Adaptive design of delta sigma modulators

In this thesis, a genetic algorithm based on differential evolution (DE) is used to generate delta sigma modulator (DSM) noise transfer functions (NTFs). These NTFs outperform those generated by an iterative approach described by Schreier and implemented in the delsig Matlab toolbox. Several lowpass and bandpass DSMs, as well as DSM\u27s designed specifically for and very low intermediate frequency (VLIF) receivers are designed using the algorithm developed in this thesis and compared to designs made using the delsig toolbox. The NTFs designed using the DE algorithm always have a higher dynamic range and signal to noise ratio than those designed using the delsig toolbox

Mapping DSP algorithms to a reconfigurable architecture Adaptive Wireless Networking (AWGN)

This report will discuss the Adaptive Wireless Networking project. The vision of the Adaptive Wireless Networking project will be given. The strategy of the project will be the implementation of multiple communication systems in dynamically reconfigurable heterogeneous hardware. An overview of a wireless LAN communication system, namely HiperLAN/2, and a Bluetooth communication system will be given. Possible implementations of these systems in a dynamically reconfigurable architecture are discussed. Suggestions for future activities in the Adaptive Wireless Networking project are also given

Atmospheric tomography with separate minimum variance laser and natural guide star mode control

This paper introduces a novel, computationally efficient, and practical atmospheric tomography wavefront control architecture with separate minimum variance laser and natural guide star mode estimation. The architecture is applicable to all laser tomography systems, including multi conjugate adaptive optics (MCAO), laser tomography adaptive optics (LTAO), and multi object adaptive optics (MOAO) systems. Monte Carlo simulation results for the Thirty Meter Telescope (TMT) MCAO system demonstrate its benefit over a previously introduced “ad hoc” split MCAO architecture, calling for further in-depth analysis and simulations over a representative ensemble of natural guide star (NGS) asterisms with optimized loop frame rates and modal gains

Practical Block-wise Neural Network Architecture Generation

Convolutional neural networks have gained a remarkable success in computer vision. However, most usable network architectures are hand-crafted and usually require expertise and elaborate design. In this paper, we provide a block-wise network generation pipeline called BlockQNN which automatically builds high-performance networks using the Q-Learning paradigm with epsilon-greedy exploration strategy. The optimal network block is constructed by the learning agent which is trained sequentially to choose component layers. We stack the block to construct the whole auto-generated network. To accelerate the generation process, we also propose a distributed asynchronous framework and an early stop strategy. The block-wise generation brings unique advantages: (1) it performs competitive results in comparison to the hand-crafted state-of-the-art networks on image classification, additionally, the best network generated by BlockQNN achieves 3.54% top-1 error rate on CIFAR-10 which beats all existing auto-generate networks. (2) in the meanwhile, it offers tremendous reduction of the search space in designing networks which only spends 3 days with 32 GPUs, and (3) moreover, it has strong generalizability that the network built on CIFAR also performs well on a larger-scale ImageNet dataset.Comment: Accepted to CVPR 201

Low-Complexity Sub-band Digital Predistortion for Spurious Emission Suppression in Noncontiguous Spectrum Access

Noncontiguous transmission schemes combined with high power-efficiency requirements pose big challenges for radio transmitter and power amplifier (PA) design and implementation. Due to the nonlinear nature of the PA, severe unwanted emissions can occur, which can potentially interfere with neighboring channel signals or even desensitize the own receiver in frequency division duplexing (FDD) transceivers. In this article, to suppress such unwanted emissions, a low-complexity sub-band DPD solution, specifically tailored for spectrally noncontiguous transmission schemes in low-cost devices, is proposed. The proposed technique aims at mitigating only the selected spurious intermodulation distortion components at the PA output, hence allowing for substantially reduced processing complexity compared to classical linearization solutions. Furthermore, novel decorrelation based parameter learning solutions are also proposed and formulated, which offer reduced computing complexity in parameter estimation as well as the ability to track time-varying features adaptively. Comprehensive simulation and RF measurement results are provided, using a commercial LTE-Advanced mobile PA, to evaluate and validate the effectiveness of the proposed solution in real world scenarios. The obtained results demonstrate that highly efficient spurious component suppression can be obtained using the proposed solutions

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol