Neste trabalho estudamos o efeito da temperatura T e do campo magnético externo H sobre o modelo de Ising de spin 1/2 com interações competitivas J1 e J2 = -pJ1 entre primeiros e segundos vizinhos, respectivamente, numa direção axial (modelo ANNNI), e o efeito do campo de anisotropia cristalina D sobre o estado fundamental de um modelo ANNNI de spin maior que 1/2. No primeiro modelo levantamos os diagramas de fases p-T e H-T na aproximação de campo médio. Nestes diagramas encontramos diversos tipos de transições de fases tais como transições quase-contínuas e transições singular-contínuas. Encontramos também evidências da existência de pontos ípsilon () e pontos superdegenerados até então só encontrados nos diagramas de fases do estado fundamental de modelos do tipo Frenkel-Kontorova. No segundo modelo levantamos os diagramas p-D a T=0 para os dez primeiros valores de spin S. Estudamos a evolução das fronteiras de fases e de pontos de encontro de mais que duas fases sobre estas fronteiras conforme S é variado. Constatamos que as diferenças entre diagramas com S inteiro e diagramas com S semi-inteiro tendem a desaparecer com o crescimento de S. / In this work we studied the effect of the temperature T and external magnetic field H on the spin 1/2 lsing model with competing interactions J1 and J2 = -pJ1 between the first- and second-neighbors, respectively, along an axial direction (ANNNl model), and the effect of the crystal field anisotropy D on the ground state of the ANNNl model with spins greater than 1/2. In the first model we built the p-T and H-T phase diagrams in the mean-field approximation. In these phase diagrams we found various types of phase transitions such as quasi-continuous and singular-continuous phase transitions. We also found evidences for the upsilon point (1) and superdegenerate points, which have previously been found only on the groundstate phase diagrams of Frenkel-I<ontorova type models.

Cette thèse est consacrée à l'analyse de l'association de codes LDPC non-binaires (LDPC-NB) à des modulations d’ordre élevé. Cette association vise à améliorer l’efficacité spectrale pour les futurs systèmes de communication sans fil. Notre approche a consisté à tirer au maximum profit de l'association directe des symboles d’un code LDPC-NB sur un corps de Galois avec une constellation de même cardinalité. Notre première contribution concerne la diversité spatiale obtenue dans un canal de Rayleigh avec et sans effacement en faisant subir une rotation à la constellation. Nous proposons d’utiliser l'information mutuelle comme paramètre d’optimisation de l’angle de rotation, et ce pour les modulations de type « BICM » et les modulations codées. Cette étude permet de mettre en évidence les avantages de la modulation codée par rapport à la modulation BICM de l’état de l’art. Par simulation de Monte-Carlo, nous montrons que les gains de codage théoriques se retrouvent dans les systèmes pratiques. Notre deuxième contribution consiste à concevoir conjointement l'étiquetage des points de constellation et le choix des coefficients d'une équation de parité en fonction de la distance euclidienne, et non plus de la distance de Hamming. Une méthode d’optimisation est proposée. Les codes ainsi construits offrent des gains de performance de 0.2 dB et ce, sans ajout de complexité. / This thesis is devoted to the analysis of the association of non-binary LDPC codes (NB-LDPC) with high-order modulations. This association aims to improve the spectral efficiency of future wireless communication systems. Our approach tries to take maximum advantage of the straight association between NB-LDPC codes over a Galois Field with modulation constellations of the same cardinality. We first investigate the optimization of the signal space diversity technique obtained with the Rayleigh channel (with and without erasure) thanks to the rotation of the constellation. To optimize the rotation angle, the mutual information analysis is performed for both coded modulation (CM) and bit-interleaved coded modulation (BICM) schemes. The study shows the advantages of coded modulations over the state-of-the-art BCIM modulations. Using Monte Carlo simulation, we show that the theoretical gains translate into actual gains in practical systems. In the second part of the thesis, we propose to perform a joint optimization of constellation labeling and parity-check coefficient choice, based on the Euclidian distance instead of the Hamming distance. An optimization method is proposed. Using the optimized matrices, a gain of 0.2 dB in performance is obtained with no additional complexity.

