The number of secure data streams a relay-assisted interference channel can support has been an intriguing problem. The problem is not solved even for a fundamental scenario with a single antenna at each transmitter, receiver and relay. In this paper, we study the achievable secure degrees of freedom of instantaneous relay-assisted interference channels with real and complex coefficients. The study of secure degrees of freedom with complex coefficients is not a trivial multiuser extension of the scenarios with real channel coefficients as in the case for the degrees of freedom, due to secrecy constraints. We tackle this challenge by jointly designing the improper transmit signals and widely-linear relay processing strategies.

In a crystalline ordered magnet, coherent excitations called spin waves, or magnons, propagate in the material forming band structures in an analogous way to electrons. Spin waves can possess non trivial topology associated with novel response functions of fundamental and potential technological interest. In particular, topologically protected surface states of magnons offer a new path towards coherent spin transport for spintronics applications. One of the central issues in this area is to establish the conditions under which band topology can arise in magnons and explore its variety. In this work we harness the full power of symmetry as applied to magnetism, to facilitate the discovery of new topological magnon models and materials. We show how to efficiently identify such systems by adapting the electronic topological quantum chemistry scheme to magnons, using constraints imposed by time reversal and crystalline symmetries to determine possible gapped and nodal topology in magnon models. Further, we explore enhanced symmetries beyond this paradigm, which are nevertheless natural for magnons: the spin-space groups. Exploring spin-space symmetry, which has wholly or partially decoupled magnetic and lattice degrees of freedom, reveals a proliferation of nodal points, lines, and planes beyond the standard crystalline symmetries. Linear spin wave theory is one of the most valuable techniques to study magnons, however, it can fail in different scenarios. Because of its importance to the community, we explore cases where it contains spurious symmetries which can potentially hide important physics in the spectra, like topology. We provide therefore a simple way to identify and resolve such cases within the linear theory. Finally, a pressing issue in magnons is the experimental detection and manipulation of topological surface states. Even more, the characterisation of generic 2D magnetism is an open problem. We contribute to this by devising an experimental setup based on quasi-particle interference which potentially could solve this long-lasting challenge. / Kohärente Anregungen, wie Spinwellen, auch Magnonen genannt, formen Bandstrukturen in kristallin geordneten Materialien. Diese Magnonen können eine nicht triviale Topologie aufwei- sen, welche neuartige Antwortfunktionen erzeugen können. Sie sind daher von technologischem Interesse. Insbesondere die topologisch geschützten Oberflächenzustände der Magnonen ermöglichen eine Realisierung von kohärentem Spin Transport und erlauben eine potentielle Anwendung in der Spintronik. Zentraler Punkt der aktuellen Forschung sind Bedingungen, unter denen eine nicht triviale Magnon-Bandtopologie entstehen kann und welche Möglichkeiten diese eröffnen. In dieser Arbeit untersuchen wir diese neuartigen topologischen Phasen für verschiedene Mo- delle unter Nutzung verschiedener Symmetrien. Die Erweiterung des elektronischen “topological quantum chemistry” Ansatzes für Magnonen erlaubt eine effiziente Identifikation dieser topologischen Eigenschaften. Der Ansatz basiert auf verschiedenen Einschränkungen, welche von der Zeitumkehr und kristallinen Symmetrien induziert werden. Darüber hinaus untersuchen wir die Anwendung von weiteren Symmetrien, welche relevant für Magnonen sind: die Spin-Raumgruppen. Die Erforschung der Spin-Raum-Symmetrie, welche magnetische Freiheitsgrade und Gittersyme- trien ganz oder teilweise entkoppelt, führt zur Ausbreitung von Knotenpunkten, Linien und Ebenen jenseits der standardmäßigen Kristallsymmetrien. Die lineare Spinwellentheorie ist eine der erfolgreichsten Methoden zur Untersuchung von Magnonen, kann jedoch unter verschiedenen Umständen versagen, da künstliche Symmetrien essenzielle Physik, wie beispielsweise topologische Eigenschaften, verbergen. Ansätze, die im Rahmen dieser Dissertation erarbeitet worden sind, helfen dabei, solche Fälle zu identifizieren und zu verstehen. Aktuelle Experimente zur Manipulation topologischer Oberflächenzustände von Magnonen, sowie die allgemeine Untersuchung von Magnetismus in zwei Dimensionen, fehlen. Daher präsentieren wir einen möglichen experimentellen Aufbau, basierend auf Quasi-Teilchen-Interferenz, welcher einen möglichen Ausweg aufzeigt.

