scholarly journals Performance optimization techniques for small and large scale communication systems

2018 ◽  
Author(s):  
Γεωργία Ντούνη
Keyword(s):  
Performance Optimization ◽  
Communication Systems ◽  
Large Scale ◽  
Optimization Techniques

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την αξιολόγηση και βελτιστοποίηση ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας μεγάλης και μικρής κλίμακας. Ενώ τα συστήματα της πρώτης κατηγορίας είναι ευρέως γνωστά λόγω της χρήσης τους στην καθημερινή ζωή, η επικοινωνία σε επίπεδο μικρής κλίμακας αποτελεί μια καινοτόμα επιστημονική περιοχή και αφορά επικοινωνία μεταξύ συσκευών με διαστάσεις στην κλίμακα των νανομέτρων. Το πρώτο τμήμα της διατριβής επικεντρώνεται στη μελέτη και βελτιστοποίηση ασύρματων συστημάτων με πολλαπλά φέροντα και συγκεκριμένα στην τεχνική ορθογώνιας πολυπλεξίας με διαίρεση συχνότητας και διαμόρφωση δεικτών υποφορέων (OFDM-IM). Η τεχνική OFDM-IM εκμεταλλεύεται τους δείκτες των υποφορέων σαν μια επιπλέον πηγή πληροφορίας και βελτιώνει την απόδοση των κλασσικών συστημάτων OFDM σε συχνοεπιλεκτικά και ραγδαία μεταβαλλόμενα στο χρόνο κανάλια διαλείψεων. Η επιλογή της βέλτιστης συχνοτικής απόστασης μεταξύ των φερόντων εφαρμόζεται για την ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση της παρεμβολής μεταξύ των υποφορέων (ICI), εξαιτίας του φαινομένου της πολυόδευσης, και της ενδοσυμβολικής παρεμβολής (ISI) λόγω της διασποράς Doppler του καναλιού. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο καναλιού στο πεδίο της συχνότητας με ένα εκθετικά μειούμενο PDP, έγινε εξαγωγή πρωτότυπων εκφράσεων σε κλειστή μορφή για την χρήσιμη ισχύ που μεταδίδεται από τα ενεργά φέροντα, καθώς και για την ισχύ ICI και ISI τόσο των ενεργών όσο και των ανενεργών φερόντων. Στη συνέχεια, οι εκφράσεις της ισχύος των ICI και ISI για τα ενεργά φέροντα χρησιμοποιούνται από έναν αλγόριθμο χαμηλής πολυπλοκότητας για τον υπολογισμό της βέλτιστης συχνοτικής απόστασης των υποφορέων. Η αντικατάσταση της συμβατικά χρησιμοποιούμενης συχνοτικής απόστασης με τη βέλτιστη της τιμή οδηγεί στην αύξηση του λόγου SINR και της χωρητικότητας του συστήματος OFDM-IM. Το δεύτερο τμήμα της διατριβής αφορά συστήματα μοριακής επικοινωνίας που χρησιμοποιούν μόρια για τη μετάδοση της πληροφορίας. Στη διατριβή η πληροφορία βρίσκεται στον αριθμό των μεταδιδόμενων μορίων ενός συγκεκριμένου τύπου. Επιπλέον, τα συστήματα αυτά αντιμετωπίζουν προβλήματα ενδοσυμβολικής παρεμβολής, όταν τα μόρια φτάνουν ετεροχρονισμένα στον δέκτη, καθώς και εξωτερικού θορύβου από άλλες πηγές μορίων εκτός από τον πομπό. Οι δέκτες κατηγοριοποιούνται ως ενεργητικοί όταν αντιδρούν με τα μόρια που απορροφούν, και παθητικοί αν δεν αντιδρούν με τα μόρια που εισέρχονται στον όγκο τους. Εδώ εξετάζονται και οι δυο τύποι δεκτών και βελτιστοποιούνται σε ό,τι αφορά το χρονισμό της ανίχνευσης, θεωρώντας διαμόρφωση OOK και ανίχνευση με ένα κατώφλι απόφασης. Συγκεκριμένα, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα σφάλματος, βελτιστοποιείται το χρονικό διάστημα κατά το οποίο ο ενεργητικός δέκτης μετράει τα μόρια που απορρόφησε. Στην περίπτωση του παθητικού δέκτη, ο οποίος μετράει τον αριθμό των μορίων που έλαβε σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, βελτιστοποιείται ο αριθμός των παρατηρήσεων και ο χρόνος όπου αυτές πραγματοποιούνται προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα σφάλματος και να μειωθεί η πολυπλοκότητα της ανίχνευσης. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένας καινούργιος αλγόριθμος, αναφερόμενος ως A-APSO, προκειμένου να υπολογιστούν τα βέλτιστα βάρη που χρειάζεται να εφαρμοστούν σε ένα ανιχνευτή αθροίσματος σταθμισμένων βαρών. Τέλος, προτείνεται μια κατανομή Mixture Poisson με λιγότερους όρους προκειμένου να υπολογιστεί η πιθανότητα σφάλματος μέσω μιας απλούστερης έκφρασης από τις υπάρχουσες στη βιβλιογραφία. Ταυτόχρονα, μια προσέγγιση με κατανομή Gaussian για τον αριθμό των μορίων που λαμβάνονται στο δέκτη όταν μεταδίδεται το bit-x οδηγεί στην εξαγωγή μιας σχέσης σε κλειστή μορφή για την προσέγγιση του βέλτιστου κατωφλίου απόφασης.

