[pt] Este trabalho tem como finalidade explorar uma técnica de redução do erro de estimativas da resposta de freqüência discreta do canal geradas por símbolos piloto em sistemas de transmissão OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Nesta técnica, uma transformação linear projeta o vetor que contem as estimativas obtidas inicialmente no subespaço em que a verdadeira resposta de freqüência do canal tem que estar, resultando em uma redução da variância do erro das estimativas. A aplicação conjunta desta técnica com filtragem adaptativa para a estimação da resposta de freqüência do canal também está no contexto desta dissertação. Os resultados dos experimentos são analisados em termos da taxa de erro de bit média obtida e da convergência dos algoritmos adaptaivos empregados nas etapas de estimação de canal no receptor. / [en] This work a technique for error reduction in estimates of the discrete channel frequency response obtained with aid of pilot symbols in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission systems. In this technique projects the vector that contains the initial discrete channel frequency response estimate is projected into the subspace where the true channel frequency response has to lye, yielding a new channel estimate with a reduced error variance. The joint application of this technique with adaptive filtering for channel estimation is also developed herein. The performance of the proposed methods is analyzed in terms of the mean bit error rate achieved and of the convergence of the adaptive channel estimation algorithms used in the receiver.

[pt] Os sistemas de transmissão em bloco, permitem a transmissão de N símbolos de forma simultânea, seja em modulação de portadora única ou multiportadora. A recepção ótima, no sentido de máxima verossimilhança em canais com multipercursos apresenta um custo computacional elevado de AN, onde A é a ordem da constelação (A igual a 2 para BPSK). Para evitar este alto custo computacional é usual fazer a detecção símbolo a símbolo após a equalização. Nesta dissertação é proposto um receptor com detecção por grupos que apresenta uma complexidade intermediária entre o receptor ótimo e os receptores que utilizam detecção símbolo-a-símbolo em sistemas com transmissão em blocos. O tipo de estrutura idealizada agrupa as componentes do bloco equalizado em grupos e realiza detecção conjunta ótima dos símbolos em cada grupo. Com relação possíveis estratégias de agrupamento foram propostos três métodos, o primeiro método faz uma busca exaustiva pelo agrupamento ótimo e tem como consequência um custo computacional elevado para um número grande de símbolos por bloco. Na procura por algoritmos que evitem uma busca exaustiva pelo agrupamento ótimo, mas que resultem em bons ganhos de desempenho, e a sua aplicação em sistemas com um número elevado de símbolos por bloco, foram propostos dois métodos de agrupamento sub-ótimos e eficientes, cujos receptores apresentaram ganhos de desempenho apreciáveis quando comparados ao receptor convencional. / [en] Block transmission systems allow transmissions of N symbols simultaneously, with single carrier or multi-carrier modulation. Maximum likelihood optimal reception in multipath channels have a high computational cost of AN, where A is the constellation order (A iqual 2 for BPSK). To avoid this cost is usual to make symbol-by-symbol detection after equalization. In this work we propose a receiver with group detection that has a good tradeof between computation complexity and bit error rate performance. The idealized structure groups the components of the equalized block in sub-blocks and does optimal joint detection of the symbols in each sub-block. With relation to possible grouping strategies three methods were proposed. The first one searchs for an optimal grouping and has, as a consequence, a high computational cost for block with a large number of symbols. Sub-optimal efficient algorithms that avoid the exhaustive search for the optimal grouping but show good performance gains and feasible application in systems with large number of symbols per block were proposed. The resulted receivers achieved substantial performance gain in comparison with the conventional symbol-by-symbol receiver.

[pt] Sistemas OFDM têm conseguido atenção dos órgãos internacionais de padronização na última década. Vários trabalhos na literatura tratam sobre como otimizar a transmissão desses sistemas na situação de enlace aberto, ou seja, onde não há comunicação reversa entre transmissor e receptor. Este trabalho foca a utilização de enlace fechado para sistemas de transmissão OFDM, um assunto pouco explorado até agora. Aqui focamos principalmente no método recentemente proposto na literatura de alocação dinâmica de símbolos-pilotos. Foi mostrado recentemente que, para sistemas OFDM coerentes e de enlace fechado, essa opção é a que traz mais ganhos. Os símbolos-piloto são usados para obter amostras do comportamento do canal a fim de detectar os símbolos de dado corretamente. Esses pilotos, porém, não precisam estar dispostos para a melhor estimação possível do canal. Almeja-se apenas uma estimação boa o suficiente. Nesse trabalho propõe-se uma estratégia de alocação de pilotos com o objetivo de minimizar a probabilidade de erro de bits do sistema. Sugere-se também um algoritmo de menor complexidade que mantém grande parte do desempenho da solução ótima. Resultados experimentais mostram ganhos bastante significativos. / [en] OFDM systems have gathered quite some attention from international standardization bodies for the past decade. Various works in literature aim at optimizing transmission for these systems in the open-loop scenario, i.e. when there is no feedback communication between transmitter and receiver. This work focuses on the utilization of a closed-loop for OFDM systems, a subject which has not been thoroughly explored so far. Here we primarily focus on the recently proposed method of dynamic pilot-symbol allocation. It was shown in a recent paper that for coherent closed-loop OFDM systems, this option is capable of delivering substantial increases in performance. The pilot-symbols are used to sample channel behavior so that data symbols can be decoded correctly. However, these pilot do not need to be located so as to estimate the channel in the best possible way. The system requires an estimation which is only good enough. In this work, we propose a pilotsymbol allocation strategy with the goal of minimizing the bit error rate. We also suggest a lower complexity algorithm, which attains most of the performance of the optimal solution. Experimental results show significant gains.

