146 research outputs found

    Waveform Design for 5G and Beyond

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    5G is envisioned to improve major key performance indicators (KPIs), such as peak data rate, spectral efficiency, power consumption, complexity, connection density, latency, and mobility. This chapter aims to provide a complete picture of the ongoing 5G waveform discussions and overviews the major candidates. It provides a brief description of the waveform and reveals the 5G use cases and waveform design requirements. The chapter presents the main features of cyclic prefix-orthogonal frequency-division multiplexing (CP-OFDM) that is deployed in 4G LTE systems. CP-OFDM is the baseline of the 5G waveform discussions since the performance of a new waveform is usually compared with it. The chapter examines the essential characteristics of the major waveform candidates along with the related advantages and disadvantages. It summarizes and compares the key features of different waveforms.Comment: 22 pages, 21 figures, 2 tables; accepted version (The URL for the final version: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9781119333142.ch2

    Scaling quantum computing with dynamic circuits

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    Quantum computers process information with the laws of quantum mechanics. Current quantum hardware is noisy, can only store information for a short time, and is limited to a few quantum bits, i.e., qubits, typically arranged in a planar connectivity. However, many applications of quantum computing require more connectivity than the planar lattice offered by the hardware on more qubits than is available on a single quantum processing unit (QPU). Here we overcome these limitations with error mitigated dynamic circuits and circuit-cutting to create quantum states requiring a periodic connectivity employing up to 142 qubits spanning multiple QPUs connected in real-time with a classical link. In a dynamic circuit, quantum gates can be classically controlled by the outcomes of mid-circuit measurements within run-time, i.e., within a fraction of the coherence time of the qubits. Our real-time classical link allows us to apply a quantum gate on one QPU conditioned on the outcome of a measurement on another QPU which enables a modular scaling of quantum hardware. Furthermore, the error mitigated control-flow enhances qubit connectivity and the instruction set of the hardware thus increasing the versatility of our quantum computers. Dynamic circuits and quantum modularity are thus key to scale quantum computers and make them useful

    Many-core and heterogeneous architectures: programming models and compilation toolchains

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    1noL'abstract è presente nell'allegato / the abstract is in the attachmentopen677. INGEGNERIA INFORMATInopartially_openembargoed_20211002Barchi, Francesc

    The application of broadband ultrafast spectroscopy to reveal structural, magnetic and electronic dynamics in quantum materials

