[pt] Este trabalho examina várias técnicas de alocação de canais, e alocação de potência, baseados no parâmetro relação sinal ruído interferência. Os esquemas de controle de potência que utilizam este parâmetro, são resolvidos a partir da determinação do raio espectral de uma matriz obtida a partir da manipulação da matriz de ganhos de enlace. Foi provado que é possível resolver esta matriz por outro método baseado em determinantes, e também foi mostrado que este método permite se obter rapidamente uma alocação de canais factível. Além disso, várias técnicas de otimização da alocação de potência foram estudadas, ampliando a abordagem para uma visão completa do problema de alocação de potência. / [en] This work examines several techniques of allocation of canals, and allocation of power, based in the parameter relation signal noise interference. The projects of power control that use this parameter, are decided from the determination of the spectral ray of a matrix gotten from the manipulation of the matrix of profits of enlace. It was proven that it is possible to solve this matrix through another method based on determinative, and also was shown that this method allows to get a feasible allocation of canals quickly. Moreover, several techniques of otimization of the power allocation had been studied, extending the boarding for a complete vision of the problem of power allocation.

[pt] Várias técnicas de múltiplo acesso estão sob discussão para sistemas celulares de 3a. geração. Uma delas é baseada em um sistema híbrido TD/CDMA (Time Division, Code Division Multiple Access). Neste sistema os sinais de todos os usuários simultaneamente ativos são síncronos, o que permite o emprego de receptores de detecção conjunta. Estes receptores conseguem cancelar idealmente as componentes de interferência de múltiplo acesso e entre símbolos e assim apresentam desempenho superior aos receptores CDMA convencionais. Além do desenvolvimento de receptores com melhor desempenho, outra técnica para aumentar a capacidade dos sistemas celulares é o emprego de antenas inteligentes. Neste trabalho, uma ferramenta de simulação foi desenvolvida para verificar o desempenho de sistemas TD/CDMA com e sem o emprego de receptores de detecção conjunta, em três situações: com a variação do número de usuários, considerando-se falhas no mecanismo de controle de potência e de estimação do canal. Adicionalmente, foi estudada a conveniência do emprego antenas inteligentes em conjunto com receptores CDMA convencionais e com detecção conjunta. Os resultados obtidos indicam que, apesar de aumentar a complexidade do sistema, o uso de receptores de detecção conjunta é bastante atraente, já que seu desempenho mostrou-se significativamente superior ao dos receptores CDMA convencionais. / [de] Several multiple acess techniques are under discussion for third generation cellular systems. One of them is based on a hybrid time division, code division multiple acess (TD/CDMA). Since in this acess technique all users sharing the same slot are time synchronized, it is possible to jointly detect the different user signals arriving at the base station, eliminating both intersymbol and multiple acess interferences. Besides the use of techniques aiming to improve the receiver performance, another way to increase the capacity of a cellular system is adaptive antennas at the base station. A simulation tool was developed to verify the performance of a TD/CDMA system with with and without joint detection in three different situations: varying the number of simultaneous active users, in presence of failures on the power control mechanism and in presence of imprecisions of the channel estimator. It was compared also the performance of both receivers considering the effects of using smart antennas. The obtained results indicate that, in spite of increasing system complexity, the use of joint detection receivers might be a better option since its performance wes shown to be significantly better than that of conventional CDMA receivers.

[pt] O rápido desenvolvimento tecnológico que ocorreu na área de comunicações móveis e o surpreendente interesse por parte dos usuários geraram um crescimento da demanda maior que o esperado. A necessidade de atender essa demanda e de suportar novos serviços como áudio, vídeo e multimídia, vem motivando o estudo de novas tecnologias. Atualmente, um dos objetivos principais é o aumento da capacidade da interface rádio. Visando este objetivo, diversos métodos de acesso vêm sendo propostos. Neste trabalho será feita uma análise de três protocolos de acesso proposta para tecnologia TDMA: o PRMA (Packet Reservation Multiple Access), o RAMA (Resource Auction Multiple Access). Resultados numéricos comparando o desempenho dos protocolos RAMA e TRAMA não estavam disponíveis na literatura e serão apresentados. Baseando-se nestes resultados será proposta uma variação do RAMA, o F-RAMA (Fair Resource Auction Multiple Access). O desempenho do protocolo para transmissão de voz bem como a comparação com os outros protocolos serão apresentados. Será visto que o F-RAMA é um excelente candidato à transmissão de voz e bastante promissor para a tecnologia multimídia no ambiente móvel celular. / [en] The fast technological development that occurred in the mobile communications sector and the outstanding interest showed by the users resulted in na unexpected huge demand. The need to sypply this demand and to support new services such as audio, video and multimedia have motivated the study of new technologies. Nowadays, one of the greatest challenge is to increase the radio interface capacity. To meet this goal many access methods have been proposed. This work will analyse three access protocols proposed to TDMA technology: PRMA ( packet Reservation Multiple Access), RAMA (Resource Auction Multiple Access) and TRAMA ( Tree-search Resource Auction Multiple Acess), Numerical results comparing RAMA and TRAMA that were so far unavailable in the literature will be presented here. Based upon these results a variation of RAMA, F-RAMA ( Fair Resource Auction Multiple Access), will be proposed. The protocol perfomance for voice transmission and a comparison among the three will also be presented herein. The effect of the multimedia transmission over F-RAMA will be discussed. It will be show that F-RAMA is an excellent candidate for voice trasmission and a promising candidate for multimedia transmission in the mobile communication environment.