The ever increasing demand for Internet traffic, storage and processing requires an ever increasing amount of hardware resources. In addition to this, infrastructure providers over-provision system architectures to serve users at peak times without performance delays. Over-provisioning leads to underutilization and thus to unnecessary power consumption. Therefore, there is a need for workload management strategies to map and schedule different services simultaneously in an energy-efficient manner without compromising performance, specially for heterogeneous micro-server architectures. This requires statistical models of how services interfere with each other, thereby affecting both performance and energy consumption. Indeed, the performance-energy behavior when mixing workloads is not well understood. This paper presents an interference analysis for heterogeneous workloads (i.e., CPU- and memory-intensive) on a big.LITTLE MPSoC architecture. We employ state-of-the-art tools to generate multiple single-application mappings and characterize the interference among two different services. We observed a performance degradation factor between 1.1 and 2.5. For some configurations, executing on different clusters resulted in reduced energy consumption with no performance penalty. This kind of detailed analysis give us first insights towards more general models for future workload management systems.

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Im ersten Teil der Arbeit werden Signalverstärkungsmechanismen für Raman-Spektroskopie erschlossen und evaluiert. Die als geeignet bewerteten Methoden finden im zweiten Teil ihre Anwendung zur Untersuchung der vibronischen Eigenschaften von dünnen Manganphthalocyaninschichten, die anschließend mit Kalium interkaliert werden. Hierbei sind verschiedene Phasen identifizierbar, die ein ganzzahliges Verhältnis von Kaliumatomen zu Manganphthalocyaninmolekülen besitzen. Im dritten Teil werden die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung dieses Materialsystems als aktives Medium eines Feldeffekttransistors untersucht.

Durch den Transfer der Gene des heterodimeren T-Zellrezeptors (TZR) mithilfe viraler Vektoren können T-Zellen programmiert werden, ein ausgewähltes Antigen spezifisch zu erkennen. In klinischen Studien wurden solche T-Zellen bereits mit Erfolg zur Immuntherapie von Krebs und viralen Infektionen eingesetzt. Genmodifizierte T-Zellen unterscheiden sich jedoch von normalen T-Zellen, weil sie neben den beiden zelleigenen auch die zwei übertragenen TZR-Gene exprimieren. Diese Situation erlaubt die Bildung vier verschiedener TZR-Heterodimere: der zelleigene TZR, der übertragene TZR und zwei gemischte TZR, bestehend aus je einer übertragenen und einer zelleigenen TZR-Kette. Gemischte TZR bergen das Risiko von Nebenwirkungen, weil sie durch Zufall gesundes Körpergewebe erkennen und so Autoimmunität auslösen könnten. In dieser Arbeit wurden deshalb virale Vektoren entwickelt, die gleichzeitig mit der Übertragung von neuen TZR-Genen den zelleigenen TZR durch RNA Interferenz (RNAi) unterdrücken. Mikro-RNA (miRNA), die in den Vektor MP71 eingefügt wurden, reduzierten den zelleigenen TZR in Maus-T-Zellen um mehr als 85%. Dies hatte zur Folge, dass beide Ketten des übertragenen P14-TZR in gleicher Menge auf der Zelloberfläche exprimiert wurden und die Bildung von gemischten TZR reduziert wurde. In einem Mausmodell der adoptiven T-Zelltherapie verhinderte die Unterdrückung des zelleigenen TZR die Entstehung von Autoimmunität, die andernfalls durch gemischte TZR verursacht wurde. Im Gegensatz dazu führte die Anwendung von gentechnisch optimierten P14-TZR-Genen weder zur angeglichenen Oberflächenexpression der P14-TZR Ketten noch zu weniger Autoimmunität im Mausmodell. Ein anderes Tierexperiment zeigte, dass die miRNA die Funktion der genmodifizierten T-Zellen nicht beeinträchtigte. Schließlich wurde ein viraler Vektor entwickelt und getestet, der die Expression des zelleigenen TZR in menschlichen T-Zellen effektiv unterdrückte und die Bildung von gemischten TZR reduzieren konnte. / T cells can be genetically modified using viral vectors. The transfer of genes encoding both chains of the heterodimeric T cell receptor (TCR) programs T cells to specifically react towards an antigen of choice. Such TCR gene-modified T cells were already successfully applied in clinical studies to treat