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    In the last decades, quantum materials have received much attention in the field of condensed matter physics due, in part, to their exotic properties. These are difficult to understand as they result from multiple physical interactions with similar strength, such as charge, spin, orbitals and phonon degrees of freedom. To study and control these interactions, the use of light has emerged as a powerful tool. For example, thanks to recent advantages on X-ray sources it has been possible to improve our understanding of how the atomic structure of quantum materials changes upon photo-excitation. However, these experiments are difficult and there are only a few facilities in the world to perform them. In contrast to X-ray sources, table-top ultrafast laser systems allow us to measure in a systematic manner by performing optical pump-probe spectroscopy. The versatility of this approach enables the simultaneous monitoring of the different degrees of freedom that dictate the properties of quantum materials. In this thesis, we use pump-probe broadband spectroscopy in the visible region to study the structural, electronic and magnetic dynamics with unprecedented detail in two key quantum materials such as Sr3Ir2O7 and V2O3. In Sr3Ir2O7, a compound that undergoes a magnetic phase transition, firstly we study how photo-excitation affects to the reflectivity at a wide range of energies. This provides us information about the electronic and structural properties of this compound. Secondly, we show how to control magnetic order by photoexcitation and demonstrate that light can non-thermally suppress the magnetic long-range order in this material. In V2O3 we characterize its insulator to metal and structural phase transitions. In the metallic state, we show that a key phonon mode is very sensitive to sample inhomogeneity. When taking this into account, we find no evidence for non-thermal lattice dynamics in contrast to existing literature. Furthermore, we show that the light induced transition from the insulator to metallic phase proceeds along a highly damped and incoherent pathway, where vibrational coherence is not observed.En las últimas décadas, los materiales cuánticos han generado un gran interés en el campo de la materia condensada debido, en parte, a sus exóticas propiedades. Éstas son difíciles de comprender ya que surgen de una compleja interacción física entre los distintos grados de libertad como la carga, el espín, el momento orbital y fonones. El uso de la luz surge como una herramienta poderosa para estudiar y controlar estas interacciones. Por ejemplo, gracias a los avances en los sistemas de rayos X se ha mejorado nuestra comprensión de cómo la estructura atómica de los materiales cuánticos cambia bajo la fotoexcitación. Sin embargo, estos experimentos son difíciles y, además, hay escasas instalaciones alrededor del mundo para poder realizarlos. A diferencia de los sistemas de rayos X, los sistemas láseres ultrarrápidos nos permiten medir de una manera sistemática mediante la espectroscopía de bomba-sonda. La versatilidad de esta técnica permite monitorizar de manera simultánea los diferentes grados de libertad que determinan las propiedades de los materiales cuánticos. En esta tesis, utilizamos espectroscopía de bomba-sonda de banda ancha en la región visible para estudiar las dinámicas estructurales, electrónicas y magnéticas con detalles sin precedentes en dos materiales cuánticos clave como Sr3Ir2O7 y V2O3. En Sr3Ir2O7, compuesto que experimenta una transición de fase magnética, estudiamos en primer lugar cómo la fotoexcitación afecta a la reflectividad en un amplio rango de energías. Esto nos proporciona información sobre las propiedades estructurales y electrónicas de dicho compuesto. En segundo lugar, mostramos cómo se puede controlar el orden magnético mediante la fotoexcitación, demostrando que la luz puede suprimir el orden magnético de largo alcance de manera no térmica en este material. En V2O3 caracterizamos las transiciones metal-aislante y estructurales del material. En el estado metálico mostramos que un modo de los fonones clave es muy sensible a la falta de homogeneidad de la muestra. Al tener esto en cuenta, no encontramos pruebas de cambios estructurales no-termodinámicos, en contraste con la literatura existente. Además, mostramos que la transición de fase metal-aislante inducida por la luz se realiza de una manera altamente amortiguada e incoherente, donde no se observa la frecuencia vibratoria.Postprint (published version

    Advanced space communications architecture study. Volume 2: Technical report

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    The technical feasibility and economic viability of satellite system architectures that are suitable for customer premise service (CPS) communications are investigated. System evaluation is performed at 30/20 GHz (Ka-band); however, the system architectures examined are equally applicable to 14/11 GHz (Ku-band). Emphasis is placed on systems that permit low-cost user terminals. Frequency division multiple access (FDMA) is used on the uplink, with typically 10,000 simultaneous accesses per satellite, each of 64 kbps. Bulk demodulators onboard the satellite, in combination with a baseband multiplexer, convert the many narrowband uplink signals into a small number of wideband data streams for downlink transmission. Single-hop network interconnectivity is accomplished via downlink scanning beams. Each satellite is estimated to weigh 5600 lb and consume 6850W of power; the corresponding payload totals are 1000 lb and 5000 W. Nonrecurring satellite cost is estimated at 110million,withthefirstunitcostat110 million, with the first-unit cost at 113 million. In large quantities, the user terminal cost estimate is $25,000. For an assumed traffic profile, the required system revenue has been computed as a function of the internal rate of return (IRR) on invested capital. The equivalent user charge per-minute of 64-kbps channel service has also been determined

    Design of communication systems based on broadband sources for fiber and free space optical links

