Degrees of Freedom of Full-Duplex Multiantenna Cellular Networks

We study the degrees of freedom (DoF) of cellular networks in which a full duplex (FD) base station (BS) equipped with multiple transmit and receive antennas communicates with multiple mobile users. We consider two different scenarios. In the first scenario, we study the case when half duplex (HD) users, partitioned to either the uplink (UL) set or the downlink (DL) set, simultaneously communicate with the FD BS. In the second scenario, we study the case when FD users simultaneously communicate UL and DL data with the FD BS. Unlike conventional HD only systems, inter-user interference (within the cell) may severely limit the DoF, and must be carefully taken into account. With the goal of providing theoretical guidelines for designing such FD systems, we completely characterize the sum DoF of each of the two different FD cellular networks by developing an achievable scheme and obtaining a matching upper bound. The key idea of the proposed scheme is to carefully allocate UL and DL information streams using interference alignment and beamforming techniques. By comparing the DoFs of the considered FD systems with those of the conventional HD systems, we establish the DoF gain by enabling FD operation in various configurations. As a consequence of the result, we show that the DoF can approach the two-fold gain over the HD systems when the number of users becomes large enough as compared to the number of antennas at the BS.Comment: 21 pages, 16 figures, a shorter version of this paper has been submitted to the IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT) 201

Theory of magnetic field-induced metaelectric critical end point in BiMn2_2O5_5

A recent experiment on the multiferroic BiMn$_2$O$_5$ compound under a strong applied magnetic field revealed a rich phase diagram driven by the coupling of magnetic and charge (dipolar) degrees of freedom. Based on the exchange-striction mechanism, we propose here a theoretical model with the intent to capture the interplay of the spin and dipolar moments in the presence of a magnetic field in BiMn$_2$O$_5$. Experimentally observed behavior of the dielectric constants, magnetic susceptibility, and the polarization is, for the most part, reproduced by our model. The critical behavior observed near the polarization reversal $(P=0)$ point in the phase diagram is interpreted as arising from the proximity to the critical end point.Comment: Theory; relevant experiment uploaded as arXiv:0810.190

Dynamical mean-field theory of Hubbard-Holstein model at half-filling: Zero temperature metal-insulator and insulator-insulator transitions

We study the Hubbard-Holstein model, which includes both the electron-electron and electron-phonon interactions characterized by $U$ and $g$, respectively, employing the dynamical mean-field theory combined with Wilson's numerical renormalization group technique. A zero temperature phase diagram of metal-insulator and insulator-insulator transitions at half-filling is mapped out which exhibits the interplay between $U$ and $g$. As $U$ ($g$) is increased, a metal to Mott-Hubbard insulator (bipolaron insulator) transition occurs, and the two insulating states are distinct and can not be adiabatically connected. The nature of and transitions between the three states are discussed.Comment: 5 pages, 4 figures. Submitted to Physical Review Letter

Physical properties of transparent perovskite oxides (Ba,La)SnO3 with high electrical mobility at room temperature

Transparent electronic materials are increasingly in demand for a variety of optoelectronic applications. BaSnO3 is a semiconducting oxide with a large band gap of more than 3.1 eV. Recently, we discovered that La doped BaSnO3 exhibits unusually high electrical mobility of 320 cm^2(Vs)^-1 at room temperature and superior thermal stability at high temperatures [H. J. Kim et al. Appl. Phys. Express. 5, 061102 (2012)]. Following that work, we report various physical properties of (Ba,La)SnO3 single crystals and films including temperature-dependent transport and phonon properties, optical properties and first-principles calculations. We find that almost doping-independent mobility of 200-300 cm^2(Vs)^-1 is realized in the single crystals in a broad doping range from 1.0x10^19 to 4.0x10^20 cm^-3. Moreover, the conductivity of ~10^4 ohm^-1cm^-1 reached at the latter carrier density is comparable to the highest value. We attribute the high mobility to several physical properties of (Ba,La)SnO3: a small effective mass coming from the ideal Sn-O-Sn bonding, small disorder effects due to the doping away from the SnO2 conduction channel, and reduced carrier scattering due to the high dielectric constant. The observation of a reduced mobility of ~70 cm^2(Vs)^-1 in the film is mainly attributed to additional carrier-scatterings which are presumably created by the lattice mismatch between the substrate SrTiO3 and (Ba,La)SnO3. The main optical gap of (Ba,La)SnO3 single crystals remained at about 3.33 eV and the in-gap states only slightly increased, thus maintaining optical transparency in the visible region. Based on these, we suggest that the doped BaSnO3 system holds great potential for realizing all perovskite-based, transparent high-frequency high-power functional devices as well as highly mobile two-dimensional electron gas via interface control of heterostructured films.Comment: 31 pages, 7 figure

Studie zum Eingangsbereich - Formvarianten und Bedeutung gezeigt am Beispiel von Wohnhochhäusern (1953-1969) in West-Berlin

Architektur ist eine Kunst, die dem Gebrauchzweck dient; sie formt Raum, in dem wir leben und schafft den äußeren Rahmen um unser Dasein. Den Schlüssel für den Gebrauch der Architektur liefert der Eingang, durch ihn erschließt sich das Gebäude als umbauter Raum. Allerdings ist das Problem der Erschließung des Gebäudes nicht einfach damit getan, daß man zwischen dem Innen- und Außenraum eine Öffnung herstellt, was diese Frage auf eine einfache technische Lösung reduzieren würde. Über den Gebrauchzweck hinaus ist der Eingangsbereich der Ort, an dem die Gegensätze zwischen Innen und Außen hart aufeinander stoßen. Je nach Beschaffenheit des Eingangs ändern sich die charakteristischen Merkmale jedes einzeln. Es ist damit der Ort eines entscheidend wichtigen Architekturerlebnisses. Das heißt, daß das gesellschaftliche und kulturelle Bild sich im Eingangsbereich widerspiegeln soll, und die angemessene Strukturbildung im Eingangsbereich das Anknüpfen der Identitätsgefühle an die bauliche Umgebung fördern und informationsästhetischen Ansatz zeigen kann. Die Wohnform von Hochhäusern ist eine bereits akzeptierte Lebensform in den Großstädten. In West-Berlin, wie in fast allen westdeutschen Großstädten, wurde nach dem Zweiten Weltkrieg der Bau von Hochhäusern stark vorangetrieben. Von 1953 bis 1969 erlangten die Wohnhochhäuser im sozialen Wohnungsbau eine Schlüsselbedeutung. In diesem Zeitraum ergab sich wesentlich eine negative Wirkung aus den minimalen ökonomischen und gestalterischen Aufwand der Erschließungsräume; Probleme hinsichtlich Kommunikation, Distanzierung trotz Nähe, Identität des Zuhauses und dem daraus resultierenden Vandalismus. Im Wohnungsbau ist der Eingangsbereich ein wichtiger Teil als eine öffentliche Einrichtung, die jeder Bewohner in Anspruch nimmt. Die Bewohner sammeln die Architekturerlebnisse an jedem Ort, und sie wandeln sich allmählich in Gesamtbild, das die Identität dieses Orts erhält. Diese Identität, die uns beim Zurückkehren von der wilden Anonymität das Sicherheitsgefühl der Gebundenheit schenkt. Die Eigenschaften von Eingängen im Allgemeinen, die Einflußfaktoren auf den Eingangsbereich, der unterschiedliche Charakter des Eingangsbereiches hinsichtlich der Bautypen, der Eingangsbereich von Wohnbaten und seine Elemente; sie sind die unverzichtbare Grundlagen der Eingangsbereiche. Anhand dieser Erkenntnisse können die Bestandsaufnahme und Analyse der Eingangsbereiche von Wohnhochhäusern in Wedt-Berlin durchgeführt werden. Daraus resultieren typologische Übersichten und Charakteristika des Eingangsbereiches von betrachteten Wohnhochhäusern in West-Berlin. Als das Fazit der Untersuchungen können die Eingangsbereiche von betrachteten Wohnhochhäusern in West-Berlin mit diesen Ergebnissen bewertet und daher die gestalterischen Prinzipien für die Überlegung der Umgestaltungsmöglichkeiten empfohlen werden