Millimeter-wave Wireless LAN and its Extension toward 5G Heterogeneous Networks

Millimeter-wave (mmw) frequency bands, especially 60 GHz unlicensed band, are considered as a promising solution for gigabit short range wireless communication systems. IEEE standard 802.11ad, also known as WiGig, is standardized for the usage of the 60 GHz unlicensed band for wireless local area networks (WLANs). By using this mmw WLAN, multi-Gbps rate can be achieved to support bandwidth-intensive multimedia applications. Exhaustive search along with beamforming (BF) is usually used to overcome 60 GHz channel propagation loss and accomplish data transmissions in such mmw WLANs. Because of its short range transmission with a high susceptibility to path blocking, multiple number of mmw access points (APs) should be used to fully cover a typical target environment for future high capacity multi-Gbps WLANs. Therefore, coordination among mmw APs is highly needed to overcome packet collisions resulting from un-coordinated exhaustive search BF and to increase the total capacity of mmw WLANs. In this paper, we firstly give the current status of mmw WLANs with our developed WiGig AP prototype. Then, we highlight the great need for coordinated transmissions among mmw APs as a key enabler for future high capacity mmw WLANs. Two different types of coordinated mmw WLAN architecture are introduced. One is the distributed antenna type architecture to realize centralized coordination, while the other is an autonomous coordination with the assistance of legacy Wi-Fi signaling. Moreover, two heterogeneous network (HetNet) architectures are also introduced to efficiently extend the coordinated mmw WLANs to be used for future 5th Generation (5G) cellular networks.Comment: 18 pages, 24 figures, accepted, invited paper

The molecular and phenotypic spectrum of CLCN4-related epilepsy

Objective This study was undertaken to expand the phenotypic and genetic spectrum of CLCN4-related epilepsy and to investigate genotype–phenotype correlations. Methods We systematically reviewed the phenotypic and genetic spectrum of newly diagnosed and previously reported patients with CLCN4-related epilepsy. Three novel variants identified in four patients reported in this study were evaluated through in silico prediction and functional analysis by Western blot, immunofluorescence, and electrophysiological measurements. Results Epilepsy was diagnosed in 54.55% (24/44) of individuals with CLCN4-related disorders and was drug-resistant in most cases. Of 24 patients, 15 had epileptic encephalopathy and four died at an early age; 69.57% of patients had seizure onset within the first year of life. Myoclonic seizures are the most common seizure type, and 56.25% of patients presented multiple seizure types. Notably, seizure outcome was favorable in individuals with only one seizure type. All patients showed intellectual disability, which was severe in 65.22% of patients. Additional common features included language delay, behavioral disorders, and dysmorphic features. Five patients benefitted from treatment with lamotrigine. Most variants, which were mainly missense (79.17%), were inherited (70.83%). Whereas frameshift, intragenic deletion, or inherited variants were associated with milder phenotypes, missense or de novo variants led to more severe phenotypes. All evaluated CLCN4 variants resulted in loss of function with reduced ClC-4 currents. Nonetheless, genotype–phenotype relationships for CLCN4-related epilepsy are not straightforward, as phenotypic variability was observed in recurrent variants and within single families. Significance Pathogenic CLCN4 variants contribute significantly to the genetic etiology of epilepsy. The phenotypic spectrum of CLCN4-related epilepsy includes drug-resistant seizures, cognitive and language impairment, behavioral disorders, and congenital anomalies. Notably, the mutation type and the number of seizure types correlate with the severity of the phenotype, suggesting its use for clinical prognosis. Lamotrigine can be considered a therapeutic option

