-fold) of the aqueous solubility of SMR. The mode of inclusion was supported by 2D NMR, which indicated that real ternary complexes were formed between SMR, MEG and M beta CD or HP beta CD. Solid state analysis was performed using Fourier-transform infrared spectroscopy (FT IR), differential scanning calorimetry (DSC) and powder X-ray diffraction (XRD), which demonstrated that different interactions occurred among SMR, MEG and M beta CD or HP beta CD in the ternary lyophilized systems. The ternary complexes with beta CD and M beta CD produced an additional retention effect on the release of SMR compared to the corresponding binary complexes, implying that they were clearly superior in terms of solubility and release modulation. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

DCT Type-III for Multicarrier Modulation

In this paper we propose the use of Discrete Cosine Transform Type-III (DCT3) for multicarrier modulation. There are two DCT3 (even and odd) and, for each of them, we derive the expressions for both prefix and suffix to be appended into each data symbol to be transmitted. Moreover, DCT3 are closely related to the corresponding inverse DCT Type-II even and odd. Furthermore, we give explicit expressions for the 1-tap per subcarrier equalizers that must be implemented at the receiver to perform the channel equalization in the frequency-domain. As a result, the proposed DCT3-based multicarrier modulator can be used as an alternative to DFT-based systems to perform Orthogonal Frequency-Division Multiplexing or Discrete Multitone Modulation

Molecular cloning and characterization of a cellular phosphoprotein that interacts with a conserved C-terminal domain of adenovirus E1A involved in negative modulation of oncogenic transformation.

The adenovirus type 2/5 E1A proteins transform primary baby rat kidney (BRK) cells in cooperation with the activated Ras (T24 ras) oncoprotein. The N-terminal half of E1A (exon 1) is essential for this transformation activity. While the C-terminal half of E1A (exon 2) is dispensable, a region located between residues 225 and 238 of the 243R E1A protein negatively modulates in vitro T24 ras cooperative transformation as well as the tumorigenic potential of E1A/T24 ras-transformed cells. The same C-terminal domain is also required for binding of a cellular 48-kDa phosphoprotein, C-terminal binding protein (CtBP). We have cloned the cDNA for CtBP via yeast two-hybrid interaction cloning. The cDNA encodes a 439-amino acid (48 kDa) protein that specifically interacts with exon 2 in yeast two-hybrid, in vitro protein binding, and in vivo coimmunoprecipitation analyses. This protein requires residues 225-238 of the 243R E1A protein for interaction. The predicted protein sequence of the isolated cDNA is identical to amino acid sequences obtained from peptides prepared from biochemically purified CtBP. Fine mapping of the CtBP-binding domain revealed that a 6-amino acid motif highly conserved among the E1A proteins of various human and animal adenoviruses is required for this interaction. These results suggest that interaction of CtBP with the E1A proteins may play a critical role in adenovirus replication and oncogenic transformation.

Digital signal processing based on inverse scattering transform

Through numerical modeling, we illustrate the possibility of a new approach to digital signal processing in coherent optical communications based on the application of the so-called inverse scattering transform. Considering without loss of generality a fiber link with normal dispersion and quadrature phase shift keying signal modulation, we demonstrate how an initial information pattern can be recovered (without direct backward propagation) through the calculation of nonlinear spectral data of the received optical signal. © 2013 Optical Society of America.

Channel model and lower capacity bound for the transmission based on nonlinear Fourier transform

The integrability of the nonlinear Schräodinger equation (NLSE) by the inverse scattering transform shown in a seminal work [1] gave an interesting opportunity to treat the corresponding nonlinear channel similar to a linear one by using the nonlinear Fourier transform. Integrability of the NLSE is in the background of the old idea of eigenvalue communications [2] that was resurrected in recent works [3{7]. In [6, 7] the new method for the coherent optical transmission employing the continuous nonlinear spectral data | nonlinear inverse synthesis was introduced. It assumes the modulation and detection of data using directly the continuous part of nonlinear spectrum associated with an integrable transmission channel (the NLSE in the case considered). Although such a transmission method is inherently free from nonlinear impairments, the noisy signal corruptions, arising due to the ampli¯er spontaneous emission, inevitably degrade the optical system performance. We study properties of the noise-corrupted channel model in the nonlinear spectral domain attributed to NLSE. We derive the general stochastic equations governing the signal evolution inside the nonlinear spectral domain and elucidate the properties of the emerging nonlinear spectral noise using well-established methods of perturbation theory based on inverse scattering transform [8]. It is shown that in the presence of small noise the communication channel in the nonlinear domain is the additive Gaussian channel with memory and signal-dependent correlation matrix. We demonstrate that the effective spectral noise acquires colouring", its autocorrelation function becomes slow decaying and non-diagonal as a function of \frequencies", and the noise loses its circular symmetry, becoming elliptically polarized. Then we derive a low bound for the spectral effiency for such a channel. Our main result is that by using the nonlinear spectral techniques one can significantly increase the achievable spectral effiency compared to the currently available methods [9]. REFERENCES 1. Zakharov, V. E. and A. B. Shabat, Sov. Phys. JETP, Vol. 34, 62{69, 1972. 2. Hasegawa, A. and T. Nyu, J. Lightwave Technol., Vol. 11, 395{399, 1993. 3. Yousefi, M. I. and F. R. Kschischang, IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 60, 4312{4328, 2014. 4. Yousefi, M. I. and F. R. Kschischang, IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 60, 4329{4345 2014. 5. Yousefi, M. I. and F. R. Kschischang, IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 60, 4346{4369, 2014. 6. Prilepsky, J. E., S. A. Derevyanko, K. J. Blow, I. Gabitov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. Lett., Vol. 113, 013901, 2014. 7. Le, S. T., J. E. Prilepsky, and S. K. Turitsyn, Opt. Express, Vol. 22, 26720{26741, 2014. 8. Kaup, D. J. and A. C. Newell, Proc. R. Soc. Lond. A, Vol. 361, 413{446, 1978. 9. Essiambre, R.-J., G. Kramer, P. J. Winzer, G. J. Foschini, and B. Goebel, J. Lightwave Technol., Vol. 28, 662{701, 2010.

