[pt] Este trabalho de tese trata do emprego de arranjos de antenas em ambientes de comunicação móvel,dando-se ênfase ao canal de dados reverso do Sistema IS-95. Propõe-se dois estimadores: um para a direção de chegada dos sinais e outro para outros dados. Inicialmente é apresentado um estudo sobre arranjos de antenas e dos principais detalhes do sistema IS-95,especialmente a multiplicidade de acesso via divisão por códigos (CDMA).Aborda-se em seguida o problema da estimação da direção da chegada(DOA), onde se constata que os algoritmos mais conhecidos na literarura especializada, tais como Atraso-e-Soma, Capon, MUSIC e ESPRIT, não apresentam desempenho satisfatório quando empregados em ambiente CDMA. Por isso, propõe-se uma versão do método de estimação de máxima verossimilhança (ML) que utiliza a técnica denominada de EM (-Expectation Maximization-).Seu emprego permitir fracionar o problema de otimização multidimensional gerado pelo estimador ML, em últimas estimações de menor dimensão,simplificando sobremaneira a solução. O estimador proposto além da DOA,permite ainda estimar a atenuação e a defasagem dos sinais incidentes. Através de simulações, constata-se que este estimador EM apresenta um desempenho bastante satisfatório.Para tornar mais completa a análise, faz-se ainda uma comparação da variância do erro na estimação da DOA comolimitante de Cramér-Rao. Em presença de multipercursos, propõe-se quatro versões de um estimador de dados, sendo que uma delas utiliza a estrutura de treliça e objetiva a decisão sequencial dos dados. O desenvolvimento de tais estimadores faz uso de bases de espaços vetoriais para representar as funções de walsh, sendo que as operações aritméticas convencionais . Através de simulações constata-se que essas versões apresentam diferentes relações entre de desempenho e custo computacional, o que permite flexibilidade na adequação do seu emprego. / [en] This thesis deals with antenna arrays when used in mobile communication environment, but the emphasis is on the reverse data link of IS-95. Two estimators are proposed: one for the direction-of-arrival (DOA) and other for the data. Initially, study of the antenna arrays is presented together with the main details of the IS-95 System, especially the details related to the code division multiple access (CDMA). After that, the problem of dirction- of-arrival estimation is discussed. It is shown that mostly of the known estimators, such as Delay-and-Sum, Capon, MUSIC and ESPRIT, do not offer reasonable performance when used in CDMA environment. Therefore, a new Maximum- Likelihood (ML) method is proposed using the so-called Expectation Maximization (EM) algorithm. The main advantage of using such approach is due to the fact that multidimensional optimization required by ML estimation can be split into several problems of lower dimension, thus simplifying the solution. The proposed estimator, besides the DOA estimation, also allows the estimation of attenuation and phase shift of the arriving signals. Simulations show that EM-estimator offers a fair performance when compared to other methods. In order to properly access the statistical significance of this study, the of DOA-estimation erro´s variance is compared with the Cramér-Rao Lower Bound (CRLB). Under a multipath environment, four versions of a data estimator are proposed, and one of them do employ trellis. In the development of such estimators, vector basis are used to represent the Walsh functions and the module-2 operations are replaced by convenient ordinary arithmetic operations. By means of simulation, it is shown that these versions present different levels of performance and computational cost thus allowing to choose the method according to the environmentn conditions. / [es] Este trabajo de tese trata del empleo de arreglos de antenas en ambientes de comunicación móvil, con énfasis en el canal de datos reverso del Sistema IS-95. Se proponen dos estimadores: uno para la dirección de llegada de las señales y otro para el resto de los datos. Inicialmente se presenta un estudio sobre arreglos de antenas y los principales detalles del sistema IS-95,especialmente la multiplicidad de acceso vía división por códigos (CDMA). Se aborda el problema de la estimación de la dirección de llegada(DOA), donde se constata que los algoritmos más conocidos en la literarura especializada, tales como Atraso-y-Suma, Capon, MUSIC y ESPRIT, no tiene un desempeño satisfactorio cuando son utilizados en ambiente CDMA. Por eso, se propone una versión del método de estimación de máxima verosimilitud(ML) que utiliza la técnica denominada de EM (-Expectation Maximization-).Su empleo permite fraccionar el problema de optimización multidimensional generado por el estimador ML, en estimaciones de menor dimensión,simplificando la solución. El estimador propuesto, además de la DOA, permite estimar la atenuación y el defasaje de las señales incidentes. A través de simulaciones, se constata que el estimador EM tiene un desempeño bastante satisfactorio. Para un análisis más completo se comparan las varianza del error en la estimación de la DOA como límite de Cramér-Rao. En presencia de multitrayectoria, se proponen cuatro versiones de un estimador de datos, donde una de ellas utiliza la extructura de celosía y objetiva la decisión secuencial de los datos. El desarrollo de tales estimadores utiliza bases de espacios vectoriales para representar las funciones de walsh, con las operaciones aritméticas convencionales . A través de simulaciones se observa que esas versiones presentan diferentes relaciones entre de desempeño y el costo computacional, que permite flexibilidad en la adecuación de su empleo.