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    [ES] Las comunicaciones ópticas inalámbricas (OWC) constituyen una tecnología muy prometedora para el desarrollo de futuras comunicaciones inalámbricas. De hecho, ha despertado un interés creciente entre los investigadores y varias empresas de todo el mundo trabajan actualmente en el desarrollo de redes inalámbricas de muy alta velocidad. Las comunidades científica e industrial consideran la OWC como una tecnología complementaria en sus diversas formas: comunicaciones ópticas en el espacio libre (FSO), comunicaciones de luz visible (VLC) o fidelidad de la luz (Li-Fi). El espectro óptico ha sido considerado durante muchos años como una gran oportunidad para las comunicaciones inalámbricas, especialmente debido a la saturación del espectro de radiofrecuencia (RF). Esta disertación trata del uso de fuentes de banda ancha en sistemas de transmisión de luz visible (VLC), así como en sistemas de transmisión en el espectro infrarrojo por fibra óptica. En el trabajo de investigación realizado se pueden distinguir tres partes: En la primera parte, se considera el estudio y la simulación de componentes de Diodos Emisores de Luz (LED) con el software WIEN2k centrándose en las propiedades ópticas y eléctricas de los elementos II-VI. La segunda parte trata del diseño, la implementación y las pruebas de diferentes prototipos de comunicación VLC para la transmisión analógica y digital en modo simplex y semidúplex. Hemos demostrado un sistema OWC empleando una fuente de banda ancha (LED) para la transmisión no sólo de datos, sino también para la transmisión inalámbrica de energía. Además, se aborda el problema de la sincronización y la detección del nivel "1" o "0" de un bit en los sistemas de comunicación inalámbrica óptica implementados que surge como consecuencia de la atenuación de la luz a lo largo de la distancia y al problema de la pérdida de línea de visión (NLOS) entre el emisor y el receptor. Para hacer frente a este problema, se ha proporcionado un protocolo de comunicación que garantiza la transmisión fiable de datos digitales con un algoritmo de detección de nivel de bits adaptativo y se ha demostrado su eficacia mediante la transmisión de textos e imágenes. Además, esta tesis aporta una solución para la implementación de transmisores multiplexados en redes con división de longitud de onda (WDM) para formatos de modulación con multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) basados en el uso de fuentes de banda ancha en el espectro infrarrojo para redes de fibra bidireccionales centralizadas. A pesar de las limitaciones impuestas por la dispersión cromática en el uso de este tipo de fuentes ópticas, la inclusión de ciertas estructuras antes de la detección permite la transmisión de señales OFDM en enlaces ópticos. En este trabajo se ha demostrado experimentalmente la reutilización de portadoras, la asignación dinámica de ancho de banda y la transmisión de señales OFDM multibanda mediante el uso de fuentes ópticas de banda ancha en redes WDM. Los principales resultados obtenidos en cada parte de esta tesis doctoral muestran los procedimientos de estudio, la eficacia de las soluciones propuestas y las limitaciones encontradas.[CA] Les comunicacions òptiques sense fils (OWC) constitueixen una tecnologia molt prometedora per al desenvolupament de futures comunicacions sense fils. De fet, ha despertat un interés creixent entre els investigadors i diverses empreses de tot el món treballen actualment en el desenvolupament de xarxes sense fils de molt alta velocitat. Les comunitats científica i industrial consideren la OWC com una tecnologia complementària en les seues diverses formes: comunicacions òptiques en l'espai lliure (FSO), comunicacions de llum visible (VLC) o fidelitat de la llum (Li-Fi). L'espectre òptic ha sigut considerat durant molts anys com una gran oportunitat per a les comunicacions sense fils, especialment a causa de la saturació de l'espectre de radiofreqüència (RF). Aquesta dissertació tracta de l'ús de fonts de banda ampla en sistemes de transmissió de llum visible (VLC), així com en sistemes de transmissió en l'espectre infraroig per fibra òptica. En el treball de recerca realitzat es poden distingir tres parts: ¿ En la primera part, es considera l'estudi i la simulació de components de Díodes Emissors de Llum (LED) amb el software WIEN2k centrant-se en les propietats òptiques i elèctriques dels elements II-VI. ¿ La segona part tracta del disseny, la implementació i les proves de diferents prototips de comunicació VLC per a la transmissió analògica i digital de manera simplex i semidúplex. Hem demostrat un sistema OWC emprant una font de banda ampla (LED) per a la transmissió no sols de dades, sinó també per a la transmissió sense fil d'energia. A més, s'aborda el problema de la sincronització i la detecció del nivell "1" o "0" d'un bit en els sistemes de comunicació sense fil òptica implementats, que sorgeix a conseqüència de l'atenuació de la llum al llarg de la distància i al problema de la pèrdua de línia de visió (NLOS) entre l'emissor i el receptor. Per a fer front a aquest problema, s'ha proporcionat un protocol de comunicació que garanteix la transmissió fiable de dades digitals amb un