[pt] A utilização das linhas de potência para fins de comunicação vem recebendo grande atenção nos últimos anos, principalmente devido a grande demanda por serviços de telecomunicações. A grande virtude é que as linhas de potência para comunicação apresentam uma solução sem a necessidade de nova fiação. Além disso, apresentam saída de potência disponível em todos os cômodos de uma residência, onde o terminal de comunicação possa ser usado, são de fácil instalação e acima de tudo apresentam custo reduzido. Sendo assim a comunicação através de linhas de potência vem se mostrando uma solução viável na oferta de serviços de telecomunicações. Esta tese investigou os sistemas PLC no que diz respeito à estimação do canal. Foi desenvolvido um método paramétrico de estimação do canal PLC baseado no algoritmo EM (Expectation Maximization). Foi feita a avaliação de desempenho combinando modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), estimação do canal PLC e equalização, sendo utilizado como referencias os equalizadores ZF (Zero Forcing) e MMSE (Minimum Mean Square Error). / [en] The powerline communications systems have been receiving increasing attention in last few years. Power line communications presents a no new wires solution with the additional advantages of ubiquitous node availability, easy installation, and cost effectiveness. This thesis investigation the powerline estimation channel. It was presented parametric channel estimation method using EM (Expectation Maximization) algorithm. The performance using OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), PLC Channel estimation and equalization was availability. The performance was studied using two equalization techniques Zero- Forcing and Minimum Mean Square Error.

[pt] crescimento dos sistemas de comunicações móveis celulares e dos sistemas de rádio difusão de sinais de áudio e vídeo tem despertado grande interesse na pesquisa de novos métodos para a transmissão de sinais nestas redes. A necessidade de se transmitir dados em altas taxas, com significante eficiência no uso da largura de faixa de freqüências disponível, e por meio de um canal de propagação ruidoso e variante no tempo, constitui o principal problema para o desenvolvimento de novas técnicas de trasmissão de sinais. Dentro deste contexto, esta dissertação trata do uso dos conceitos de transmissão digital e filtragem adaptativa para a demodulação de sinais OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). A equalização de sinais antes e após o estágio de DFT (Discrete Fourier Transform) no receptor e as técnicas de estimação de canal são o objeto principal de estudo deste trabalho. Os resultados dos experimentos são analisados em termos da taxa de erro de bit média obtida e da convergência dos algoritmos empregados nas etapas de equalização e estimação de canal no receptor. / [en] The growth of cellular mobile communication systems and audio and video broadcasting systems has stimulated great interest in the research of new methods for the signal transmission in these networks. The high rate data transmission, with significant efficiency in the use of the available bandwidth, in a noisy and time variant channel, constitutes the main problem for the development of new techniques for signal transmission. In this context, this dissertation deals with the use of the concepts of digital transmission and adaptive filtering for the demodulation of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signals. The equalization pre and post DFT (Discrete Fourier Transform) in the receiver and the channel estimation techniques are the main object of study in this work. The results of the experiments are analyzed in terms of the mean bit error rate achieved and the convergence for the algorithms used in the stages of equalization and channel estimation in the receiver.

