On the Capacity Achieving Covariance Matrix for Frequency Selective MIMO Channels Using the Asymptotic Approach

In this contribution, an algorithm for evaluating the capacity-achieving input covariance matrices for frequency selective Rayleigh MIMO channels is proposed. In contrast with the flat fading Rayleigh cases, no closed-form expressions for the eigenvectors of the optimum input covariance matrix are available. Classically, both the eigenvectors and eigenvalues are computed numerically and the corresponding optimization algorithms remain computationally very demanding. In this paper, it is proposed to optimize (w.r.t. the input covariance matrix) a large system approximation of the average mutual information derived by Moustakas and Simon. An algorithm based on an iterative water filling scheme is proposed, and its convergence is studied. Numerical simulation results show that, even for a moderate number of transmit and receive antennas, the new approach provides the same results as direct maximization approaches of the average mutual information.Comment: presented at ISIT 2010 Conference, Austin, Texas, June 13-18, 2010 (5 pages, 1 figure, 2 tables

Wideband channel characterization : simulation and measurements analysis

The development of wireless telecommunication requires higher speed data rates. Wideband MIMO systems are a possible answer to that need. Both wideband and MIMO characteristics enhance multipath propagation, and require a precise knowledge of the channel to properly exploit their capabilities. The extraction of the channel parameters can be done from the measurements, but also from simulations. In the frame of this thesis, the possibility to use ray tracing to derive capacity coverage prediction is studied, based on the comparison with measurements. First the radio channel models are discussed, from the MIMO channel model to the ray tracing methods. Then the measurements methods and the algorithms extracting the channel parameters are presented, before focusing on a measurement campaign to compare prediction from ray tracing and measurements-based SAGE algorithm. Key parameters for capacity –delay spread and angular spread– were first compared, then capacity itself is introduced and a capacity comparison is conducted. Polarization influence on capacity is also studied, and different methods of emulating polarization on ray tracing are studied. Last but not least, the desired capacity coverage prediction is achieved on a wide area around the measurement streets. The simulation results with the ray tracing software are promising. The multipath components were predicted well enough by ray tracing to compute capacity. Then the polarization emulating methods gave interesting results: polarization influences capacity, and the derived capacity values were close enough to those computed from measurement to launch a capacity coverage calculation, first step toward a cellular planning based on MIMO capacity. However, some uncertainties are still left, due to computation time and models approximations

Concept SAIC/MAIC Alamouti. Interprétation géométrique et performances

International audiencePlusieurs techniques d'annulation d'interférences (Interference Cancellation-IC) ont été développées ces dix dernières années pour permettre aux réseaux de communication sans fils d'atténuer les effets des interférences internes au réseau, lorsque chaque utilisateur est équipé de plusieurs antennes et utilise des codes spatiotemporels en blocs en émission. Cepen-dant, ces techniques d'IC nécessitent toutes plusieurs antennes en réception, ce qui reste un point bloquant au niveau du terminal mobile pour des raisons de coût et de dimensions. Dans ce contexte, un récepteur capable d'effectuer de l'IC à partir d'une seule antenne de réception (Single Antenna IC-SAIC) a été récemment présenté pour des utilisateurs utilisant des constellations réelles (telles les constellations ASK) et le code d'Alamouti en transmission. L'extension de ce concept aux systèmes multicapteurs, nommée MAIC (Multiple Antenna IC), a conjointe-ment été introduite. Le but de cet article est de souligner l'intérêt d'un tel récepteur dans le contexte multi-utilisateur par une analyse de son mécanisme et une étude de ses performances en termes de SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) et SER (Symbol Error Rate). ABSTRACT. Several Interference Cancellation (IC) schemes have been developed during this last decade for wireless networks to mitigate the effect of intra-network interferences, when each user is equipped with multiple antennas and employs Space Time Block Code (STBC) at transmission. However, these IC techniques all require multiple antennas at reception, which remains a challenge at the handset level due to cost and size limitations. In this context, a receiver able to perform Single and Multiple Antenna IC (SAIC/MAIC) for users using real-valued constellations (such as ASK constellations) and Alamouti scheme at transmission has been introduced very recently. The purpose of this paper is to highlight its great interest in multiuser context by analyzing its mechanism and deriving its performance in terms of Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR) and Symbol Error Rate (SER). Traitement du signal-n o 1-2/2013, 87-10