付記する学位プログラム名: 霊長類学・ワイルドライフサイエンス・リーディング大学院 / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22298号 / 理博第4612号 / 新制||理||1661(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 / (主査)教授 幸島 司郎, 教授 平田 聡, 教授 伊谷 原一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

In line with the rising demand for smarter solutions and embedded systems, Microelectromechanical systems (MEMS) have gained increasing importance for digital computing devices and Internet-of-Things (IoT) applications, most notably for mobile wearable devices. This achievement is driven by MEMS resonators' inherent properties such as simplicity, sensitivity, reliability, and low power consumption. Hence, they are being explored for ultra-low-power computing machines. Several fundamental digital logic gates, switching, and memory devices have been demonstrated based on MEMS microstructures' static and dynamic behavior. The interest of researchers in using MEMS resonators is due to seeking an alternative approach to circumvent the notable current leakage and power density problems of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology. The continuous miniaturization of CMOS has increased the operating speed and reduces the size of the device. However, this has led to a relative increase in the leakage energy. This drawback in CMOS has renewed the interest of researchers in mechanical digital computations, which can be traced back to the work of Charles Babbage in 1822 on calculating engines. This dissertation presents axially-loaded and coupled-MEMS resonators investigations to demonstrate memory elements and different logic functions. The studies in this dissertation can be categorized majorly into three parts based on the implementation of logic functions using three techniques: electrothermal frequency tunability, electrostatic frequency modulations, and activation/deactivation of the resonant frequency. Firstly, the influence of the competing effects of initial curvature and axial loads on the mechanical behavior of MEMS resonator arches are investigated theoretically to predict the tunability of arches under axial loads. Then, the concept of electrothermal frequency tunability is used to demonstrate fundamental 2-bit logic gates. However, this concept consumes a considerable amount of energy due to the electrothermal technique. Next, the dynamic memory element and combinational logic functions are demonstrated using the concept of electrostatic frequency modulation. Though this approach is energy efficient compared to the electrothermal technique, it does not support the cascadability of MEMS resonator-based logic devices. Lastly, complex multifunctional logic gates are implemented based on selective modes activation and deactivation, resulting in significant improvement in energy efficiency and enabling cascadability of MEMS resonator-based logic devices.

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La géométrie de l'information est la théorie mathématique qui applique les méthodes de la géométrie différentielle dans le domaine des statistiques et de la théorie de l'information. C'est une technique très prometteuse pour l'analyse et l'illustration des algorithmes itératifs utilisés en communications numériques. Cette thèse porte sur l'application de cette technique ainsi que d'autre technique d'optimisation bien connue, l'algorithme itératif du point proximal, sur les algorithmes itératifs en général. Nous avons ainsi trouvé des interprétations géométriques (basée sur la géométrie de l'information) et proximales (basée sur l'algorithme du point proximal)intéressantes dans le cas d'un algorithme itératif de calcul de la capacité des canaux discrets sans mémoire, l'algorithme de Blahut-Arimoto. L'idée étant d'étendre cette application sur une classe d'algorithmes itératifs plus complexes. Nous avons ainsi choisi d'analyser l'algorithme de décodage itératif des modulations codées à bits entrelacés afin de trouver quelques interprétations et essayer de proposer des liens existant avec le critère optimal de maximum de vraisemblance et d'autres algorithmes bien connus dans le but d'apporter certaines améliorations par rapport au cas classique de cet algorithme, en particulier l'étude de la convergence.Mots-clefs : Géométrie de l'information, algorithme du point proximal, algorithme de Blahut-Arimoto, décodage itératif, Modulations codées à bits entrelacés, maximum de vraisemblance.

Le milieu sous-marin est doublement dispersif, en temps et en fréquence. L'utilisation récente de signaux de communication multi-porteuses offre une solution pour lutter contre la sélectivité fréquentielle. Mais ce type de signaux reste très sensible à la dispersivité fréquentielle. Cette thèse se concentre sur le problème de la dispersivité fréquentielle qu'est l'effet Doppler. Des méthodes d'estimation du paramètre Doppler sont développées pour des signaux multi-porteuses DMT. Est également abordé le problème de la compensation Doppler dans les cas mono et multitrajets. Une méthode générale et une méthode spéci que au signaux multiporteuses sont présentées et testées sur simulation. Cette thèse se distingue par son modèle du canal sous-marin qui considère un paramètre Doppler différent sur chaque trajet. Ceci résulte de la géométrie du problème et des vitesses émetteur/récepteur considérées. Nous présentons nalement des méthodes pour séparer les différents trajets arrivant sur une antenne a n de pouvoir considérer un paramètre Doppler unique sur chacun. / The underwater channel is doubly dispersive, in time and freqeuncy. In the last decade, multicarrier communication signal , like OFDM signal, has offer a solution in order to struggle aginst multipath propagation. Unfortunatly, these kinds of signal is strongly sensitive to Doppler effect. This thesis focus on frequential dispersivity involved by Doppler effect. Several Doppler estimation methods are developped for multicarrier signals. Doppler compensation for one path and multipath channel is also considered. For this problem, we developped general method but also speci c method for DMT signals. Each of them have been tested on simulations. This thesis uses an underwater channel model presenting different Doppler parameter for each path. This approach is a consequence of the problem geometry, considering emitter/receiver velocity. Finaly, using an antenna, we present several methods in order to separate efficiently each arriving path ; allowing us to consider each separated path with a single Doppler parameter to compensate.

