Complexity Adjusted Soft-Output Sphere Decoding by Adaptive LLR Clipping

A-posteriori probability (APP) receivers operating over multiple-input, multiple-output channels provide enhanced bit error rate (BER) performance at the cost of increased complexity. However, employing full APP processing over favorable transmission environments, where less efficient approaches may already provide the required performance at a reduced complexity, results in unnecessary processing. For slowly varying channel statistics substantial complexity savings can be achieved by simple adaptive schemes. Such schemes track the BER performance and adjust the complexity of the soft output sphere decoder by adaptively setting the related log-likelihood ratio (LLR) clipping value.Comment: The final version of this paper appears in IEEE Communications Letter

A Modified Levenberg-Marquardt Method for the Bidirectional Relay Channel

This paper presents an optimization approach for a system consisting of multiple bidirectional links over a two-way amplify-and-forward relay. It is desired to improve the fairness of the system. All user pairs exchange information over one relay station with multiple antennas. Due to the joint transmission to all users, the users are subject to mutual interference. A mitigation of the interference can be achieved by max-min fair precoding optimization where the relay is subject to a sum power constraint. The resulting optimization problem is non-convex. This paper proposes a novel iterative and low complexity approach based on a modified Levenberg-Marquardt method to find near optimal solutions. The presented method finds solutions close to the standard convex-solver based relaxation approach.Comment: submitted to IEEE Transactions on Vehicular Technology We corrected small mistakes in the proof of Lemma 2 and Proposition

An Application-Specific VLIW Processor with Vector Instruction Set for CNN Acceleration

In recent years, neural networks have surpassed classical algorithms in areas such as object recognition, e.g. in the well-known ImageNet challenge. As a result, great effort is being put into developing fast and efficient accelerators, especially for Convolutional Neural Networks (CNNs). In this work we present ConvAix, a fully C-programmable processor, which -- contrary to many existing architectures -- does not rely on a hard-wired array of multiply-and-accumulate (MAC) units. Instead it maps computations onto independent vector lanes making use of a carefully designed vector instruction set. The presented processor is targeted towards latency-sensitive applications and is capable of executing up to 192 MAC operations per cycle. ConvAix operates at a target clock frequency of 400 MHz in 28nm CMOS, thereby offering state-of-the-art performance with proper flexibility within its target domain. Simulation results for several 2D convolutional layers from well known CNNs (AlexNet, VGG-16) show an average ALU utilization of 72.5% using vector instructions with 16 bit fixed-point arithmetic. Compared to other well-known designs which are less flexible, ConvAix offers competitive energy efficiency of up to 497 GOP/s/W while even surpassing them in terms of area efficiency and processing speed.Comment: Accepted for publication in the proceedings of the 2019 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS

Approximate MIMO Iterative Processing with Adjustable Complexity Requirements

Targeting always the best achievable bit error rate (BER) performance in iterative receivers operating over multiple-input multiple-output (MIMO) channels may result in significant waste of resources, especially when the achievable BER is orders of magnitude better than the target performance (e.g., under good channel conditions and at high signal-to-noise ratio (SNR)). In contrast to the typical iterative schemes, a practical iterative decoding framework that approximates the soft-information exchange is proposed which allows reduced complexity sphere and channel decoding, adjustable to the transmission conditions and the required bit error rate. With the proposed approximate soft information exchange the performance of the exact soft information can still be reached with significant complexity gains.Comment: The final version of this paper appears in IEEE Transactions on Vehicular Technolog

Spherical periodic mesoporous organosilicas (sph-PMOs) : Syntheses, characterisation and application in chromatography