[pt] O projeto de sistemas móveis em banda larga requer um planejamento detalhado devido à necessidade de maximizar a utilização da largura de banda disponível, maximizar a capacidade da rede, garantir requisitos mínimos de disponibilidade e minimizar os custos de implantação e operação da rede. Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto a ser empregada em sistemas móveis em banda larga baseados no padrão IEEE 802.16e-2005 (WiMAX móvel). São apresentadas as novas tecnologias empregadas na elaboração do padrão, o modelo de propagação utilizado no cálculo de enlace, o cálculo da interferência co-canal, o cálculo da porcentagem de cobertura de área, o ganho de subcanalização e o cálculo da capacidade do canal. São analisadas abordagens para redução da interferência co-canal, visando maximizar a capacidade da rede e por fim é apresentado um estudo de caso utilizando uma ferramenta computadorizada de planejamento de redes móveis. / [en] The design of mobile broadband systems requires detailed planning due to necessity of maximizing the use of available bandwidth, network capacity, achieve minimum availability levels and minimize network implementation and operational costs. This work presents a design methodology to be employed in mobile broadband systems based on the IEEE Std 802.16-2005 (Mobile WiMAX). Here are presented the new technologies employed in the standard, the propagation model used for link budget, co-channel interference, coverage area percentage, sub-channelization gain and channel capacity calculations. Approaches for co-channel interference reduction are analyzed aiming to maximize network capacity and at the end a case study is presented using a computerized tool for mobile network planning.

[pt] Este trabalho aborda o projeto de antenas omnidirecionais de duplorefletores, onde o refletor principal é obtido a partir de uma geratriz circular. A antena é composta de refletores circularmente simétricos e concêntricos que são alimentados por uma corneta cônica coaxial excitada pelo modo TEM para a produção de polarização vertical. Para realizar este estudo são utilizadas técnicas de síntese e de análise eletromagnética rigorosa. A técnica de análise eletromagnética rigorosa é baseada na associação do Método de Casamento de Modos para representar os campos no interior do alimentador e do Método dos Momentos para solucionar as equações integrais para o campo elétrico e para o campo magnético e determinar a corrente elétrica induzidas sobre as paredes metálicas externas e a amplitude dos modos sobre a abertura da corneta. A técnica de síntese destas antenas é baseada na aplicação dos princípios da Ótica Geométrica para modelar o subrefletor que irá produzir uma distribuição de fase uniforme em uma abertura cônica colocada em frente ao refletor principal com geratriz circular. O estudo exploratório sobre o desempenho destas antenas é dividido em três partes. Na primeira, as soluções fornecidas pela síntese ótica e aproximações para os campos na abertura são utilizadas para identificar configurações de antenas compactas ou que maximizem o ganho ao longo do plano horizontal. Entretanto, pode-se obter uma melhor iluminação da área de cobertura através da inclinação do lobo principal (down tilt). Para reduzir o custo de fabricação de um conjunto de antenas que atendam diferentes áreas de cobertura, pode-se utilizar o mesmo refletor principal e modelar os subrefletores para deslocar a direção de máximo do diagrama. Assim, em uma segunda etapa do estudo paramétrico, são considerados alguns refletores principais, e, para cada um deles, é obtida uma família de subrefletores modelados para deslocar o máximo do diagrama no plano vertical. Esta estratégia se torna efetiva na medida em que o custo de fabricação do subrefletor é menor do que o do refletor principal. Na terceira parte, utilizando o método híbrido composto pelo Método do Casamento de Modos e pelo Método dos Momentos, é feito o modelamento da corneta coaxial TEM com o objetivo de reduzir sua perda de retorno e estender sua banda de operação. Por fim, ainda utilizando este método híbrido, é feita uma análise rigorosa das antenas duplo-refletoras propostas neste trabalho, procurando otimizar o desempenho destas antenas em termos do diagrama de radiação e da perda de retorno. / [en] This work presents a design