Orientador: Luís Geraldo Pedroso Meloni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T06:16:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_ErickRocha_M.pdf: 1628043 bytes, checksum: fd0550f6821da3cd30f2a9cde35923a4 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta dissertação apresenta uma análise de métodos de sincronização temporal e de portadora em sistemas WiMAX/OFDM. São analisados trabalhos clássicos publicados nos anos 90 até resultados obtidos recentemente. Uma ênfase especial é dada aos métodos de sincronização aplícáveis ao WiMAX. Grande parte dos trabalhos mais recentes na área de sincronização não podem ser utilizados no WiMAX pois não são aplicáveis aos preâmbulos e pilotos definidos para esta tecnologia. São estudados tanto os algoritmos que funcionam no domínio do tempo (pré-FFT) quanto aqueles que trabalham no domínio da frequência (pós-FFT), bem como a integração entre esses algoritmos em um receptor WiMAX completo. É também apresentada uma proposta de extensão ao algoritmo de Morelli. Essa proposta é comparada com outros métodos (Schmidl e Tufvesson) sob diversos tipos e condições de canal. A extensão ao algoritmo de Morelli tem características de detecção próximas da detecção ótima por filtro casado de Tufvesson, quando a SNR é moderada (acima de 5-8dB) / Abstract: This dissertation presents an analysis of time and carrier frequency synchronization algorithms for OFDM/WiMAX systems. The most relevant works from the last 20 years are presented, emphasizing the ones applicable to WiMAX. A great number of recent studies in the field are not applicable in WiMAX systems, since the preamble/pilot patterns used in these studies are not defined in the 802.16 standard. In this work, the integration between pre-FFT and post-FFT synchronization methods is also discussed. An extension to Morelli's algorithm is also proposed and compared with Schmidl and Tufvesson algorithms, under several channel types and conditions. The proposed extension has detection properties that are similar to the optimum matched-filter detection (Tufvesson), when analised under fair SNR conditions (above 5-8dB) / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Durant les deux dernières décennies, l'ubiquité et la prolifération des technologies sans fil ont entrainé une forte augmentation de demande de la ressource spectrale. Face à la croissance incessante du nombre d'utilisateurs désirant accéder au réseau, il existera un risque assez élevé de congestion au niveau de l'accès au spectre radio. Pour pallier à ce problème, il devient essentiel de recourir à un partage dynamique du spectre au détriment du mode de gestion statique de la bande de fréquence. L'avènement de la radio cognitive répond pertinemment aux besoins actuels car elle permet à des utilisateurs dits secondaires d'accéder à des bandes de fréquence qui restent affectées à des utilisateurs dits primaires. Les différents algorithmes proposés ont été examinés par simulation sur des scenarios qui illustrent les résultats théoriques obtenus. Les résultats de simulations démontrent que les méthodes proposées permettaient de trouver des solutions qui sont très proches de l'optimale.Au regard de certaines caractéristiques inhérentes aux modulations à porteuses multiples, celles-ci sont très appropriées à la couche physique des réseaux de radio cognitive. Cependant, le manque de coopération active entre les utilisateurs primaires et secondaires est susceptible d'entrainer une communication désynchronisée entre les système primaires et secondaires. En conséquence, une allocation judicieuse en termes de ressource radio et de contrôle de puissance devient impérative pour combattre l'effet négatif propre aux transmissions asynchrones qui devient aussi un défi de taille pour la conception et la mise en œuvre des réseaux de radio cognitive. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude de certaines problématiques d'allocation de ressources pour un réseau désynchronisé de radio cognitive qui utilise des modulations à porteuses multiples. Dans un premier temps, nous supposons que la connaissance des informations de canal est disponible à l'émission. Nous étudions des techniques permettant d'optimiser l'allocation de ressources afin de minimiser la somme des puissances émises au niveau des utilisateurs secondaires. Nous nous intéressons aussi à la conception d'algorithmes permettant d'optimiser l'efficacité énergétique des utilisateurs secondaires. La seconde partie de la thèse concerne l'optimisation de la fonction d'utilité des utilisateurs secondaires en tenant compte des contraintes de probabilité de coupure des utilisateurs primaires et secondaires. Cette probabilité de coupure découle de l'hypothèse de la connaissance de la distribution du canal au niveau des stations de base secondaires. Les différents algorithmes proposés ont été examinés par simulation afin d'illustrer les résultats théoriques obtenus. Les résultats de simulations démontrent que les méthodes proposées permettent de trouver des solutions qui sont très proches de l'optimale. / The ubiquity and proliferation of wireless technology and services considerably lead to a sharp increase in the number of individuals requiring access to wireless networks in recent decades. The growing number of mobile subscribers results into a dramatic increasing request for more radio spectrum. Consequently, underutilized yet scarce radio spectrum becomes overwhelmingly crowded. Therefore, the advent of new radio resource management paradigm capable of switching from static licensed spectrum management to dynamic spectrum access is of great importance. Cognitive radio (CR) emerged as a promising technology capable of enhancing the radio spectrum by permitting unlicensed users known as secondary users to coexist with primary users. Meanwhile, multi-carrier modulations that can efficiently overcome the detrimental effect of multipath fading in a wireless channel are very appealing for the physical layer of cognitive radio networks. However, the lack of cooperation between primary and secondary users may lead to asynchronous transmission and consequently result into inter-carrier interferences. Judicious resource allocation frameworks need to be designed in order to maintain the coexistence between primary and secondary users. Guaranteeing secondary users' quality of service (QoS), while ensuring that interferences generated to the primary users are tolerable, poses significant challenges for the design of wireless cognitive radio networks. This dissertation focuses on resource, i.e. subcarrier and power, allocation for multi-carrier-based downlink cognitive radio networks under perfect or statistical channel state information (CSI) with secondary users interact either cooperatively or competitively. Firstly, the problem of margin adaptive and energy-efficiency optimization are investigated considering perfect CSI at the secondary users' side. Secondly, assuming statistical CSI available at the secondary users, we address the problem of utility maximization under primary and secondary outage constraints. We provide some near-optimal resource allocation schemes to tackle the aforementioned problems. The findings and proposed frameworks can eventually be used for performance assessment and design of practical cognitive radio networks.