[pt] Os sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO) empregam um número crescente de antenas, o que leva a relevantes consumo de energia e custo de hardware dos front-ends correspondentes. Nesse contexto, o uso de conversores analógico-digitais (ADCs) de baixa resolução é promovido como uma solução promissora para este problema. Neste estudo consideramos um receptor MIMO de baixa resolução que implica que os sinais recebidos são processados simultaneamente pelos 1-bit ADCs e pela rede comparadora. Os sinais de entrada da rede comparadora podem vir de antenas diferentes, de modo que a extensão da rede comparadora pode ser interpretada como canais virtuais com saídas binárias. Com base nesses receptores MIMO de baixa resolução, desenvolvemos um estimador de canal e detector lineares de baixa resolução baseados no critério de mínimo erro médio quadrático (LRA-LMMSE) de acordo com o teorema de Bussgang. Duas redes de comparação são propostas, nomeadas, redes total e parcialmente conectadas. Também desenvolvemos uma rede parcialmente conectada baseada em busca gananciosa que usa muito menos comparadores para obter um desempenho bem próximo ao da rede totalmente conectada. Os resultados numéricos mostram que adicionar canais virtuais pode ser melhor do que adicionar canais físicos extras que correspondem a antenas de recepção adicionais em termos de taxa de erro de bit (BER). Além disso, ao empregar o estimador de canal proposto e seu erro de estimativa correspondente, construímos um limite inferior na taxa de soma ergódica para o receptor LRA-MMSE. Os resultados de simulação mostram que os sistemas com a proposta sistemas MIMO auxiliados por rede com quantização de 1-bit no receptor superam o convencional sistema MIMO de 1-bit em termos de desempenho de BER e erro quadrático médio (MSE). Além disso, as simulações numéricas confirmam uma vantagem significativa em termos de taxa de soma para o sistema proposto. / [en] Multiple-input multiple-output (MIMO) systems employs an increasing number of antennas, which leads to relevant energy consumption and hardware cost of the corresponding front ends. In this context, the use of lowresolution analog to digital converters (ADCs) is promoted as a promising solution to this problem. In this study we consider a low-resolution MIMO receiver which implies that the received signals simultaneously are processed by the 1-bit ADCs and the comparator network. The input signals for the comparator network can come from different antennas, such that the comparator network extension can be interpreted as virtual channels with binary outputs. Based on such low-resolution MIMO receivers, we develop low-resolution aware linear minimum mean-squared error (LRA-LMMSE) channel estimator and detector according to the Bussgang theorem. Two comparator networks are proposed, namely, fully and partially connected networks. We also devise a greedy search-based partially connected network that can use much less comparators to approach the performance of the fully connected network. Numerical results shows that adding virtual channels can be better than adding extra physical channels which corresponds to additional receive antennas in terms of bit error rate (BER). Furthermore, by employing the proposed channel estimator and its corresponding estimation error, we build up a lower bound on the ergodic sum rate for the LRA-LMMSE receiver. Simulation results show that the systems with the proposed network-aided MIMO systems with 1-bit quantization at the receiver outperforms the conventional 1-bit MIMO system in terms of BER and mean-square error (MSE) performances. Moreover, numerical simulations confirm a significant advantage in terms of sum rate for the proposed system.

[pt] Sistemas de múltiplas antenas de larga escala são técnicas fundamentais para sistemas de comunicação sem fio do futuro, que deverão servir dezenas de usuários por estação rádio-base. Neste contexto, um problema chave é o aumento do consumo de energia à medida que o número de antenas cresce. Recentemente, CADs de baixa resolução têm atraído grande interesse de pesquisa. Em particular, CADs de 1 bit são adequados para sistemas de larga escala devido ao seu baixo custo e consumo de energia. Nesta tese, CADs de 1 bit são usados em três diferentes abordagens de projeto, que operam a taxa de Nyquist e a taxas superiores a taxa de Nyquist com estratégias de amostragem uniforme e dinâmica. Nos sistemas operando a taxa de Nyquist, algoritmos de estimação de canal que exploram o conhecimento da baixa resolução e um novo esquema de detecção e decodificação iterativas são propostos, em que códigos low-density paritycheck de bloco curto são considerados para evitar alta latência. Nos sistemas operando a taxas superiores a taxa de Nyquist com sobreamostragem uniforme, algoritmos eficientes de estimação de canal e de detecção com janela deslizante com exploração da baixa resolução são propostos. Além disso, são deduzidas expressões analíticas associadas aos limitantes de Cramér-Rao para os sistemas com sobreamostragem. Resultados numéricos ilustram o desempenho dos algoritmos de estimação de canal propostos e existentes e os limitantes teóricos deduzidos. Nos sistemas operando com sobreamostragem dinâmica, duas abordagens de projeto são desenvolvidas: uma técnica baseada na maximização da soma das taxas e uma técnica baseada na minimização do erro médio quadrático. Em seguida, três algoritmos de redução de dimensão são apresentados e investigados. Resultados de simulações mostram que os sistemas com sobreamostragem dinâmica têm melhor desempenho do que os sistemas com sobreamostragem uniforme em termos de soma das taxas alcançáveis e de taxa de erro de símbolos, enquanto o custo computacional das técnicas examinadas é comparável. / [en] Large-scale multiple-antenna systems are a key technique for future wireless communications, which will serve tens of users per base station (BS). In this scenario, one problem faced is the large energy consumption as the number of receive antennas scales up. Recently, low-resolution analogto-digital converters (ADCs) have attracted much attention. Specifically, 1-bit ADCs in the front-end are suitable for such systems due to their low cost and low energy consumption. In this thesis, 1-bit ADCs are applied in three different system designs, which operate at the Nyquist rate and faster than Nyquist rates along with uniform and dynamic strategies. In the Nyquist-sampling system, low-resolution-aware channel estimation algorithms and a novel iterative detection and decoding scheme are proposed, where short block length low-density parity-check codes are considered for avoiding high latency. In the faster than Nyquist rates with uniform oversampling system, lowresolution-aware channel estimation and sliding window based detection algorithms are proposed due to their low computational cost and high detection accuracy. Particularly, analytical expressions associated with the Bayesian Cramér-Rao bounds for the oversampled systems are presented. Numerical results are provided to illustrate the performance of the proposed channel estimation algorithms and the derived theoretical bounds. In the dynamic-oversampling system, two different system designs are devised, namely, sum rate and mean square error based. Three different dimension reduction algorithms are presented and thoroughly investigated. Simulation results show that the systems with the proposed dynamic oversampling outperform the uniformly oversampled system in terms of the computational cost, achievable sum rate and symbol error rate performance.