scholarly journals Solving the Real Power Limitations in the Dynamic Economic Dispatch of Large-Scale Thermal Power Units under the Effects of Valve-Point Loading and Ramp-Rate Limitations

2021 ◽  
Vol 13 (3) ◽  
pp. 1274
Author(s):  
Loau Al-Bahrani ◽  
Mehdi Seyedmahmoudian ◽  
Ben Horan ◽  
Alex Stojcevski
Keyword(s):  
Large Scale ◽  
Thermal Power ◽  
Optimization Technique ◽  
Economic Dispatch ◽  
Pso Algorithm ◽  
Search Space ◽  
Economic Benefits ◽  
Optimization Techniques ◽  
Ramp Rate ◽  
Dynamic Economic Dispatch

Few non-traditional optimization techniques are applied to the dynamic economic dispatch (DED) of large-scale thermal power units (TPUs), e.g., 1000 TPUs, that consider the effects of valve-point loading with ramp-rate limitations. This is a complicated multiple mode problem. In this investigation, a novel optimization technique, namely, a multi-gradient particle swarm optimization (MG-PSO) algorithm with two stages for exploring and exploiting the search space area, is employed as an optimization tool. The M particles (explorers) in the first stage are used to explore new neighborhoods, whereas the M particles (exploiters) in the second stage are used to exploit the best neighborhood. The M particles’ negative gradient variation in both stages causes the equilibrium between the global and local search space capabilities. This algorithm’s authentication is demonstrated on five medium-scale to very large-scale power systems. The MG-PSO algorithm effectively reduces the difficulty of handling the large-scale DED problem, and simulation results confirm this algorithm’s suitability for such a complicated multi-objective problem at varying fitness performance measures and consistency. This algorithm is also applied to estimate the required generation in 24 h to meet load demand changes. This investigation provides useful technical references for economic dispatch operators to update their power system programs in order to achieve economic benefits.

scholarly journals Scaling capacity of fiber-optic transmission systems via silicon photonics

Nanophotonics ◽  
2020 ◽  
Vol 0 (0) ◽  
Author(s):  
Wei Shi ◽  
Ye Tian ◽  
Antoine Gervais
Keyword(s):  
Silicon Photonics ◽  
Communication Systems ◽  
Large Scale ◽  
Recent Progress ◽  
Fiber Optic ◽  
Rapid Evolution ◽  
System Capacity ◽  
Disruptive Technology ◽  
System Perspective ◽  
Silicon Photonic

AbstractThe tremendous growth of data traffic has spurred a rapid evolution of optical communications for a higher data transmission capacity. Next-generation fiber-optic communication systems will require dramatically increased complexity that cannot be obtained using discrete components. In this context, silicon photonics is quickly maturing. Capable of manipulating electrons and photons on the same platform, this disruptive technology promises to cram more complexity on a single chip, leading to orders-of-magnitude reduction of integrated photonic systems in size, energy, and cost. This paper provides a system perspective and reviews recent progress in silicon photonics probing all dimensions of light to scale the capacity of fiber-optic networks toward terabits-per-second per optical interface and petabits-per-second per transmission link. Firstly, we overview fundamentals and the evolving trends of silicon photonic fabrication process. Then, we focus on recent progress in silicon coherent optical transceivers. Further scaling the system capacity requires multiplexing techniques in all the dimensions of light: wavelength, polarization, and space, for which we have seen impressive demonstrations of on-chip functionalities such as polarization diversity circuits and wavelength- and space-division multiplexers. Despite these advances, large-scale silicon photonic integrated circuits incorporating a variety of active and passive functionalities still face considerable challenges, many of which will eventually be addressed as the technology continues evolving with the entire ecosystem at a fast pace.

scholarly journals Enabling Large-Scale Simulations of Quantum Transport with Manycore Computing

Electronics ◽  
2021 ◽  
Vol 10 (3) ◽  
pp. 253
Author(s):  
Yosang Jeong ◽  
Hoon Ryu
Keyword(s):  
Quantum Transport ◽  
Large Scale ◽  
Performance Enhancement ◽  
Silicon Nanowire ◽  
Matrix Multiplication ◽  
Tight Binding ◽  
Optimization Techniques ◽  
Wide Energy Range ◽  
Processing Unit ◽  
Binding Model