A humanized mouse model for sequestration of Plasmodium falciparum sexual stages and in vivo evaluation of gametocytidal drugs

The development of new drugs to disrupt malaria transmission requires the establishment of an in vivo model to address the biology of Plasmodium falciparum sexual stages (gametocytes). Herein we show that chemically immune-modulated NSG mice grafted with human erythrocytes support complete sexual development of P. falciparum parasites and generate high gametocytemia. Immunohistochemistry and RT-qPCR analyses indicate an enrichment of immature gametocytes in the bone marrow and the spleen, suggesting a sequestration mechanism reminiscent to that observed in humans. Upon primaquine treatment, elimination of gametocytes from peripheral blood and from sequestration sites was observed, providing a proof of concept that these mice can be used for testing drugs. Therefore, this model allows the investigation of P. falciparum sexual commitment, gametocyte interactions with the bone marrow and spleen and provides the missing link between current in vitro assays and Phase I trials in humans for testing new malaria gametocytidal drugs

cAMP-Signalling Regulates Gametocyte-Infected Erythrocyte Deformability Required for Malaria Parasite Transmission.

Blocking Plasmodium falciparum transmission to mosquitoes has been designated a strategic objective in the global agenda of malaria elimination. Transmission is ensured by gametocyte-infected erythrocytes (GIE) that sequester in the bone marrow and at maturation are released into peripheral blood from where they are taken up during a mosquito blood meal. Release into the blood circulation is accompanied by an increase in GIE deformability that allows them to pass through the spleen. Here, we used a microsphere matrix to mimic splenic filtration and investigated the role of cAMP-signalling in regulating GIE deformability. We demonstrated that mature GIE deformability is dependent on reduced cAMP-signalling and on increased phosphodiesterase expression in stage V gametocytes, and that parasite cAMP-dependent kinase activity contributes to the stiffness of immature gametocytes. Importantly, pharmacological agents that raise cAMP levels in transmissible stage V gametocytes render them less deformable and hence less likely to circulate through the spleen. Therefore, phosphodiesterase inhibitors that raise cAMP levels in P. falciparum infected erythrocytes, such as sildenafil, represent new candidate drugs to block transmission of malaria parasites

TOI-4010: A System of Three Large Short-Period Planets With a Massive Long-Period Companion

We report the confirmation of three exoplanets transiting TOI-4010 (TIC-352682207), a metal-rich K dwarf observed by TESS in Sectors 24, 25, 52, and 58. We confirm these planets with HARPS-N radial velocity observations and measure their masses with 8 - 12% precision. TOI-4010 b is a sub-Neptune ($P = 1.3$ days, $R_{p} = 3.02_{-0.08}^{+0.08}~R_{\oplus}$, $M_{p} = 11.00_{-1.27}^{+1.29}~M_{\oplus}$) in the hot Neptune desert, and is one of the few such planets with known companions. Meanwhile, TOI-4010 c ($P = 5.4$ days, $R_{p} = 5.93_{-0.12}^{+0.11}~R_{\oplus}$, $M_{p} = 20.31_{-2.11}^{+2.13}~M_{\oplus}$) and TOI-4010 d ($P = 14.7$ days, $R_{p} = 6.18_{-0.14}^{+0.15}~R_{\oplus}$, $M_{p} = 38.15_{-3.22}^{+3.27}~M_{\oplus}$) are similarly-sized sub-Saturns on short-period orbits. Radial velocity observations also reveal a super-Jupiter-mass companion called TOI-4010 e in a long-period, eccentric orbit ($P \sim 762$ days and $e \sim 0.26$ based on available observations). TOI-4010 is one of the few systems with multiple short-period sub-Saturns to be discovered so far.Comment: 26 pages, 16 figures, published in A