Neurologic Abnormalities in Workers of a 1-Bromopropane Factory

We reported recently that 1-bromopropane (1-BP; n-propylbromide, CAS Registry no. 106-94-5), an alternative to ozone-depleting solvents, is neurotoxic and exhibits reproductive toxicity in rats. The four most recent case reports suggested possible neurotoxicity of 1-BP in workers. The aim of the present study was to establish the neurologic effects of 1-BP in workers and examine the relationship with exposure levels. We surveyed 27 female workers in a 1-BP production factory and compared 23 of them with 23 age-matched workers in a beer factory as controls. The workers were interviewed and examined by neurologic, electrophysiologic, hematologic, biochemical, neurobehavioral, and postural sway tests. 1-BP exposure levels were estimated with passive samplers. Tests with a tuning fork showed diminished vibration sensation of the foot in 15 workers exposed to 1-BP but in none of the controls. 1-BP factory workers showed significantly longer distal latency in the tibial nerve than did the controls but no significant changes in motor nerve conduction velocity. Workers also displayed lower values in sensory nerve conduction velocity in the sural nerve, backward recalled digits, Benton visual memory test scores, pursuit aiming test scores, and five items of the Profile of Mood States (POMS) test (tension, depression, anxiety, fatigue, and confusion) compared with controls matched for age and education. Workers hired after May 1999, who were exposed to 1-BP only (workers hired before 1999 could have also been exposed to 2-BP), showed similar changes in vibration sense, distal latency, Benton test scores, and depression and fatigue in the POMS test. Time-weighted average exposure levels in the workers were 0.34–49.19 ppm. Exposure to 1-BP could adversely affect peripheral nerves or/and the central nervous system

Orbital-Dependent Electron Correlation in Double-Layer Nickelate La3Ni2O7

The latest discovery of high temperature superconductivity near 80K in La3Ni2O7 under high pressure has attracted much attention. Many proposals are put forth to understand the origin of superconductivity. The determination of electronic structures is a prerequisite to establish theories to understand superconductivity in nickelates but is still lacking. Here we report our direct measurement of the electronic structures of La3Ni2O7 by high-resolution angle-resolved photoemmission spectroscopy. The Fermi surface and band structures of La3Ni2O7 are observed and compared with the band structure calculations. A flat band is formed from the Ni-3dz2 orbitals around the zone corner which is 50meV below the Fermi level. Strong electron correlations are revealed which are orbital- and momentum-dependent. Our observations will provide key information to understand the origin of high temperature superconductivity in La3Ni2O7.Comment: 18 pages, 4 figure

Genome Expression Profile Analysis of the Immature Maize Embryo during Dedifferentiation

Maize is one of the most important cereal crops worldwide and one of the primary targets of genetic manipulation, which provides an excellent way to promote its production. However, the obvious difference of the dedifferentiation frequency of immature maize embryo among various genotypes indicates that its genetic transformation is dependence on genotype and immature embryo-derived undifferentiated cells. To identify important genes and metabolic pathways involved in forming of embryo-derived embryonic calli, in this study, DGE (differential gene expression) analysis was performed on stages I, II, and III of maize inbred line 18-599R and corresponding control during the process of immature embryo dedifferentiation. A total of ∼21 million cDNA tags were sequenced, and 4,849,453, 5,076,030, 4,931,339, and 5,130,573 clean tags were obtained in the libraries of the samples and the control, respectively. In comparison with the control, 251, 324 and 313 differentially expressed genes (DEGs) were identified in the three stages with more than five folds, respectively. Interestingly, it is revealed that all the DEGs are related to metabolism, cellular process, and signaling and information storage and processing functions. Particularly, the genes involved in amino acid and carbohydrate transport and metabolism, cell wall/membrane/envelope biogenesis and signal transduction mechanism have been significantly changed during the dedifferentiation. To our best knowledge, this study is the first genome-wide effort to investigate the transcriptional changes in dedifferentiation immature maize embryos and the identified DEGs can serve as a basis for further functional characterization