cancer and viral infections. However, in contrast to nonmanipulated T cells these cells express the transferred TCR in addition to the endogenous TCR and this situation allows the assembly of four different TCR heterodimers: the endogenous TCR, the transferred TCR, and two mixed TCR dimers, composed of one endogenous and one transferred TCR chain. The formation of mixed TCR dimers represents a safety issue because they may by chance recognize self-antigens and thereby cause autoimmune side effects. To overcome this problem, an RNAi-TCR replacement vector was developed that simultaneously silences the endogenous TCR and expresses an RNAi-resistant therapeutic TCR. The expression of miRNA encoded by a retroviral MP71 vector in transduced mouse T cells reduced the surface levels of the endogenous TCR by more than 85%. The knockdown of the endogenous TCR in turn resulted in equal surface expression levels of both transferred P14 TCR chains and prevented the formation of mixed TCR dimers. Accordingly, the development of lethal mixed TCR dimer-dependent autoimmunity (TI-GVHD) in a mouse model of adoptive T cell therapy was dramatically reduced by the knockdown of the endogenous TCR. In contrast, the usage of genetically optimized TCR genes neither resulted in equal surface levels of both P14 TCR chains nor in reduced autoimmunity. A second mouse model demonstrated that the in vivo functionality of the transduced T cells was not negatively influenced by the expression of the miRNA. Finally, an RNAi-TCR replacement vector for human T cells was developed that effectively reduced the expression of the endogenous TCR and prevented the formation of mixed TCR dimers.

Mehrere Studien haben gezeigt, daß die Cyclooxygenase-2 (COX-2) eine bedeutende Rolle sowohl bei Entstehung als auch Progression maligner Tumoren spielt. COX-2-Inhibitoren werden bereits in klinischen Studien zur Krebstherapie getestet. COX-2 ist die induzierbare Isoform der Cyclooxygenase - dem Schlüsselenzym der Synthese von Prostaglandinen und anderen Eicosanoiden. Im Tier- und Zellkulturmodell konnten COX-Hemmer anti-Tumor-Effekte hervorrufen. Es ist jedoch unklar, ob diese Effekte durch Hemmung des COX-Enzyms oder durch COX-unabhängige Mechanismen vermittelt werden. Wir untersuchten daher die Auswirkung der COX-Inhibition zum einen durch den selektiven COX-2-Hemmer NS-398 sowie zum anderen durch COX-Isoform-spezifische RNA-Interferenz (RNAi) in zwei humanen Ovarialkarzinomzellinien (OVCAR-3 und SKOV-3). OVCAR-3 zeigte eine konstitutive COX-1-Expression und eine durch IL-1beta induzierbare COX-2-Expression. SKOV-3 war COX-1- und COX-2-negativ. IL-1beta führte bei OVCAR-3 zu einer vermehrten Produktion von Prostaglandin E2 (PGE2), die durch eine gegen die COX-2 gerichtete siRNA gehemmt werden konnte, wohingegen COX-1-siRNA keinen Effekt hatte. Das deutet darauf hin, daß die COX-2 die Hauptquelle von PGE2 in OVCAR-3 ist. 1mikroM NS-398 waren ausreichend, um die PGE2-Produktion und somit auch die COX-2 in OVCAR-3 zu inhibieren. Höhere Konzentrationen NS-398 (>10mikroM) hatten einen antiproliferativen Effekt. Auch in der COX-2-negativen Zellinie SKOV-3 trat diese Wachstumshemmung auf; sie war nicht durch exogene Zufuhr von PGE2 (10mikroM) reversibel. Durchflußzytometrische Zellzyklusanalyse ergab, daß der Wachstumshemmung in beiden Zellinien ein G0/G1-Zellzyklusarrest zugrunde liegt. Dagegen führten weder COX-1- noch COX-2-Ausschaltung durch RNAi zu ähnlichen Auswirkungen auf Proliferation bzw. Zellzyklus. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein COX-2-unabhängiger Mechanismus für den durch NS-398 induzierten G0/G1-Arrest verantwortlich ist. / Several studies have provided evidence that the enzyme Cyclooxygenase-2 (COX-2) plays an important role in tumor development and progression. COX-2-inhibitors are already evaluated in clinical trials as cancer therapeutics. COX-2 is the inducible isoform of cyclooxygenase - the rate-limiting enzyme in the synthesis of prostaglandins and other eicosanoids. COX-inhibitors cause antitumor effects in animal models and in cell culture experiments. However, it is not clear, whether these effects are due to inhibition of the COX-enzyme or mediated via a COX-independent mechanism. We therefore investigated the effects of COX inhibition by the selective COX-2-inhibitor NS-398, as well as by COX-isoform specific RNA interference (RNAi) in the human ovarian carcinoma cell lines OVCAR-3 and SKOV-3. OVCAR-3 cells showed a constitutive expression of COX-1, and an inducible COX-2 expression. COX-2 was induced through stimulation with Interleukin-1beta, leading to production of high levels of Prostaglandin E2 (PGE2). SKOV-3 cells were negative for both COX isoforms. Selective COX-2-suppression by RNAi reduced PGE2 production in OVCAR-3, whereas COX-1-siRNA had no effect on PGE2 synthesis. Thus, COX-2 is the main source of PGE2 in OVCAR-3 cells. In these cells, 1microM NS-398 was sufficient to completely inhibit PGE2-synthesis - and thus the activity of the COX-2 enzyme. Increasing amounts of NS-398 (>10microM) had an antiproliferative effect. This growth inhibition was also observed in the COX-negative cell line SKOV-3, it could not be reverted by exogenous addition of PGE2 (10microM). Flowcytometric analysis of the cell cycle revealed that this growth inhibition was based on a G0/G1-cell-cycle-arrest. In contrast, suppression of COX-1 or COX-2 by RNAi had no effect on proliferation or cell cycle progression. These results suggest that a COX-independent mechanism is responsible for the G0/G1-arrest induced by NS-398.

In this paper, we analyze the achievable secrecy rates in the two-hop wiretap channel with four nodes, where the transmitter and the receiver have multiple antennas while the relay and the eavesdropper have only a single antenna each. The relay is operating in amplify-and-forward mode and all the channels between the nodes are known perfectly by the transmitter. We discuss different transmission and protection schemes like artificial noise (AN). Furthermore, we introduce interference neutralization (IN) as a new protection scheme. We compare the different schemes regarding the high-SNR slope and the high-SNR power offset and illustrate the performance by simulation results. It is shown analytically as well as by numerical simulations that the high SNR performance of the proposed IN scheme is better than the one of AN.

Der neunte Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete, Selbstorganisierende Systeme widmet sich der funkstandardübergreifenden Kommunikation in Mobilen Ad Hoc Netzwerken. Im Zuge der fortschreitenden, drahtlosen Vernetzung mobiler Endgeräte entstehen immer neue, hochspezialisierte Kommunikationsstandards. Deren Übertragungseigenschaften sind dabei eng an den jeweiligen Anwendungsfokus gebunden. Eine intelligente Verknüpfung der verfügbaren Standards würde die Integrationsmöglichkeiten der Endgeräte deutlich erhöhen. Gleichzeitig bieten sich vielfältige Möglichkeiten, die Kommunikation bezüglich auftretender Latenzen, der Erreichbarkeit und dem Energieverbrauch zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit stellt Herr Vodel ein generisches Konzept vor, welches eine solche Verknüpfung applikationsunabhängig ermöglicht. Der entwickelte Integrationsansatz nutzt dabei handelsübliche, am Markt verfügbare Funkmodule, welche auf einer hardwarenahen Ebene gekapselt werden. Der Anwendungsfokus liegt speziell im Bereich eingebetteter sowie mobiler, ressourcenbeschränkter Systeme. Für die Umsetzung des Konzeptes werden drei wesentliche Problemstellungen betrachtet. Zunächst muss die grundlegende Initialisierung und Verwaltung der heterogenen, funkstandardübergreifenden Topologie sichergestellt werden. Darauf aufbauend wird eine effiziente Routingstrategie vorgestellt, welche die Vorteile der geschaffenen Netzwerkstruktur in vollem Umfang nutzen kann. Im Zuge eines möglichen Funkstandardwechsels während der Übertragung muss außerdem ein reibungsloser Konvertierungsprozess garantiert werden. Die Evaluierung des vorgestellten Kommunikationskonzeptes erfolgt auf zwei Ebenen. Ein speziell entwickeltes Simulations-Framework ermöglicht weitreichende Testreihen in komplexen Netzwerktopologien. Mit der Entwicklung einer prototypischen Hardware-Plattform können parallel dazu detaillierte Messungen unter Realbedingungen durchgeführt werden. Die Schwerpunkte dieser Arbeit umfassen somit Konzeption, Simulation und praktische Umsetzung eines neuen Kommunikationsansatzes im Bereich mobiler Ad Hoc Netzwerke. Ich freue mich daher, Herrn Vodel für die Veröffentlichung der Ergebnisse seiner Arbeiten in dieser wissenschaftlichen Schriftenreihe gewonnen zu haben, und wünsche allen Lesern einen interessanten Einblick in dieses Themengebiet.