Improvement of the knowledge and forecast of valley winds under stable conditions : experimentation and statistical modeling using artificial neural networks

L'objet de cette thèse est l'étude des écoulements en conditions stables dans une vallée dans le but de participer à l'amélioration des calculs de transport et dispersion atmosphérique dans ces conditions. Les stratifications stables sont en effet critiques car elles limitent les mouvements verticaux, ce qui réduit le mélange et la dispersion des composés émis près de la surface. De plus, dans ces conditions, les écoulements créés sont fortement dépendants du relief local, et donc difficiles à calculer précisément avec des modèles de prévision opérationnels, car la résolution requise devient prohibitive. Le site étudié est la vallée de Cadarache, située dans le sud-est de la France, et dans laquelle est installé le centre CEA de Cadarache. Cette vallée de largeur 1 km, avec des versants de 100 m de hauteur, est le siège de courants de densité dès que les conditions stables s'établissent. Ces courants ont des interactions complexes avec les écoulements d'échelle supérieure. Le premier objectif a été d'améliorer les connaissances sur la stratification et les écoulements à l'échelle de la vallée grâce aux observations de la campagne KASCADE 2017. Une profondeur adimensionnelle de la vallée permet de distinguer les situations de couplage ou découplage entre les vents dans et au-dessus de la vallée. Ces situations ont été reliées à l'intensité de l'hétérogénéité des températures et des vents. En situation de découplage, la stratification dans la vallée est de type "cold pool marginale". Les vents de pente sur les versants et dans le fond de la vallée, associés aux cold pools marginales, ont été analysés. Le second objectif a été d'améliorer la détermination des vents près de la surface dans la vallée, à partir d'informations d'échelle supérieure. Une prévision immédiate statistique de ce vent, à partir d'observations du vent au-dessus de la vallée et de la stratification dans cette dernière, a été réalisée à l'aide d'un réseau de neurones artificiels (RNA). La méthode s'est révélée performante et le RNA a donc également été appliqué aux prévisions opérationnelles réalisées avec une résolution de 3 km sur la région avec le modèle météorologique WRF. Cette mise en œuvre consiste donc à effectuer une descente d'échelle statistique à partir de simulations dans lesquelles ni le relief ni l'occupation des sols ne sont correctement représentés à l'échelle de la vallée. Les résultats produits permettent d'améliorer significativement la prévision du vent près de la surface dans la vallée.The aim of this thesis is to study the valley flows under stable stratification to participate to the atmospheric dispersion calculations improvement under such conditions. These conditions are studied because vertical motions are reduced under stable conditions, which diminishes mixing and dispersion of compounds emitted close to the surface. Furthermore, the winds are strongly dependent on topography, which makes their calculation very hard with mesoscale NWP models. The region studied is the Cadarache valley, in south-east of France, which hosts the Cadarache CEA center. The first objective was to improve our knowledge on stratification conditions and local winds at the valley scale thanks to the KASCADE 2017 experiment. A non-dimensional valley depth allowed us to determine whether above and inside valley winds are coupled or not. Each of the two situations has been related to the temperature and wind heterogeneity in the valley. When winds are not coupled, the stratification in the valley behaves like a marginal cold pool. Slope and valley winds associated to this stratification regime have been analysed. The second objective was to improve the wind definition, inside the valley and close to the surface, from a larger scale information. A statistical nowcasting of this wind was performed, based on above valley wind observations and the knowledge of the stratification at the valley scale, with an artificial neural network (ANN). Since the method has proved to be efficient, it was thus applied to operational forecasts done on the area with the WRF meteorological model at a 3-km horizontal resolution. This constitutes a statistical downscaling process, applied to simulations where neither the topography nor the land use are adequately resolved at the local scale of the valley. This allows to improve significantly the valley wind forecast