study of omnidirectional dual-reflector antennas, where the main reflector is obtained from a circular generatrix. The antenna is composed of two concentric circularly symmetric reflectors and it is fed by a coaxial conical horn excited by TEM mode to produce vertical polarization. To obtain the subreflector surface, the study employs a GO synthesis technique to shape the subreflector in order to produce a uniform phase distribution in a conical aperture placed in front of the main reflector. To validate the results, it is employed a rigorous electromagnetic analysis technique based on the association of Mode Matching Technique to represent the fields inside the horn and Method of Moments to solve the integral equations of electric and magnetic fields. The solution of Method of Moments yields the induced electric current on the outer surface of the horn and the amplitude of the modes on the aperture of the horn. The exploratory study is divided in three parts. First, by using the GO approximations for the aperture fields, the geometry parameters are explored to identify compact antenna configurations that maximize the gain along the horizontal plane. However, a more uniform coverage of the ground can be obtained by tilting the main lobe. Thus, in a second step of the parametric study, it is considered a family of designs with the same main reflector and a set of subreflectors that are designed for different tilt angle of main lobe. This strategy is effective to reduce the manufacturing costs of a family of antennas designed to provide different coverage. Third, by using the hybrid method, the TEM coaxial horn is shaped to reduce the return loss and extend its operating band, and, finally, the overall antennas performance is optimized by controlling radiation pattern and return loss.

[pt] O termo de ondas milimétricas refere-se à porção do espectro eletromagnético com frequências entre 30 e 300 GHz, correspondente a comprimentos de onda de 10 até 1 mm, respectivamente. As características das ondas milimétricas diferem das micro-ondas e das infravermelhas, e são estas diferenças que fazem com que um sistema de ondas milimétricas seja o candidato ideal para algumas aplicações. Nos anos passados, a falta e o alto custo de fontes, dispositivos, componentes e instrumentação adequada, para esta faixa de frequências, levaram a um progresso muito devagar nesta área, no entanto, as limitações dos sistemas infravermelhos e ópticos e a superlotação da região do micro-ondas do espectro ocasionaram um maior interesse em frequências milimétricas nos últimos anos. A quinta geração dos sistemas móveis deve estar pronta nos próximos anos, e muitas pesquisas estão se desenvolvendo nas faixas de 28 GHz, 38 GHz e 60 GHz. A faixa de 60 GHz, na qual as ondas têm uma maior atenuação comparada com as outras duas, oferece um maior espectro eletromagnético. Nesta faixa de frequência, as ondas se refletem muito e pode se aproveitar estas reflexões para uma melhor recepção sendo, por tanto, uma ótima opção para comunicação móvel de curta distância com altas taxas de transferência de dados. Para poder aproveitar a maior quantidade de multipercursos, a antena receptora deve ter uma largura de feixe grande. Assim, neste trabalho, duas antenas foram projetadas, construídas e, de alguma forma, testadas para uma frequência de 60 GHz, onde as larguras de feixe simuladas obtidas foram de 112 graus e 115 graus. / [en] The millimeter wave term refers to that portion of the electromagnetic spectrum with frequencies between 30 and 300 GHz corresponding to wavelengths of 1 to 10 mm. The characteristics of the millimeter wave differ from microwave and infrared, and these differences make a millimeter wave system, an ideal candidate for some applications. In the past the lack and the high cost of supplies, devices, components and instrumentation suitable for this frequency band caused very rambling progress in this area. However, the limitations of infrared optical systems and overcrowding of the microwave spectrum region led to a greater interest in the millimeter frequency in recent years and it is expected an increase in this interest. The fifth generation of mobile systems should be ready in the coming years, and many studies are developing in the 28 GHz, 38GHz and 60GHz bands. In the 60 GHz band, waves has a higher attenuation compared to the other two, but also offers greater electromagnetic spectrum, in this band, waves has a lot of reflection, then, scattering can be taken for better reception. So, this band is a great choice for short distance mobile communication with high data rates. To get the greatest amount of multipath, the receiving antenna must have a wide beam width. In this work, two antennas were designed, built and somewhat tested for a frequency of 60 GHz for mobile environment, where the beam widths obtained are 112 degrees and 115 degrees.