Das Gedächtnis speichert nicht nur Informationen, sondern mitunter auch die Umstände, in denen diese Informationen erworben wurden, sogenannte Kontextinformationen. Die vorliegende Arbeit hat daher zum Ziel, anhand von Laboraufgaben und anhand einer komplexen sporttechnischen Fertigkeit den Einblick in die Wirkweise von Kontextinformationen im motorischen Bereich zu vertiefen und theoretische Modelle zu prüfen. In zwei Experimenten wurde zunächst der Frage nachgegangen, ob in-zidentelle Kontextinformation eine diskriminative Funktion einnehmen und den Abruf zweier ähnlicher Sequenzen erleichtern kann. Es wurde ein Ausbleiben der Interferenz-Effekte aufgrund der inzidentellen Kontextinformationen vermutet. Beide Experimente erfolgten im Labor im Design des Interferenzparadigmas. In Laborexperiment 1 (N = 30) lernten die Probanden der Experimentalgruppen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen je eine dynamische Bewegungssequenz. Die Probanden der Kontrollgruppen lernten entweder nur die erste Sequenz (KG1) oder nur die zweite (KG2). Für alle Probanden waren die Sequenzen jeweils mit einer Kontextinformation verknüpft. An Tag 3 wurden Retentions- und Transfertests durchgeführt. Durch inzidentelle Kontextinformation alleine konnte keine Kontextabhängigkeit erzielt und retroaktive Interferenzeffekte nicht verhindert werden. In Laborexperiment II (N = 20) stellte sich für die zweite Bewegungssequenz durch zusätzlich erzeugte Intention eine höhere Wiedererkennungsleistung sowie Kontextabhängigkeit ein, dennoch wiesen die Probanden retroaktive Interferenzeffekte auf. Zusätzlich trat proaktive Interferenz auf (Experiment II). Zum anderen ermöglichte es eine umfangreiche Regeländerung im Basketball, eine mögliche Kontextabhängigkeit in einer komplexen sporttech-nischen Fertigkeit zu untersuchen. Im daraus entwickelten Feldexperiment mit N = 20 Basketballern mit hoher Expertise zum 3-Punkte-Wurf konnte gezeigt werden, dass Bodenmarkierungen als inzidentelle Kontextinformationen zu begreifen sind und Einfluss auf die Leistung haben. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Beziehung zu aktuellen Ergebnissen der Literatur sowie in Bezug auf das perception-control-Modell von Glover (2004) und dem MOSAIC-Modell von Wolpert und Kawato (1998) diskutiert. Praktische Ableitungen werden dargestellt. / Our memory not only stores information that seem important to us but also circumstances, surroundings where information are gathered – so called contextual information. The present work therefore aims to sharpen the understanding of the mechanisms underpinning this phenomenon in the field of motor learning and to investigate different theoretical models by two experiments with sequence learning tasks and additionally by a complex sports skill. Two experiments were conducted to investigate any discriminative character of incidental context information which would facilitate the recall of two similar movement sequences. An absence of interference-effects was hypothesized. Both experiments took place in accordance with a pro-/retroactive interference design. In experiment 1 (N = 30) subjects of the experimental group (EG) learned two dynamic sequences (S1 and S2) on two successive days while members of the control groups only learned either S1 or S2. Incidental Context information was provided by different background colors. On day 3 retention and transfertests were conducted for all groups. Results showed that incidental Context information alone could not avoid retroactive interference effect (Experiment 1). Directing participants’ attention towards the incidental contexts (Experiment 2) resulted in higher recognition performance and context dependency. Nevertheless, retroactive interference effects were found. Surprisingly, participants of the EG additionally showed proactive interference effects. A substantial change in Basketball rules provided the chance to systematically study the influence of visual context information on complex motor skill. In the first step of this experiment twenty Basketball players took 3-point-shots from the old distance. In a second step these experts took 3-points shots from the new, greater distance with either the old floor-markings or the new floor-markings. Results of this experiment show that floor markings do serve as incidental context information and do influence athlete’s performance. The Results of the present work are discussed in reference to other studies and two models, namely Glover’s perception-control-model (2004) and the MOSAIC-modell from Wolpert and Kawato (1998).