84 research outputs found

    Serial-data computation in VLSI

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    Micropipeline controller design and verification with applications in signal processing

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    Low power techniques and architectures for multicarrier wireless receivers

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    Gallium arsenide bit-serial integrated circuits

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    Strategies for neural networks in ballistocardiography with a view towards hardware implementation

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    A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy at the University of LutonThe work described in this thesis is based on the results of a clinical trial conducted by the research team at the Medical Informatics Unit of the University of Cambridge, which show that the Ballistocardiogram (BCG) has prognostic value in detecting impaired left ventricular function before it becomes clinically overt as myocardial infarction leading to sudden death. The objective of this study is to develop and demonstrate a framework for realising an on-line BCG signal classification model in a portable device that would have the potential to find pathological signs as early as possible for home health care. Two new on-line automatic BeG classification models for time domain BeG classification are proposed. Both systems are based on a two stage process: input feature extraction followed by a neural classifier. One system uses a principal component analysis neural network, and the other a discrete wavelet transform, to reduce the input dimensionality. Results of the classification, dimensionality reduction, and comparison are presented. It is indicated that the combined wavelet transform and MLP system has a more reliable performance than the combined neural networks system, in situations where the data available to determine the network parameters is limited. Moreover, the wavelet transfonn requires no prior knowledge of the statistical distribution of data samples and the computation complexity and training time are reduced. Overall, a methodology for realising an automatic BeG classification system for a portable instrument is presented. A fully paralJel neural network design for a low cost platform using field programmable gate arrays (Xilinx's XC4000 series) is explored. This addresses the potential speed requirements in the biomedical signal processing field. It also demonstrates a flexible hardware design approach so that an instrument's parameters can be updated as data expands with time. To reduce the hardware design complexity and to increase the system performance, a hybrid learning algorithm using random optimisation and the backpropagation rule is developed to achieve an efficient weight update mechanism in low weight precision learning. The simulation results show that the hybrid learning algorithm is effective in solving the network paralysis problem and the convergence is much faster than by the standard backpropagation rule. The hidden and output layer nodes have been mapped on Xilinx FPGAs with automatic placement and routing tools. The static time analysis results suggests that the proposed network implementation could generate 2.7 billion connections per second performance

    On the nature and effect of power distribution noise in CMOS digital integrated circuits

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    The thesis reports on the development of a novel simulation method aimed at modelling power distribution noise generated in digital CMOS integrated circuits. The simulation method has resulted in new information concerning: 1. The magnitude and nature of the power distribution noise and its dependence on the performance and electrical characteristics of the packaged integrated circuit. Emphasis is laid on the effects of resistive, capacitative and inductive elements associated with the packaged circuit. 2. Power distribution noise associated with a generic systolic array circuit comprising 1,020,000 transistors, of which 510,000 are synchronously active. The circuit is configured as a linear array which, if fabricated using two-micron bulk CMOS technology, would be over eight centimetres long and three millimetres wide. In principle, the array will perform 1.5 x 10 to the power of 11 operations per second. 3. Power distribution noise associated with a non-array-based signal processor which, if fabricated in 2-micron bulk CMOS technology, would occupy 6.7 sq. cm. The circuit contains about 900,000 transistors, of which 600,000 are functional and about 300,000 are used for yield enhancement. The processor uses the RADIX-2 algorithm and is designed to achieve 2 x 10 to the power of 8 floating point operations per second. 4. The extent to which power distribution noise limits the level of integration and/ or performance of such circuits using standard and non-standard fabrication and packaging technology. 5. The extent to which the predicted power distribution noise levels affect circuit susceptibility to transient latch-up and electromigration. It concludes the nature of CMOS digital integrated circuit power distribution noise and recommends ways in which it may be minimised. It outlines an approach aimed at mechanising the developed simulation methodology so that the performance of power distribution networks may more routinely be assessed. Finally. it questions the long term suitability of mainly digital techniques for signal processing

    Design and implementation of a downlink MC-CDMA receiver

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    Cette thèse présente une étude d'un système complet de transmission en liaison descendante utilisant la technologie multi-porteuse avec l'accès multiple par division de code (Multi-Carrier Code Division Multiple Access, MC-CDMA). L'étude inclut la synchronisation et l'estimation du canal pour un système MC-CDMA en liaison descendante ainsi que l'implémentation sur puce FPGA d'un récepteur MC-CDMA en liaison descendante en bande de base. Le MC-CDMA est une combinaison de la technique de multiplexage par fréquence orthogonale (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) et de l'accès multiple par répartition de code (CDMA), et ce dans le but d'intégrer les deux technologies. Le système MC-CDMA est conçu pour fonctionner à l'intérieur de la contrainte d'une bande de fréquence de 5 MHz pour les modèles de canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire tel que décrit par le "Third Genaration Partnership Project" (3GPP). La composante OFDM du système MC-CDMA a été simulée en utilisant le logiciel MATLAB dans le but d'obtenir des paramètres de base. Des codes orthogonaux à facteur d'étalement variable (OVSF) de longueur 8 ont été choisis comme codes d'étalement pour notre système MC-CDMA. Ceci permet de supporter des taux de transmission maximum jusquà 20.6 Mbps et 22.875 Mbps (données non codées, pleine charge de 8 utilisateurs) pour les canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire, respectivement. Une étude analytique des expressions de taux d'erreur binaire pour le MC-CDMA dans un canal multivoies de Rayleigh a été réalisée dans le but d'évaluer rapidement et de façon précise les performances. Des techniques d'estimation de canal basées sur les décisions antérieures ont été étudiées afin d'améliorer encore plus les performances de taux d'erreur binaire du système MC-CDMA en liaison descendante. L'estimateur de canal basé sur les décisions antérieures et utilisant le critère de l'erreur quadratique minimale linéaire avec une matrice' de corrélation du canal de taille 64 x 64 a été choisi comme étant un bon compromis entre la performance et la complexité pour une implementation sur puce FPGA. Une nouvelle séquence d'apprentissage a été conçue pour le récepteur dans la configuration intérieur/extérieur pédestre dans le but d'estimer de façon grossière le temps de synchronisation et le décalage fréquentiel fractionnaire de la porteuse dans le domaine du temps. Les estimations fines du temps de synchronisation et du décalage fréquentiel de la porteuse ont été effectués dans le domaine des fréquences à l'aide de sous-porteuses pilotes. Un récepteur en liaison descendante MC-CDMA complet pour le canal intérieur /extérieur pédestre avec les synchronisations en temps et en fréquence en boucle fermée a été simulé avant de procéder à l'implémentation matérielle. Le récepteur en liaison descendante en bande de base pour le canal intérieur/extérieur pédestre a été implémenté sur un système de développement fabriqué par la compagnie Nallatech et utilisant le circuit XtremeDSP de Xilinx. Un transmetteur compatible avec le système de réception a également été réalisé. Des tests fonctionnels du récepteur ont été effectués dans un environnement sans fil statique de laboratoire. Un environnement de test plus dynamique, incluant la mobilité du transmetteur, du récepteur ou des éléments dispersifs, aurait été souhaitable, mais n'a pu être réalisé étant donné les difficultés logistiques inhérentes. Les taux d'erreur binaire mesurés avec différents nombres d'usagers actifs et différentes modulations sont proches des simulations sur ordinateurs pour un canal avec bruit blanc gaussien additif
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