The non-equilibrium Green’s function (NEGF) is being utilized in the field of nanoscience to predict transport behaviors of electronic devices. This work explores how much performance improvement can be driven for quantum transport simulations with the aid of manycore computing, where the core numerical operation involves a recursive process of matrix multiplication. Major techniques adopted for performance enhancement are data restructuring, matrix tiling, thread scheduling, and offload computing, and we present technical details on how they are applied to optimize the performance of simulations in computing hardware, including Intel Xeon Phi Knights Landing (KNL) systems and NVIDIA general purpose graphic processing unit (GPU) devices. With a target structure of a silicon nanowire that consists of 100,000 atoms and is described with an atomistic tight-binding model, the effects of optimization techniques on the performance of simulations are rigorously tested in a KNL node equipped with two Quadro GV100 GPU devices, and we observe that computation is accelerated by a factor of up to ∼20 against the unoptimized case. The feasibility of handling large-scale workloads in a huge computing environment is also examined with nanowire simulations in a wide energy range, where good scalability is procured up to 2048 KNL nodes.

scholarly journals Performance optimization of load imbalanced workloads in large scale Dragonfly systems

2015 ◽  
Author(s):  
Bogdan Prisacari ◽  
German Rodriguez ◽  
Cyriel Minkenberg ◽  
Marina Garcia ◽  
Enrique Vallejo ◽  
...  
Keyword(s):  
Performance Optimization ◽  
Large Scale

scholarly journals Trajectory Planning in UAV Emergency Networks with Potential Underlaying D2D Communication Based on K-means

2021 ◽  
Author(s):  
Shuo Zhang ◽  
Shuo Shi ◽  
Tianming Feng ◽  
Xuemai Gu
Keyword(s):  
Trajectory Planning ◽  
Communication Systems ◽  
High Speed ◽  
Large Scale ◽  
High Reliability ◽  
Base Station ◽  
Planning Problem ◽  
Communication Signal ◽  
User Coverage ◽  
Trajectory Length

Abstract Unmanned aerial vehicles (UAVs) have been widely used in communication systems due to excellent maneuverability and mobility. The ultra-high speed, ultra-low latency, and ultra-high reliability of 5th generation wireless systems (5G) have further promoted vigorous development of UAVs. Compared with traditional means of communication, UAV can provide services for ground terminal without time and space constraints, so it is often used as air base station (BS). Especially in emergency communications and rescue, it provides temporary communication signal coverage service for disaster areas. In the face of large-scale and scattered user coverage tasks, UAV's trajectory is an important factor affecting its energy consumption and communication performance. In this paper, we consider a UAV emergency communication network where UAV aims to achieve complete coverage of potential underlying D2D users (DUs). The trajectory planning problem is transformed into the deployment and connection problem of stop points (SPs). Aiming at trajectory length and sum throughput, two trajectory planning algorithms based on K-means are proposed. Due to the non-convexity of sum throughput optimization, we present a sub-optimal solution by using the successive convex approximation (SCA) method. In order to balance the relationship between trajectory length and sum throughput, we propose a joint evaluation index which is used as an objective function to further optimize trajectory. Simulation results show the validity of the proposed algorithms which have advantages over the well-known benchmark scheme in terms of trajectory length and sum throughput.

scholarly journals Large-scale unsupervised clustering of Orca vocalizations: a model for describing orca communication systems

2019 ◽  
Author(s):  
Marion Poupard ◽  
Paul Best ◽  
Jan Schlüter ◽  
Helena Symonds ◽  
Paul Spong ◽  
...  
Keyword(s):  
Communication Systems ◽  
Large Scale ◽  
Pitch Contour ◽  
Call Type ◽  
Recording Station ◽  
The Face ◽  
Multichannel Recordings ◽  
Type Classification ◽  
Anthropic Pressure

Killer whales (Orcinus orca) can produce 3 types of signals: clicks, whistles and vocalizations. This study focuses on Orca vocalizations from northern Vancouver Island (Hanson Island) where the NGO Orcalab developed a multi-hydrophone recording station to study Orcas. The acoustic station is composed of 5 hydrophones and extends over 50 km 2 of ocean. Since 2015 we are continuously streaming the hydrophone signals to our laboratory in Toulon, France, yielding nearly 50 TB of synchronous multichannel recordings. In previous work, we trained a Convolutional Neural Network (CNN) to detect Orca vocalizations, using transfer learning from a bird activity dataset. Here, for each detected vocalization, we estimate the pitch contour (fundamental frequency). Finally, we cluster vocalizations by features describing the pitch contour. While preliminary, our results demonstrate a possible route towards automatic Orca call type classification. Furthermore, they can be linked to the presence of particular Orca pods in the area according to the classification of their call types. A large-scale call type classification would allow new insights on phonotactics and ethoacoustics of endangered Orca populations in the face of increasing anthropic pressure.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document