Cette thèse traite du problème de l'égalisation des modulations codées pour les transmissions haut-débit sur canaux sélectifs en fréquence, sujets au phénomène d'interférence entre symboles. Nous considérons plus particulièrement la Turbo-Égalisation, qui instaure un échange réciproque d'information entre l'égaliseur et le décodeur, et ce de manière itérative. Nous étudions dans un premier temps le turbo-égaliseur MAP, qui utilise un égaliseur optimal au sens de la minimisation de la p probabilité d'erreur par symbole. Nous montrons que ce récepteur offre des gains de performances importants en comparaison avec les récepteurs conventionnels où les opérations d'égalisation et décodage sont généralement effectuées de manière disjointe. En contrepartie, la complexité du turbo-égaliseur MAP devient rapidement prohibitive en présence de modulations à grand nombre d'états et sur des canaux présentant des étalements temporels importants. En conséquence, nous nous intéressons à une seconde classe de turbo-égaliseurs de moindre complexité et reposant sur des égaliseurs à base de filtres linéaires, optimisés selon le critère MEQM. La nouveauté consiste ici à prendre en compte explicitement la présence d'information a priori dans le calcul des coefficients des filtres, ce qui conduit à des structures bien plus performantes que les égaliseurs MEQM classiques. Nos études montrent que ce type de récepteur constitue une solution attractive pour les transmissions à grande efficacité spectrale sur canaux sélectifs en fréquence. Finalement, nous présentons la mise en oeuvre d'un turbo-égaliseur MEQM sur un DSP virgule-fixe et faible coût, le TMS320VC5509, typiquement destiné aux terminaux mobiles. Nous obtenons ainsi un débit utile de 42 Kbits/s après 5 itérations avec une implémentation en langage C, ce qui démontre la faisabilité de tels récepteurs avec les moyens technologiques actuels.