Periodic nonlinear Fourier transform for fiber-optic communications, Part I:theory and numerical methods

In this work, we introduce the periodic nonlinear Fourier transform (PNFT) method as an alternative and efficacious tool for compensation of the nonlinear transmission effects in optical fiber links. In the Part I, we introduce the algorithmic platform of the technique, describing in details the direct and inverse PNFT operations, also known as the inverse scattering transform for periodic (in time variable) nonlinear Schrödinger equation (NLSE). We pay a special attention to explaining the potential advantages of the PNFT-based processing over the previously studied nonlinear Fourier transform (NFT) based methods. Further, we elucidate the issue of the numerical PNFT computation: we compare the performance of four known numerical methods applicable for the calculation of nonlinear spectral data (the direct PNFT), in particular, taking the main spectrum (utilized further in Part II for the modulation and transmission) associated with some simple example waveforms as the quality indicator for each method. We show that the Ablowitz-Ladik discretization approach for the direct PNFT provides the best performance in terms of the accuracy and computational time consumption.

Periodic nonlinear Fourier transform for fiber-optic communications, Part II:eigenvalue communication

In this paper we propose the design of communication systems based on using periodic nonlinear Fourier transform (PNFT), following the introduction of the method in the Part I. We show that the famous "eigenvalue communication" idea [A. Hasegawa and T. Nyu, J. Lightwave Technol. 11, 395 (1993)] can also be generalized for the PNFT application: In this case, the main spectrum attributed to the PNFT signal decomposition remains constant with the propagation down the optical fiber link. Therefore, the main PNFT spectrum can be encoded with data in the same way as soliton eigenvalues in the original proposal. The results are presented in terms of the bit-error rate (BER) values for different modulation techniques and different constellation sizes vs. the propagation distance, showing a good potential of the technique.

Capacity estimates for optical transmission based on the nonlinear Fourier transform

What is the maximum rate at which information can be transmitted error-free in fibre-optic communication systems? For linear channels, this was established in classic works of Nyquist and Shannon. However, despite the immense practical importance of fibre-optic communications providing for >99% of global data traffic, the channel capacity of optical links remains unknown due to the complexity introduced by fibre nonlinearity. Recently, there has been a flurry of studies examining an expected cap that nonlinearity puts on the information-carrying capacity of fibre-optic systems. Mastering the nonlinear channels requires paradigm shift from current modulation, coding and transmission techniques originally developed for linear communication systems. Here we demonstrate that using the integrability of the master model and the nonlinear Fourier transform, the lower bound on the capacity per symbol can be estimated as 10.7 bits per symbol with 500 GHz bandwidth over 2,000 km.

Analysis Of The Dna Fourier Transform-infrared Microspectroscopic Signature Using An All-reflecting Objective.

The Fourier transform-infrared (FT-IR) signature of dry samples of DNA and DNA-polypeptide complexes, as studied by IR microspectroscopy using a diamond attenuated total reflection (ATR) objective, has revealed important discriminatory characteristics relative to the PO2(-) vibrational stretchings. However, DNA IR marks that provide information on the sample's richness in hydrogen bonds have not been resolved in the spectral profiles obtained with this objective. Here we investigated the performance of an all reflecting objective (ARO) for analysis of the FT-IR signal of hydrogen bonds in DNA samples differing in base richness types (salmon testis vs calf thymus). The results obtained using the ARO indicate prominent band peaks at the spectral region representative of the vibration of nitrogenous base hydrogen bonds and of NH and NH2 groups. The band areas at this spectral region differ in agreement with the DNA base richness type when using the ARO. A peak assigned to adenine was more evident in the AT-rich salmon DNA using either the ARO or the ATR objective. It is concluded that, for the discrimination of DNA IR hydrogen bond vibrations associated with varying base type proportions, the use of an ARO is recommended.