This thesis documents the design of logical superposition coded (SPC) modulation for implementation in wireless video multicast systems, to tackle the issues caused by multi-user channel diversity, one of the legacy problems due to the nature of wireless video multicasting. The framework generates a logical SPC modulated signal by mapping successively refinable information bits into a single signal constellation with modifications in the MAC-layer software. The transmitted logical SPC signals not only manipulatively mimic SPC signals generated by the superposition of multiple modulated signals in the conventional hardware-based SPC modulation, but also yield comparable performance gains when provided with the knowledge of information bits dependencies and receiver channel distributions. At the receiving end, the proposed approach only requires simple modifications in the MAC layer software, which demonstrates full decoding compatibility with the conventional multi-stage signal-interference cancellation (SIC) approach involving additional hardware devices. Generalized formulations for symbol error rate (SER) are derived for performance evaluations and comparisons with the conventional hardware-based approach.

This thesis documents the design of logical superposition coded (SPC) modulation for implementation in wireless video multicast systems, to tackle the issues caused by multi-user channel diversity, one of the legacy problems due to the nature of wireless video multicasting. The framework generates a logical SPC modulated signal by mapping successively refinable information bits into a single signal constellation with modifications in the MAC-layer software. The transmitted logical SPC signals not only manipulatively mimic SPC signals generated by the superposition of multiple modulated signals in the conventional hardware-based SPC modulation, but also yield comparable performance gains when provided with the knowledge of information bits dependencies and receiver channel distributions. At the receiving end, the proposed approach only requires simple modifications in the MAC layer software, which demonstrates full decoding compatibility with the conventional multi-stage signal-interference cancellation (SIC) approach involving additional hardware devices. Generalized formulations for symbol error rate (SER) are derived for performance evaluations and comparisons with the conventional hardware-based approach.

We propose a recursive formula for moments of scaling function and sum rule. It is shown that some quadrature formulae has a higher degree of accuracy under proposed moment condition. On this basis we obtain higher accuracy formula for wavelet expansion coefficients which are needed to start the fast wavelet transform and estimate convergence rate of wavelet approximation and sampling of smooth functions. We also present a direct algorithm for solving refinement equation.

Im Rahmen des TERA-Projektes (Turbo Evaluation and Rapid Algorithms) wurde ein neuartiger, hochgradig effizienter probabilistischer Algorithmus zum Lösen polynomialer Gleichungssysteme entwickelt und für den komplexen Fall implementiert. Die Geometrie polarer Varietäten gestattet es, diesen Algorithmus zu einem Verfahren zur Charakterisierung der reellen Lösungsmengen polynomialer Gleichungssysteme zu erweitern. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Implementierung dieses Verfahrens zur Bestimmung reeller Lösungen auf eine Klasse von Beispielproblemen anzuwenden. Dabei wurde Wert darauf gelegt, dass diese Beispiele reale, praxisbezogene Anwendungen besitzen. Diese Anforderung ist z.B. für polynomiale Gleichungssysteme erfüllt, die sich aus dem Entwurf von schnellen Wavelet-Transformationen ergeben. Die hier betrachteten Wavelet-Transformationen sollen die praktisch wichtigen Eigenschaften der Orthogonalität und Symmetrie besitzen. Die Konstruktion einer solchen Wavelet-Transformation hängt von endlich vielen reellen Parametern ab. Diese Parameter müssen gewisse polynomiale Gleichungen erfüllen. In der veröffentlichten Literatur zu diesem Thema wurden bisher ausschließlich Beispiele mit endlichen Lösungsmengen behandelt. Zur Berechnung dieser Beispiele war es dabei ausreichend, quadratische Gleichungen in einer oder zwei Variablen zu lösen. Zur Charakterisierung der reellen Lösungsmenge eines polynomialen Gleichungssystems ist es ein erster Schritt, in jeder reellen Zusammenhangskomponente mindestens einen Punkt aufzufinden. Schon dies ist ein intrinsisch schweres Problem. Es stellt sich heraus, dass der Algorithmus des TERA-Projektes zur Lösung dieser Aufgabe bestens geeignet ist und daher eine größere Anzahl von Beispielproblemen lösen kann als die besten kommerziell erhältlichen Lösungsverfahren. / As a result of the TERA-project on Turbo Evaluation and Rapid Algorithms a new type, highly efficient probabilistic algorithm for the solution of systems of polynomial equations was developed and implemented for the complex case. The geometry of polar varieties allows to extend this algorithm to a method for the characterization of the real solution set of systems of polynomial equations. The aim of this work is to apply an implementation of this method for the determination of real solutions to a class of example problems. Special emphasis was placed on the fact that those example problems possess real-life, practical applications. This requirement is satisfied for the systems of polynomial equations that result from the design of fast wavelet transforms. The wavelet transforms considered here shall possess the practical important properties of symmetry and orthogonality. The specification of such a wavelet transform depends on a finite number of real parameters. Those parameters have to obey certain polynomial equations. In the literature published on this topic, only example problems with a finite solution set were presented. For the computation of those examples it was sufficient to solve quadratic equations in one or two variables. To characterize the set of real solutions of a system of polynomial equations it is a first step to find at least one point in each connected component. Already this is an intrinsically hard problem. It turns out that the algorithm of the TERA-project performes very well with this task and is able to solve a larger number of examples than the best known commercial polynomial solvers.