[pt] Este trabalho tem como finalidade o estudo das possibilidade do sistema GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing). Para o estudo feito foi apresentado um modelo matricial para representar os sinais gerados no sistema GFDM, a semelhança do modelo de sinal do sistema OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Tal modelo permitiu a obtenção de expressões analíticas para a Densidade Espectral de Potência (DEP, Spectral Power Density) dos sinais e sua comparação com a DEP dos sinais transmitidos em sistemas OFDM. A partir do modelo matricial apresentado são estudados o desempenho de diferentes tipos de equalizadores/detectores lineares clássicos passíveis de utilização neste sistema de comunicações digitais, tais como Zero Forcing, Minimum Mean Square Error e Matched Filter. Além disso o trabalho propõe e analisa o desempenho resultante da aplicação de técnicas de supressão de interferência PIC (Parallel Interference Cancellation) em conjunto com os detectores lineares mencionados e dos detectores LAS (Likelihood Ascent Search) precedidos por equalizadores Matched Filter (MF-LAS). O número de estágios PIC realizados em cada detecção é controlado por uma estratégia de parada baseada na métrica de distância. Diferentes esquemas de detecção MF-LAS em conjunto com PIC são também propostos e examinadas. Finalmente, partindo do modelo matricial desenvolvido neste trabalho é realizada a estimação de canal empregando a estratégia de símbolos pilotos ortogonais. As diferentes estratégias de detecção examinadas para o sistemas GFDM são comparadas em termos de desempenho BER (Bit Error Rate) e da complexidade computacional associada aos respectivos detectores. Comparações entre os sistemas GFDM e OFDM com destaque na complexidade na geração de sinais, eficiência espectral e desempenho estão também incluídos nesta dissertação. / [en] The main goal of the presented work is to study the possibilities of the GFDM system (Generalized Frequency Division Multiplexing). For achieving this purpose, a matrix model is presented which represents the signals generated in the GFDM system, similar to the signal model of the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system. This model allows the obtainment analytical expressions for the Spectral Power Density (DEP) of the signals and their comparison with the DEP of the signals transmitted in OFDM systems. Furthermore, we study the performance of different types of classical linear equalizers/detectors that can be used in the digital communications systems, such as Zero Forcing, Minimum Mean Square Error and Matched Filter. In addition, we propose and analyze the performance resulting from the application of PIC (Parallel Interference Cancellation) interference suppression techniques together with the linear detectors mentioned and LAS (Likelihood Ascent Search) detectors preceded by Matched Filter (MF-LAS) equalizers. The number of PIC stages performed at each detection is controlled by a stop strategy based on the distance metric. Different MF-LAS detection schemes together with PIC are also proposed and examined. Finally, the channel estimation is performing based on the matrix model developed in this work and using orthogonal pilots symbols. The differents strategies of detection examined for GFDM systems are compared in terms of BER performance (Bit Error Rate) and the computational complexity associated with the respective detectors. Comparisons between GFDM and OFDM systems based on criterions as the complexity of the signal generation, spectral efficiency and performance are also included in this dissertation.