Amélioration de la connaissance et de la prévision des vents de vallée en conditions stables : expérimentation et modélisation statistique avec réseau de neurones artificiels

The aim of this thesis is to study the valley flows under stable stratification to participate to the atmospheric dispersion calculations improvement under such conditions. These conditions are studied because vertical motions are reduced under stable conditions, which diminishes mixing and dispersion of compounds emitted close to the surface. Furthermore, the winds are strongly dependent on topography, which makes their calculation very hard with mesoscale NWP models. The region studied is the Cadarache valley, in south-east of France, which hosts the Cadarache CEA center.The first objective was to improve our knowledge on stratification conditions and local winds at the valley scale thanks to the KASCADE 2017 experiment. A non-dimensional valley depth allowed us to determine whether above and inside valley winds are coupled or not. Each of the two situations has been related to the temperature and wind heterogeneity in the valley. When winds are not coupled, the stratification in the valley behaves like a marginal cold pool. Slope and valley winds associated to this stratification regime have been analysed.The second objective was to improve the wind definition, inside the valley and close to the surface, from a larger scale information. A statistical nowcasting of this wind was performed, based on above valley wind observations and the knowledge of the stratification at the valley scale, with an artificial neural network (ANN). Since the method has proved to be efficient, it was thus applied to operational forecasts done on the area with the WRF meteorological model at a 3-km horizontal resolution. This constitutes a statistical downscaling process, applied to simulations where neither the topography nor the land use are adequately resolved at the local scale of the valley. This allows to improve significantly the valley wind forecast.L'objet de cette thèse est l'étude des écoulements en conditions stables dans une vallée dans le but de participer à l'amélioration des calculs de transport et dispersion atmosphérique dans ces conditions. Les stratifications stables sont en effet critiques car elles limitent les mouvements verticaux, ce qui réduit le mélange et la dispersion des composés émis près de la surface. De plus, dans ces conditions, les écoulements créés sont fortement dépendants du relief local, et donc difficiles à calculer précisément avec des modèles de prévision opérationnels, car la résolution requise devient prohibitive. Le site étudié est la vallée de Cadarache, située dans le sud-est de la France, et dans laquelle est installé le centre CEA de Cadarache. Cette vallée de largeur 1 km, avec des versants de 100 m de hauteur, est le siège de courants de densité dès que les conditions stables s'établissent. Ces courants ont des interactions complexes avec les écoulements d'échelle supérieure.Le premier objectif a été d'améliorer les connaissances sur la stratification et les écoulements à l'échelle de la vallée grâce aux observations de la campagne KASCADE 2017. Une profondeur adimensionnelle de la vallée permet de distinguer les situations de couplage ou découplage entre les vents dans et au-dessus de la vallée. Ces situations ont été reliées à l'intensité de l'hétérogénéité des températures et des vents. En situation de découplage, la stratification dans la vallée est de type « cold pool marginale ». Les vents de pente sur les versants et dans le fond de la vallée, associés aux cold pools marginales, ont été analysés.Le second objectif a été d'améliorer la détermination des vents près de la surface dans la vallée, à partir d'informations d'échelle supérieure. Une prévision immédiate statistique de ce vent, à partir d'observations du vent au-dessus de la vallée et de la stratification dans cette dernière, a été réalisée à l'aide d'un réseau de neurones artificiels (RNA). La méthode s'est révélée performante et le RNA a donc également été appliqué aux prévisions opérationnelles réalisées avec une résolution de 3 km sur la région avec le modèle météorologique WRF. Cette mise en œuvre consiste donc à effectuer une descente d'échelle statistique à partir de simulations dans lesquelles ni le relief ni l'occupation des sols ne sont correctement représentés à l'échelle de la vallée. Les résultats produits permettent d'améliorer significativement la prévision du vent près de la surface dans la vallée