[pt] O dimensionamento de enlaces digitais de comunicação e realizado com base em objetivos de desempenho a serem satisfeitos por determina- dos parâmetros, considerando o comportamento aleatório das fontes de degradação do sinal. Em sistemas de comunicação móvel por satélite, o de- sempenho pode ser fortemente afetado pelo erro de apontamento da antena provocado pelo movimento da plataforma. Neste estudo,é apresentada uma metodologia para a caracterização estatística da degradação conjunta por erro de apontamento e por atenuação por chuvas, e avaliado o efeito dessas fontes de degradação nos diversos parâmetros de desempenho. A metodolo- gia proposta permite dimensionar o sistema de comunicações móveis por satélite, e determinar restrições a serem impostas ao comportamento es- tatístico do erro de apontamento da antena. / [en] The design of digital communication links is based on performance objec- tives to be satisfied by certain link parameters. In mobile satellite com- munication systems, performance can be strongly affected by the antenna pointing error due to the platform motion. This study presents a method- ology for the statistical characterization of the joint degradation due to pointing error and to rain, and evaluates the effect of these degradation sources on the various performance parameters. The proposed methodology allows for the design of the mobile satellite communication systems, and for the determination of constrains to be imposed on the statistical behavior of the antenna pointing errors.

[pt] O desempenho de sistemas de comunicações modernos que utilizam técnicas de modulação multiportadora como, por exemplo, o OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), é altamente sensível às distorções não lineares geradas principalmente por amplificadores de alta potência (HPAs). De modo a caracterizar completamente estas distorções, os efeitos de memória destes dispositivos têm que ser considerados. Estes efeitos tornam-se mais importantes à medida que a largura de banda do sinal aumenta. Por outro lado, o aumento na duração do símbolo dos sistemas multiportadora torna-o mais sensível às variações de tempo dos canais móveis. Em particular o efeito doppler tende a prejudicar a ortogonalidade entre as sub-portadoras, gerando interferências entre sub-portadoras (Inter-Carrier Interference - ICI). Assim, torna-se importante o estudo dos efeitos de não-linearidades e canais variantes no tempo em sistemas OFDM, principalmente em sistemas de comunicações móveis. Os trabalhos atualmente disponíveis na literatura se limitam a avaliar os efeitos de não linearidades invariantes no tempo ou o efeito de canais lineares variantes no tempo. Assim, no presente trabalho são desenvolvidas expressões matemáticas que permitem avaliar o efeito conjunto de não-linearidades e canais variantes no tempo sobre sinais OFDM. A investigação deste efeito é realizada em dois níveis: efeito sobre o espectro do sinal OFDM e efeito sobre o desempenho do sistema. As expressões analíticas obtidas para ambos os níveis de investigação consideraram a modelagem do canal não-linear variante no tempo por uma Série de Volterra. Resultados numéricos que avaliam o espalhamento espectral e o impacto sobre a taxa de erro de bits em situações específicas são apresentados. / [en] The performance of modern communications systems that use multicarrier modulation techniques such as, for example, OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing), is highly sensitive to nonlinear distortions generated mainly by high power amplifiers (HPAs). In order to fully characterize these distortions, the memory effects of these devices must be considered. These effects become more important as the signal bandwidth increases. On the other hand, the increase in symbol duration makes multicarriers systems more sensitive to time variations as those in mobile channels. In particular, the Doppler effect tends to impair the orthogonality between sub-carriers, resulting in inter-carrier interference (ICI). Therefore, the study of the effects of nonlinearities and time-varying channels on OFDM systems performance becomes important, mainly in mobile communications systems. The studies currently available in the literature are limited to evaluating the effects of time invariant non-linearities or the effects of linear time varying channels. In this work, mathematical expressions are developed to evaluate the joint effect of nonlinearities and time-varying channels on OFDM systems. The investigation of these effects is performed at two levels: the effect on the spectrum of OFDM signal and effect on the system s performance. In deriving the analytical expressions related to both levels of investigation the time-varying non-linear channel was modeled by a Volterra Series. Numerical results, obtained for specific situations, illustrate the resulting impact on the OFDM spectrum (spreading) and on the system s bit error rate performance.