OFDMAに基づくセルラーコグニティブ無線ネットワークのためのリソース割り当てに関する研究

電気通信大学201

ＯＦＤＭＡに基づくセルラーコグニティブ無線ネットワークのためのリソース割り当てに関する研究

無線通信の急速な発展に伴い、周波数不足の問題が深刻になってきている。無線ネットワークの増え続けるサービスとアプリケーションに対応するため、セカンダリユーザ（SU: Secondary User）とプライマリーユーザ（PU: Primary User）との周波数共有を可能にするコグニティブ無線(CR: Cognitive Radio)は、深刻な周波数不足を緩和する有望な技術の１つとして期待されている。CRの端末はダイナミックな無線環境を認知し、その結果に適応することで、無線アクセスの柔軟性を提供できると同時に、限られた周波数資源の利用効率を最大化することができる。CR端末の主な特徴は、無線ネットワーク環境を認知して、伝送パワー、搬送周波数、変調策略や上位レイヤーのプロトコルパラメータなどのシステムパラメータを適当に調整することである。CRの基本的な考え方は単純であるが、従来の無線システムと比べて、効率の高いCRネットワーク（CRN: Cognitive Radio Network）の設計には新たな課題がある。CRNには、システムのアーキテクチャを設計する際の基本課題だけではなく、システムに対する情報理論に基づく解析及び各層でコグニティブ・プロトコルなどの課題も考慮する必要がある。この技術に対して、スペクトルポリシーも含めて、学界と産業界とともに関心が高まっている。PUとSUの共存問題、適応可能な物理層パラメータ設計、リンク適応技術、直交周波数分割多重接続（OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access）コグニティブ無線、超広帯域コグニティブ無線、コグニティブ媒体アクセス制御（MAC: Medium Access Control）プロトコル、スペクトル検出技術、ダイナミックスペクトルアクセス方式などのさまざまのコグニティブ無線通信技術の分野に対する研究は、世界中に広がっている。従来の無線通信システムに比べて、CRNの資源配分には二つ新たな課題がある。一つは、PUとSUの間の干渉管理である。SUからPUへの干渉電力が干渉温度限界以下に保つ必要がある。もう一つは、スペクトルの可用性によるダイナミックな変化への対応である。SUの利用可能なスペクトルは、PUのスペクトルの利用に依存しており、時間的に変化するものとなる。CRN内のSUの無線リソース割り当ては、システム間の干渉を回避しながらダイナミックに周波数資源を配分する必要があることから難しい課題となっており、PUの性能を保証しつつ、SUの通信品質（QoS: Quality of Service）を高めることが求められる。PUとSU間のスペクトル共有と周波数資源を効率的に複数SUに割り当てることを柔軟に実現するため、本研究では、OFDMAに基づくセルラーCRN上の効率的なリソース割り当てを検討対象とする。OFDMAは、マルチユーザCRNのような柔軟なネットワークのアクセスのための魅力的な技術である。このネットワークでは、CR端末であるSUはスペクトルオーバレイ（非アクティブのPU帯域共有）あるいはスペクトルアンダーレイ（全PU帯域共有）のどちらかを使用して、適応通信（opportunistic communication）により、PUのプライマリー帯域にアクセスすることができる。本論文の研究は、セルラープライマリーネットワーク（PN: Primary Network）と共存する単一セル・マルチユーザのCRN から検討始め、前記２つのスペクトル共有方法（スペクトルオーバレイとスペクトルアンダーレイ）によりCRNを実現する。この共存システムには、CRセルのSUとプライマリーセルのPUの間の距離が近い可能性があるため、同じサブチャネルを使用している場合、高い同一チャネル干渉が生じることになる。この場合、同一チャネル干渉を回避することが難しい。そこで、効果的にスペクトルを共有するため、コグニティブ基地局（CBS: Cognitive Base Station）は、同一チャネル干渉回避が困難である場合に同じサブチャネルを使用しないようにするか、同一チャネル干渉を制限するために、送信電力を制御する必要がある。しかし、いずれの場合でも、CBS側は、プライマリースペクトル配分状況やPUの活動状況などのプライマリー情報を保持する必要がある。