In Chapters 1 and 2, we introduce the definition of interpolating refinable function vectors in dimension one and high dimensions, characterize such interpolating refinable function vectors in terms of their masks, and derive their sum rule structure explicitly. We study biorthogonal refinable function vectors from interpolating refinable function vectors. We also study the symmetry property of an interpolating refinable function vector and characterize a symmetric interpolating refinable function vector in any dimension with respect to certain symmetry group in terms of its mask. Examples of interpolating refinable function vectors with some desirable properties, such as orthogonality, symmetry, compact support, and so on, are constructed according to our characterization results. In Chapters 3 and 4, we turn to the study of general matrix extension problems with symmetry for the construction of orthogonal and biorthogonal multiwavelets. We give characterization theorems and develop step-by-step algorithms for matrix extension with symmetry. To illustrate our results, we apply our algorithms to several examples of interpolating refinable function vectors with orthogonality or biorthogonality obtained in Chapter 1. In Chapter 5, we discuss some possible future research topics on the subjects of matrix extension with symmetry in high dimensions and frequency-based non-stationary tight wavelet frames with directionality. We demonstrate that one can construct a frequency-based tight wavelet frame with symmetry and show that directional analysis can be easily achieved under the framework of tight wavelet frames. Potential applications and research directions of such tight wavelet frames with directionality are discussed. / Applied Mathematics

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This thesis extends a localisation theory for finite algebras to certain classes of infinite structures. Based on ideas and constructions originally stemming from Tame Congruence Theory, algebras are studied via local restrictions of their relational counterpart (Relational Structure Theory). In this respect, first those subsets are identified that are suitable for such a localisation process, i. e. that are compatible with the relational clone structure of the counterpart of an algebra. It is then studied which properties of the global algebra can be transferred to its localisations, called neighbourhoods. Thereafter, it is discussed how this process can be reversed, leading to the concept of covers. These are collections of neighbourhoods that allow information retrieval about the global structure from knowledge about the local restrictions. Subsequently, covers are characterised in terms of a decomposition equation, and connections to categorical equivalences of algebras are explored. In the second half of the thesis, a refinement concept for covers is introduced in order to find optimal, non-refinable covers, eventually leading to practical algorithms for their determination. Finally, the text establishes further theoretical foundations, e. g. several irreducibility notions, in order to ensure existence of non-refinable covers via an intrinsic characterisation, and to prove under some conditions that they are uniquely determined in a canonical sense. At last, the applicability of the developed techniques is demonstrated using two clear expository examples. / Diese Dissertation erweitert eine Lokalisierungstheorie für endliche Algebren auf gewisse Klassen unendlicher Strukturen. Basierend auf Ideen und Konstruktionen, die ursprünglich der Tame Congruence Theory entstammen, werden Algebren über lokale Einschränkungen ihres relationalen Gegenstücks untersucht (Relationale Strukturtheorie). In diesem Zusammenhang werden zunächst diejenigen Teilmengen identifiziert, welche für einen solchen Lokalisierungsprozeß geeignet sind, d. h., die mit der Relationenklonstruktur auf dem Gegenstück einer Algebra kompatibel sind. Es wird dann untersucht, welche Eigenschaften der globalen Algebra auf ihre Lokalisierungen, genannt Umgebungen, übertragen werden können. Nachfolgend wird diskutiert, wie dieser Vorgang umgekehrt werden kann, was zum Begriff der Überdeckungen führt. Dies sind Systeme von Umgebungen, welche die Rückgewinnung von Informationen über die globale Struktur aus Kenntnis ihrer lokalen Einschränkungen erlauben. Sodann werden Überdeckungen durch eine Zerlegungsgleichung charakterisiert und Bezüge zu kategoriellen Äquivalenzen von Algebren hergestellt. In der zweiten Hälfte der Arbeit wird ein Verfeinerungsbegriff für Überdeckungen eingeführt, um optimale, nichtverfeinerbare Überdeckungen zu finden, was letztlich zu praktischen Algorithmen zu ihrer Bestimmung führt. Schließlich erarbeitet der Text weitere theoretische Grundlagen, beispielsweise mehrere Irreduzibilitätsbegriffe, um die Existenz nichtverfeinerbarer Überdeckungen vermöge einer intrinsischen Charakterisierung sicherzustellen und, unter gewissen Bedingungen, zu beweisen, daß sie in kanonischer Weise eindeutig bestimmt sind. Schlußendlich wird die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden an zwei übersichtlichen Beispielen demonstriert.