[pt] O objetivo deste trabalho é o estudo e desenvolvimento de técnicas assintóticas que permitiam a análise do espalhamento de ondas eletromagnéticas por superfícies condutoras, diretamente do domínio do tempo. São introduzidas versões temporais de métodos de rastreamento de raios e de técnicas de correntes induzidas e equivalentes, as quais são deduzidas a partir de seus correspondentes do domínio da frequência mediante o uso da transformada inversa de Fourier e de uma representação analítica de sinais. As formulações obtidas aplicam-se à análise da resposta transiente do espalhamento eletromagnético por objetos condutores que tem grandes dimensões físicas em termos de largura do pulso incidente, e têm a forma de expressões analíticas relativamente simples, válidas para instantes de tempo próximos à chegada das pimeiras frentes de onda aos pontos de observação. As técnicas obtidas são estendidas à aplicação na determinação a resposta de antenas refletoras convencionais iluminadas por exitações pulsadas e têm sua validade verificada comparando-se com as soluções obtidas por uma solução numérica de referência baseada no Método dos Momentos para o domínio da frequência (MoM) e correspondente inversão para o domínio do tempo através de um algoritmo de transformada rápida de Fourier (IFFT). / [en] This work is concerned the study and development of asymptotic methods for the time-domain analysis of eletromagnetic scattering by perfectly conducting surfaces. Time-domain versions of the well known ray tracing methods and surface-induced and equivalent edge currents are derived by means of a Fourier inversion and the use of an analytical signal representation. The resulting formulations can be applied to the transient analysis of EM scattering by perfectly conducting objects that are large in terms of the incident pulse width, and are presented in the form of relatively simple analytical expressions that are valid in the neighborhood of the instant of arrival of the first wavefronts to the obseration points. These so derived time-domain asymptotic techniques are extended to accomodate the determination of the response to pulse- excited conventional reflector antenas and their validity is ascertained by means of a comparison with a referece solution based on the frequency-domain Method of Moments (MoM) and its inversion into the time domain via a fast Fourier transform algorithm (IFFT). / [es] EL objetivo de este trabajo es el estudio y desarrollo de técnicas asintóticas que permitan el análisis del esparcimiento de ondas eletromagnéticas por superficies conductoras, directamente del dominio del tiempo. Se introducen versiones temporales de métodos de rastreamiento de rayos y de técnicas de corrientes inducidas y equivalentes, las cuales son deducidas a partir de sus correspondientes del dominio de la frecuencia mediante el uso de la transformada inversa de Fourier y de una representación analítica de señales. Las formulaciones obtenidas se aplican al análisis de la respuesta transiente del esparcimiento eletromagnético por objetos conductores que tienen grandes dimensiones físicas en término de ancho del pulso incidente, y tiene la forma de expresiones analíticas relativamente simples, válidas para instantes de tiempo próximos a la llegada de las primeras frentes de onda a los puntos de observación. Las técnicas obtenidas se aplican en la determinación la respuesta de antenas reflectoras convencionales iluminadas por exitaciones pulsadas y se verifica su validad comparando con las soluciones obtenidas por una solución numérica de referencia basada en el Método de los Momentos para el dominio de la frecuencia (MoM) y la correspondente inversión para el dominio del tiempo a través de un algoritmo de transformada rápida de Fourier (IFFT).