ここでは、プライマリーからの補助情報を基にした共存アーキテクチャを構築し、プライマリー基地局（PBS: Primary Base Station）は目標信号に対する干渉と雑音の比率（SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio）およびシステム中断確率によるPU干渉閾値を決め、電力制御を実施するため、その情報をセカンダリシステムにブロードキャストする。PBSとCBSの距離とPU の干渉閾値情報によって、スペクトルオーバレイあるいはスペクトルアンダーレイのどちらかに適応したスペクトル共有を実現する。さらに、マルチユーザCRNでは、SUのサービル品質を保持しながら、マルチユーザCRNの総スループットを最大化するために、制約付きの２変数非線形最適化問題（OP: Optimization Problem）を定式化する。この最適化問題を解決するために、(1)クロスレイヤー近似に基づいてMAC層から物理層までのQoS制約を変化して、OPを簡略化する。(2)ラグランジュ双対性に基づく技術を使用して、前述の簡略化されたOPを解決し、最適な電力とサブチャネルの配分法を見つける。このOPを解決した上で、ダイナミックなサブチャネルと電力配分を実現するためにクロスレイヤーの資源配分と干渉回避を同時に実現するアルゴリズムを提案し、数値解析とコンピュータシミュレーションで有効性を検証する。結果、従来の設計と比較して、本提案アルゴリズムは、スループットを大幅に高めることが可能であり、期待されているPUが必要とするSINRとSUのQoSを同時に保証できる。また、単純なスペクトルオーバレイ共有法と比較して、ハイブリッドスペクトルオーバレイ・アンダーレイ共有法は、極めて高いスペクトル効率が達成できる。次に、本論文では、マルチセルPN をオーバレイしたマルチセル・マルチユーザシステムのCRN上の資源配分を研究する。マルチセルの場合、同一チャネル干渉およびセル内干渉の原因のより、単一セルより複雑な適応制御が必要である。そのため、マルチセルの場合、共存アーキテクチャとスペクトル共有方法が非常に重要となる。また、CBSは全ての干渉チャネル情報を取得するのが難しいため、マルチセルの環境では、干渉回避のために分散的な手法が望ましい。そこで、プライマリーからの補助情報を基にした共存アーキテクチャと、セル間のスペクトルオーバレイおよびセル内のスペクトルアンダーレイによる共有方法を提案する。これらのアーキテクチャには、干渉チャネルの評価と電力制御のため、PBSはパイロット信号と干渉閾値をCRNにブロードキャストする。提案するスペクトル共有方法によって、セカンダリー基地局（CBS）はセル内干渉と同一チャネル干渉を容易に回避することが可能となる。本研究の目標は、プライマリーシステムの性能を確保する同時に、スペクトル効率とコグニティブ無線ネットワーク性能（総スループットとSUsのQoS）を最大化することである。PNでの干渉閾値を制限条件として、セカンダリセルの間で同一チャネルの干渉を考えるため、セカンダリシステム性能を表すユーティリティ（ペイオフ）関数を定義する。提案する分散型資源配分手法は、プライマリーの性能を保証し、CBSの協力がない状況でも干渉量を考慮しながらセカンダリのスループットを最大化することができる。また、各SU の瞬時データレートは定められた最小レートよりも大きいことが保証されている。この資源配分問題は、サブチャネル配分と分散型パワー配分ゲーム（DPAG: Distributed Power Allocation Game）の二つのサブ問題に分割することができる。本研究では、このDPAG問題に対して、唯一のナッシュ均衡が存在することを証明した。さらに、限られた環境で、このDPAG問題はパレート最適となる。つまり、CBSに対して、ほかのCBSの性能を損なわない前提で、これ以上の性能向上はできないということを確かめた。さらに、シミュレーションによって、提案アルゴリズムは、数回の反復計算で均衡に収束することが確認されている。これらのことから、マルチセルのCRNにおける提案方式は、大きなオーバーヘッドがなくても効果的に分散リソース分配が可能となる。このように本論文では、OFDMAに基づくセルラーCRN に適用できる有効なリソース割り当てアルゴリズムと、プライマリーネットワークとセカンダリネットワーク上に実用できる共存アーキテクチャを提案した。また、次世代無線ネットワークにとって、より高いネットワークスループットとQoSの達成は欠かせない要件であり、本論文ではこれら二つの要件を考慮しながら、良好な性能を達成できるアルゴリズムを提案した。本論文の研究では、セルラーコグニティブ無線ネットワークを中心とした検討となっているが、今後の課題として、様々な共存システムにおける有効な資源配分スキームについての検討を行う必要がある電気通信大学201