[pt] Este trabalho investiga o comportamento de métodos de alocação de canais para Sistemas Móveis Celulares quando associados ao uso de canais de guarda para priorizar chamadas que estejam em handoff. O objetivo desta associação é uma maior qualidade da ligação comparada à obtida quando não se faz uso dessa técnica. Resultados de simulações mostram que este objetivo pode ser atingido. / [en] This work investigates the behavior of channel allocation schemes for Mobile Cellular Systems, when associated with channel guards giving priority to calls that are in handoff procedure. The objective of this association is a better call quality compared to the one in which this technique is not used. Simulation results show that indeed this can be achieved.

[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] A futura saturação do espectro eletromagnético atualmente alocado para as comunicações móveis tem levado a comunidade científica a considerar o uso das vastas faixas de frequência disponíveis em ondas milimétricas. Esta contribuição se insere no esforço de pesquisa para caracterização dos canais urbanos em ambientes exteriores. O modelo desenvolvido utiliza o traçado de raios 2.5D, com base nos conceitos da ótica geométrica e teoria uniforme da difração. Foram implementadas diversas técnicas consideradas em um futuro padrão de comunicações móveis 5G para a transmissão de sinais de banda ultra larga em canais com e sem visada e consideradas várias classes de espalhadores, como árvores, postes e paredes rugosas com espalhamento difuso. Adicionalmente, foram feitas simulações e comparações em ambientes onde foram realizadas campanhas de medições, nas métricas de: potência recebida, retardo médio, desvio RMS e XPD. Os resultados comparativos mostraram boa concordância geral e foram investigadas possíveis causas de erro em previsões nas métricas adotadas. / [en] The future saturation of the electromagnetic spectrum currently allocated for mobile communications has led the scientific community to consider the use of the vast frequency bands available in millimeter waves. There are some technical obstacles limiting the immediate use of this band. In the radio propagation area, there is a research effort to characterize the outdoor urban channels. The developed model uses a 2.5D ray tracing algorithm based on geometrical optics and UTD concepts in outdoor environments. The model implements several techniques considered in a future standard of 5G mobile communications for the transmission of ultra wide band signals in LOS and NLOS channels with a high density of scatterers: trees, poles and diffuse scattering by rough building walls. In addition, simulations and comparisons were performed in environments where measurement campaigns were carried out, considering the following metrics: received power, mean delay, RMS deviation and XPD. The comparative results showed a good agreement. Possible model impairments were investigated.