[pt] O objetivo desta monografia é investigar a aplicação de distintas metodologias de alocação de energia firme de usinas hidrelétricas através da teoria dos jogos de coalizão. Mostra-se que não existe uma maneira ótima, única, de se fazer esta repartição, mas existem critérios para verificar se uma metodologia de repartição específica apresenta algum aspecto inadequado. Um desses critérios é a justiça. Mostra-se que este critério equivale a pertencer ao chamado núcleo de um jogo cooperativo. O cálculo da energia firme será formulado como um problema de otimização linear e serão investigadas vantagens e desvantagens de distintos métodos de alocação (a benefícios marginais, geração média no período crítico, última adição e nucleolus). Em seguida será desenvolvida uma aplicação do esquema Aumann-Shapley (AS) à repartição da energia firme de usinas hidrelétricas. Demonstra-se que além de robusto em relação aos tamanhos dos recursos e eficiente computacionalmente, este método fornece para o problema do firme uma alocação pertencente ao núcleo e, portanto, atende à condição de justiça. A aplicação do esquema AS será apresentada para o Sistema Brasileiro e serão comparados os resultados obtidos por este método com outros esquemas de alocação adotados no Sistema Hidrelétrico Brasileiro. / [en] The objective of this work is to investigate the application of different methodologies of allocation of firm energy rights among hydro plants using a gametheoretic framework. It is shown that there is not an optimal and unique approach to make this allocation but there are criteria to verify if a given approach presents any inadequate aspect. One of these criteria is the justice, or fairness. It is shown that this criterion is equivalent to the condition of the core of a cooperative game. The calculation of the firm energy will be formulated as a linear program and advantages/disadvantages of different allocation methods (marginal allocation, average production on the dry period, incremental allocation and nucleolus) will be investigated. Next, an application of the Aumann-Shapley (AS) scheme to the problem of allocation of firm energy rights will be developed. It is shown that, besides being robust and computationally efficient, this scheme provides an allocation that belongs to the core of the game and therefore meets the condition of justice. The AS scheme will be applied to the Brazilian system (composed of about 100 hydro plants) and the results obtained will be compared with the allocation schemes currently adopted in the Brazilian system.

[pt] A presente tese descreve e analisa a utilização de substratos e superstratos dielétricos para a otimização do desempenho de antenas impressas configuradas através de microlinhas. São avaliadas as características de casamento de impedância, geração de ondas de superfície, ganho, diretividade, facilidade de montagem, facilidade de medição, diagrama de radiação e possibilidade de miniaturização. São avaliadas também as antenas configuradas através de guias dielétricos para aplicações na banda milimétrica e no domínio do Terahertz. Um procedimento inicial para seleção do substrato, do superstrato e do modelo de antena é sugerido. Várias antenas utilizando microlinhas são simuladas, realizadas e caracterizadas. / [en] This work presents the research, design and optimization of the fundamental effects of dielectric substrate and superstrate over printed antennas performance. Impedance matching, surface waves generation, gain, directivity, assembling, pattern diagram and miniaturization are investigated. A new dielectric waveguide antenna is also investigated for millimetric and Terahertz applications. A initial criteria for choosing a more efficient substrate, superstrate for a specific antenna model is suggested. Several antennas models are simulated, realized and measured.