algorisme de detecció de nivell de bits adaptatiu i s'ha demostrat la seua eficàcia mitjançant la transmissió de textos i imatges. ¿ A més, aquesta tesi aporta una solució per a la implementació de transmissors multiplexats en xarxes amb divisió de longitud d'ona (WDM) per a formats de modulació amb multiplexació per divisió de freqüència ortogonal (OFDM) basats en l'ús de fonts de banda ampla en l'espectre infraroig per a xarxes de fibra bidireccionals centralitzades. Malgrat les limitacions imposades per la dispersió cromàtica en l'ús d'aquest tipus de fonts òptiques, la inclusió d'unes certes estructures abans de la detecció permet la transmissió de senyals OFDM en enllaços òptics. En aquest treball s'ha demostrat experimentalment la reutilització de portadores, l'assignació dinàmica d'amplada de banda i la transmissió de senyals OFDM multibanda mitjançant l'ús de fonts òptiques de banda ampla en xarxes WDM. Els principals resultats obtinguts en cada part d'aquesta tesi doctoral mostren els procediments d'estudi, l'eficàcia de les solucions proposades i les limitacions trobades.[EN] Optical wireless communication (OWC) is a very promising technology for future wireless communications developments. It has attracted increasing interest from researchers and several companies around the world are currently working on the development of very high-speed wireless networks. The scientific and industrial communities believe that OWC will be a complementary technology in its various forms: Free Space Optical communications (FSO), Visible Light Communications (VLC), Light Fidelity (Li-Fi). In fact, the optical spectrum has been considered for many years as a great opportunity for wireless communications especially due to the saturation of the radio frequency (RF) spectrum. This dissertation deals with the use of broadband sources in visible light transmission systems (VLC) as well as fiber optic systems. To carry out the research, three parts can be distinguished: In the first part, we consider the study and simulation of Light Emitting Diode (LED) components with the WIEN2k software by focusing on the optical and electrical properties of elements II-VI. The second part deals with the design, implementation and testing of different VLC communication prototypes for analog and digital transmission in simplex and half-duplex mode. We have demonstrated that an OWC system using a broadband source (i.e. an LED) can be used not only for data transmission, but also for wireless power transmission. Moreover, the synchronization problem and the detection of level "1" or "0" of a bit often arise in the optical wireless communication systems. This is a result of the attenuation nature of the light over the distance and the problem of Non Line-Of-Sight (NLOS) between the emitter and the receiver. To deal with this problem, a communication protocol ensuring reliable digital data transmission with an adaptive bit level detection algorithm has been provided and its effectiveness has been demonstrated by the transmission of texts and images. In addition, this thesis provides a solution for the implementation of wavelength division multiplexed - orthogonal frequency division multiplexed (WDM-OFDM) transmitters based on the use of broadband sources in the infrared spectrum for centralized bidirectional fiber networks. Despite the chromatic dispersion that avoids the use of this type of optical sources, the inclusion of certain structures before detection allows the transmission of OFDM signals in optical links. Carrier reuse, dynamic bandwidth allocation and multiband OFDM signals transmission will be experimentally demonstrated by using optical broadband sources in WDM networks. The main results obtained during this thesis work demonstrate the study procedures, for each part, the effectiveness of the proposed solutions as well as the constraints encountered.Sekkiou, I. (2021). Design of communication systems based on broadband sources for fiber and free space optical links [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172542TESI

    Optical Communication

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    Optical communication is very much useful in telecommunication systems, data processing and networking. It consists of a transmitter that encodes a message into an optical signal, a channel that carries the signal to its desired destination, and a receiver that reproduces the message from the received optical signal. It presents up to date results on communication systems, along with the explanations of their relevance, from leading researchers in this field. The chapters cover general concepts of optical communication, components, systems, networks, signal processing and MIMO systems. In recent years, optical components and other enhanced signal processing functions are also considered in depth for optical communications systems. The researcher has also concentrated on optical devices, networking, signal processing, and MIMO systems and other enhanced functions for optical communication. This book is targeted at research, development and design engineers from the teams in manufacturing industry, academia and telecommunication industries
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