Innerhalb der letzten sieben Jahre wurde dem Forschungsgebiet der geordneten organisch-anorganischen Hybridmaterialien, besonders der Entwicklung neuer periodisch mesoporöser Organosilica-Materialien, viel Aufmerksamkeit gewidmet. Seit diese Materialien erstmals hergestellt wurden, wuchs das Interesse an der Anwendung auf vielen Gebieten der Materialwissenschaften wie zum Beispiel der Katalyse, der Schwermetall-Adsorption oder im Bereich der Stofftrennung ständig. Die chemischen Eigenschaften dieser Materialien können durch die Wahl der entsprechenden organischen Einheit des Organosilica-Präcursors gezielt gesteuert werden, während Porendurchmesser und die daraus resultierende spezifische innere Oberfläche ähnlich wie bei den reinen Silica-Materialien durch die Auswahl des strukturdirigierenden Agens beeinflusst werden können. Das Hauptziel, die Synthese sphärischer PMO-Partikel in verschiedenen Größen, wurde in drei verschiedenen Teilen bearbeitet. Sphärische phenylenverbrückte PMO-Partikel in einem Größenbereich von 5 bis 10 Müm für die Anwendung als Trennmaterial in der HPLC wurden in einer typischen Synthese, allerdings mit dem Zusatz eines Co-Solvens und eines Co-Tensids hergestellt. Für die chromatographischen Experimente wurden Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 Müm, einer spezifischen Oberfläche von = 1200 m2/g und einem Porendurchmesser von 5.7 nm sowie ein kommerzielles Material (Nucleosil 50-10) mit ähnlichen Eigenschaften ausgewählt und in HPLC-Säulen gepackt. Durch die Trennung von drei verschiedenen Mischungen von Testsubstanzen konnten Unterschiede zwischen den beiden stationären Phasen herausgearbeitet werden. Die verglichen mit dem Nucleosil 50-10 höhere spezifische Oberfläche sowie die aromatischen Funktionen innerhalb der Porenwände des PMO-Materials führten zu höheren Retentionszeiten. Außerdem konnte eine deutlich geringere Oberflächenpolarität festgestellt werden. Größere sphärische Partikel (10 – 300 müm), die in der Lösungsmitteldampf-Adsorption eingesetzt wurden, wurden nach einer neuen Syntheseprozedur mittels eines langkettigen Amins als Strukturdirektor und dem Zusatz von Ethanol unter schwach sauren Bedingungen hergestellt. 1,2-Bis-(triethoxysilyl)ethan (BTEE) und 1,4-Bis-(triethoxysilyl)benzol (BTEB) wurden als Organosilica-Quellen eingesetzt. Die Porendurchmesser der ethanverbrückten Materialien lagen unabhängig von der Variation der Syntheseparameter immer deutlich höher (BET (ethanverbrückt) = 1000 m2/g, BET (phenlenverbrückt) = 600 m2/g; Porendurchmesser (ethanverbrückt) = 3 nm, (phenylenverbrückt) = 1.4 nm). Ethan- und phenylenverbrückte PMO-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 80 Müm wurden in die Kanäle eines Mikroreaktors gefüllt und die Adsorption von Benzol bzw. Ethanol untersucht. Die Adsorptionskapazität beider Materialien wurde dann mittels Raman-Spektroskopie bestimmt. Die Adsorptionskapazität der ethanverbrückten Partikel sowohl bezüglich Benzol als auch Ethanol war deutlich höher, was auf die höhere Oberfläche und die größeren Poren zurückgeführt werden kann. Die erfolgreiche Darstellung sphärischer ethanverbrückter PMO-Partikel mittels der modifizierten Stöber-Reaktion unter schwach basischen Bedingungen lieferte Partikel mit Durchmessern zwischen 400 und 600 nm. Die Porengrößen wurden mit nur einer Spezies vom Alkyltrialkylammoniumhalogenid-Typ durch Variation der Kopfgruppen oder der Alkylkettenlänge verändert. In dieser Arbeit wurden außerdem weitere Experimente mit dem Ziel der Synthese eines PMO-Materials mit einem Heteroatom in der organischen Einheit durchgeführt. Die Synthese eines neuen Materials, welches sekundäre Aminfunktionen ebenso wie Ethanbrücken enthält wurde durchgeführt und Materialien bis zu einem Amin/Ethan-Verhältnis von 0.45/0.55 konnten synthetisiert werden. Für die Kupfer-Adsorptionsexperimente wurden zwei der neuen Materialien mit unterschiedlicher Aminkonzentration (11 % Amin und 33 % Amin) und ein reines Silica-Material gewählt. Die konzentrationsabhängigen Experimente bewiesen die hohe Adsorptionskapazität der neuen PMO-Materialien. In jedem Test wurde durch das PMO-Material mehr als 99 % des Kupfers aus der Lösung entfernt (> 2.5 mmol Cu2+/g). Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen war die Adsorptionskapazität des Silica-Materials mit 1.2 mmol Cu2+/g SBA-15 deutlich geringer. Zusätzlich zu den Synthesen und der Anwendung der (sphärischen) periodisch mesoporösen Organosilica-Materialien wurden Studien über den Bildungsmechanismus zweier bekannter PMO-Materialen mit Hilfe von in situ Kleinwinkelstreuung (SAXS) durchgeführt. Die in situ SAXS Experimente der Synthesemischung mit dem strukturdirigiernden Agens Pluronic® P123 dem Organosilica-Präcursor BTEB zeigen, dass während der Rührphase der Synthese ein lamellarer Zwischenzustand durchlaufen wird, bevor es zur Bildung der zweidimensional hexagonalen Struktur kommt. Die Reaktionsmischung, die das Tensid Brij® 76 enthielt, zeigte einen dreidimensional hexagonal geordneten Zwischenzustand, obwohl das resultierende Material ebenfalls eine zweidimensional hexagonale Struktur aufweist