This thesis extends a localisation theory for finite algebras to certain classes of infinite structures. Based on ideas and constructions originally stemming from Tame Congruence Theory, algebras are studied via local restrictions of their relational counterpart (Relational Structure Theory). In this respect, first those subsets are identified that are suitable for such a localisation process, i. e. that are compatible with the relational clone structure of the counterpart of an algebra. It is then studied which properties of the global algebra can be transferred to its localisations, called neighbourhoods. Thereafter, it is discussed how this process can be reversed, leading to the concept of covers. These are collections of neighbourhoods that allow information retrieval about the global structure from knowledge about the local restrictions. Subsequently, covers are characterised in terms of a decomposition equation, and connections to categorical equivalences of algebras are explored. In the second half of the thesis, a refinement concept for covers is introduced in order to find optimal, non-refinable covers, eventually leading to practical algorithms for their determination. Finally, the text establishes further theoretical foundations, e. g. several irreducibility notions, in order to ensure existence of non-refinable covers via an intrinsic characterisation, and to prove under some conditions that they are uniquely determined in a canonical sense. At last, the applicability of the developed techniques is demonstrated using two clear expository examples.:1 Introduction 2 Preliminaries and Notation 2.1 Functions, operations and relations 2.2 Algebras and relational structures 2.3 Clones 3 Relational Structure Theory 3.1 Finding suitable subsets for localisation 3.2 Neighbourhoods 3.3 The restricted algebra A|U 3.4 Covers 3.5 Refinement 3.6 Irreducibility notions 3.7 Intrinsic description of non-refinable covers 3.8 Elaborated example 4 Problems and Prospects for Future Research Acknowledgements Index of Notation Index of Terms Bibliography / Diese Dissertation erweitert eine Lokalisierungstheorie für endliche Algebren auf gewisse Klassen unendlicher Strukturen. Basierend auf Ideen und Konstruktionen, die ursprünglich der Tame Congruence Theory entstammen, werden Algebren über lokale Einschränkungen ihres relationalen Gegenstücks untersucht (Relationale Strukturtheorie). In diesem Zusammenhang werden zunächst diejenigen Teilmengen identifiziert, welche für einen solchen Lokalisierungsprozeß geeignet sind, d. h., die mit der Relationenklonstruktur auf dem Gegenstück einer Algebra kompatibel sind. Es wird dann untersucht, welche Eigenschaften der globalen Algebra auf ihre Lokalisierungen, genannt Umgebungen, übertragen werden können. Nachfolgend wird diskutiert, wie dieser Vorgang umgekehrt werden kann, was zum Begriff der Überdeckungen führt. Dies sind Systeme von Umgebungen, welche die Rückgewinnung von Informationen über die globale Struktur aus Kenntnis ihrer lokalen Einschränkungen erlauben. Sodann werden Überdeckungen durch eine Zerlegungsgleichung charakterisiert und Bezüge zu kategoriellen Äquivalenzen von Algebren hergestellt. In der zweiten Hälfte der Arbeit wird ein Verfeinerungsbegriff für Überdeckungen eingeführt, um optimale, nichtverfeinerbare Überdeckungen zu finden, was letztlich zu praktischen Algorithmen zu ihrer Bestimmung führt. Schließlich erarbeitet der Text weitere theoretische Grundlagen, beispielsweise mehrere Irreduzibilitätsbegriffe, um die Existenz nichtverfeinerbarer Überdeckungen vermöge einer intrinsischen Charakterisierung sicherzustellen und, unter gewissen Bedingungen, zu beweisen, daß sie in kanonischer Weise eindeutig bestimmt sind. Schlußendlich wird die Anwendbarkeit der entwickelten Methoden an zwei übersichtlichen Beispielen demonstriert.:1 Introduction 2 Preliminaries and Notation 2.1 Functions, operations and relations 2.2 Algebras and relational structures 2.3 Clones 3 Relational Structure Theory 3.1 Finding suitable subsets for localisation 3.2 Neighbourhoods 3.3 The restricted algebra A|U 3.4 Covers 3.5 Refinement 3.6 Irreducibility notions 3.7 Intrinsic description of non-refinable covers 3.8 Elaborated example 4 Problems and Prospects for Future Research Acknowledgements Index of Notation Index of Terms Bibliography