[pt] Um modelo de traçado de raios baseado no método das imagens será aplicado para estudar a propagação de ondas de rádio nas regiões de Copacabana e Ipanema no Rio de Janeiro. Nesses ambientes altamente urbanizados, pode-se assumir que a propagação é restrita à seção horizontal dos vales nas ruas que são formados pelos blocos de edificações. Várias classes de raios, caracterizados pelo número, tipo (reflexão ou difração), e ordem de ocorrência de interação com as faces laterais dos blocos são considerados no modelo. As direções de partida e chegada, assim como a amplitude e o atraso no tempo, caracterizam cada raio, considerando seu comprimento total, além dos produtos dos coeficientes associados com cada interação com o ambiente. Neste trabalho, demonstra-se o aumento na capacidade do canal com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), usando conjunto de antenas na transmissão e na recepção para um sistema faixa estreita, operando a 1.9 GHZ, estudando situações com linha de visada (LOS) e sem linha de visada (NLOS). Sistemas de comunicações wireless com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), utilizando conjunto de antenas na transmissão e na recepção apresentam grande interesse atualmente, devido a grande eficiência espectral apresentada e ao aumento na capacidade do canal. O efeito dos sistemas MIMO na capacidade do canal é estudado para situações LOS e NLOS, visando compreender sua relação em função do ambiente de propagação. Apresenta-se a relação da capacidade do canal em função do crescimento da relação sinal-ruído (SNR), da potência de transmissão, da distância, do atraso e do espalhamento angular para pontos de recepção em LOS e NLOS. Além disso, resultados simulando um canal Rayleigh também são comparados com os resultados obtidos. / [en] A ray tracing model based on the method of images has been applied to study the propagation of radio waves in the regions of Copacabana and Ipanema in Rio de Janeiro. In such highly urbanized environments, it can be realistically assumed that propagation is restricted to a horizontal section of the street canyons characterized by the blocks of buildings. Several classes of rays, characterized by the number, type (reflection and diffraction), and order of occurrence of interaction with the lateral faces of the blocks are considered by the model. The directions of departure and arrival, as well as the amplitude and the time delay characterize each ray, considering its total length, as well as product of the coefficients associated with each interaction with the environment. In addition to analyzing the behaviors of the ray parameters considering both line-of-sight (LOS) and non line-of-sight (NLOS) situations, the capacity growth of multipleelement antenna arrays (MEAs) will be demonstrated for a narrowband system operating at 1.9 GHz. Indeed, multiple-input, multiple- output (MIMO) wireless communications systems, making use of smart antenna arrays at both ends of the communications link, has been receiving increased interest due to their high spectral efficiency and channel capacity. The effect of MIMO systems in the channel capacity will be studied for representative LOS and NLOS situations to understand how the results change as a function of the environment. It will be seen how the capacity scales with increasing signal-to- noise ratio (SNR) for a large but practical number of antenna elements at both transmitter and receiver. The increase in capacity with transmitter power, distance, delay and angular spreads for LOS and NLOS cases will also be presented, as well as a comparison of the results with those corresponding to a Rayleigh channel.

[pt] Este trabalho lida com o problema de radiolocalização de terminais em um ambiente de comunicações móveis celulares. Desenvolve-se novas alternativas para a estimação da posição, admitindo-se que as medidas de tempo de chegada (ToA) obtidas no enlace-rádio estão corrompidas por ruído aditivo e apresentam erro médio positivo durante períodos aleatórios, devido à ausência de linha de visada (NLOS) entre terminal e estações radio-bases. Em uma das alternativas desenvolve-se um estimador assintoticamente eficiente do erro de NLOS, sob o critério de mínimos quadrados ponderados (WLS). Para esta estimativa, admite- se o conhecimento a priori do espalhamento temporal do canal, e que o perfil de potência do sinal pode ser calculado por uma média temporal de medidas independentes em um receptor RAKE. O esquema de localização apresentado incorpora também um teste de hipóteses desenvolvido sob o critério de Neyman-Pearson, para detectar, a cada instante de tempo, a ocorrência de transições entre os estados LOS/NLOS do canal. Em outra contribuição do trabalho, as coordenadas do terminal são estimadas recursivamente utilizando-se algoritmos bayesianos, com a dimensão do espaço de estados aumentada para incluir o efeito do erro de NLOS sobre as medidas de ToA. Resultados de simulação obtidos sob diferentes cenários comprovam a eficiência dos esquemas de estimação aqui desenvolvidos, quando comparados à única solução de que se tem conhecimento na literatura. Apresenta-se ainda nesta tese uma análise para o problema de ambigüidade em métodos hiperbólicos de localização, cujo objetivo é identificar a região do plano em que este método fornece duas soluções fisicamente admissíveis. A área desta região é comparada com a área total de triangulação. / [en] This work addresses the radiolocation problem of a moving terminal in a cellular mobile communications environment. New alternatives are developed for position estimation, assuming that the Time of Arrival (ToA) measurements obtained from radio link are corrupted by additive noise and have positive mean error during random periods of time due to the non-line of sight (NLOS) propagation condition between the terminal and base stations. In one of the proposals, an asymptotically efficient WLS estimator of the NLOS error is developed under the Weighted Least Squares criterion. It is assumed that the channel temporal scattering model is known and the mean power delay profile can be evaluated by time averaging independent measurements from a RAKE receiver. The location estimation scheme also includes a hypothesis testing based on Neyman- Pearson approach to detect at each instant of time the LOS/NLOS states transitions. In another contribution, the terminal coordinates are recursively estimated using bayesian algorithms, with the state-space dimension augmented to include the NLOS error effect over ToA measurements. Simulation results obtained under different scenarios show the effectiveness of the estimation schemes developed here when compared to the only alternative known from the literature. An analysis concerning the ambiguity problem in hyperbolic location methods is also presented, aiming to determine the regions where this method gives two physically admissible solutions, and compare them to the total trilateration area.