[pt] Propriedades dinâmicas dos lasers semicondutores monomodo têm sido investigadas utilizando-se diferentes sistemas ópticos de medição. Sistemas ópticos integrados auto- homódino e heteródino foram montados para a medição da modulação em intensidade (IM) e freqüência (FM) e para a obtenção do fator de alargamento da largura de linha (alfa) de três lasers semicondutores de realimentação distribuída (DFB) de seção única. O sistema auto-homódino foi pela primeira vez empregado na obtenção do fator de alargamento da largura de linha. Este sistema mostrou-se mais estável, prático e as medidas apresentam melhor reprodutibilidade que no sistema heteródino, uma vez que é possível obter as características de IM, FM e o parâmetro alfa em uma única medida sem o uso de um outro laser semicondutor como oscilador local. O outro sistema utilizador foi o interferômetro de Mach- Zehnder com detenção balanceada montado com elementos discretos. É possível medir as características de modulação e ruídos dos dispositivos com este interferômetro empregado como discriminador de freqüência. Com este instrumento foi feita a caracterização dinâmica de lasers DFB de seção única, DBR de múltiplas seções e grating assisted codirectional coupler with rear sampled reflector (GCSR) lasers. Foi analisado e pela primeira vez quantificado o efeito de desintonização carrregada em lasers GCSR, pelas medidads de resposta da IM, ruído de freqüência e largura de linha. A realização da caracterização das propriedades dinâmicas de lasers GCSR de larga sintonia é de grande importância, uma vez que muito pouca informação está disponível sobre o assunto pois a estrutura do dispositivo foi desenvolvida recentemente. O lasers GCSR possui quatro seções, uma seção de ganho e três sintonia. Estes dispositivos possuem sintonia quase-contínua de 1520 a 1560nm. Características como ruído de intensidade relativo (RIN), ruído de freqüência, largura de linha, resposta a modulação de amplitude e de freqÜência foram investigadas sob diferentes condições de funcionamento. O comportamento da largura de linha, freeqüência de ressonância, largura de faixa de modulação e varredura em freqüência foi analisado em dez comprimentos de onda espaçados de 4nm dentro da faixa de sintonia. A resposta IM tem características quase constantes sobre a faixa de sintonia e a resposta FM é comparável ou melhor que em lasers com refletor de Bragg distribuído (DBR). O fator de alargamento da largura de linha (alfa) foi obtido de forma inédita pelo uso do interferômetro de Mach-Zehnder com detecção balanceada pela medida das respostas AM e FM, alfa tem seu valor máximo no lado dos comprimentos de onda mais longos e decresce na direção dos comprimentos de onda mais curtos. Foi observado uma melhora em algumas prorpiedades do laser como: redução do ruído de freqüência, largura de linha e aumento da largura de faixa de modulação com a sintonia da seção de fase. Isto é característico da ocorrência do efeito de desintonização carregada (detuned loading effect), o qual geralmente ocorre em lasers DBR. Este efito explica o comportamento observado da largura de linha, largura de faixa de modulação e parâmetro alfa na faixa de sintonia. / [en] Dynamic properties of single mode semiconductor lasers have been investigated using different optical set-ups. Intergrated optical self-homodyne and heterodyne systems were mounted to measure the intensity (IM) and frequency (FM) modulation responses and to obtain the linewidth enhancement factor (a) of three single-section distributed feedback lasers (DFB). The self-homodyne interferometric system was used for the first time to obtain the linewidth enhancement factor. This system is more stable, reproducible and practical than the heterodyne set-up, since it is possible to obtain IM, FM characteristics and a parameter in one measurement without using another semiconductor lase as a local oscillator. The other system used was the Mach-Zehnder interferometer with balanced detection mounted with discrete optical elements. This instrument works as a frequency discriminator, therefore, it is possible to anlyse the modulation and noise properties of semiconductor lasers with one or more sections. Single section DFB lasers, multi-section DBR and grating assisted condirectional coupler with rear sampled reflector (GCSR) lasers were characterised using the interferometer. Measuring the IM response, frequency noise and linewidth of GCSR lasers it was possible to study the detuned loading effect in these devices. This effects was quantified for the first time in this work. The dynamic characterisation of widely tunable GCSR lasers is really relevant, once very little information is available about these devices and their structure was developed recently. The GCSR laser has four sections, one gain section and three tuning sections. These devices have quasi-continous tuning range from 1520 to 1560 nm. The relative intensity noise (RIN), frequency noise and linewidth characteristics, amplitude modulation (AM) and FM responses were measured at ten different wavelength spaced by 4 nm on the tuning range. The AM response hag quasi-constant characteristics on the tuning range and the FM response is comparable or better than on ordinary distributed Bragg reflector lasers (DBR). A new technique for a parameter extraction was developed measuring AM and FM responses using a Mach-Zehnder interferometer with balanced detection. The calculated a aparameter has a maximum value in the long wavelength side and decreases in the direction of the short wavelength side. An improvement of some laser properties like frequency noise, linewidth and modulation bandwidth with the phase tuning was observed. These are characteristics of the detuned loading effect, which usually occurs in DBR lasers. This effect explains the linewidth, bandwidth and a parameter behaviour on the tuning range.

[pt] Essa dissertação de mestrado teve dois objetivos principais. O primeiro foi avaliar a metodologia atual de determinação de preços para tarifa branca de energia elétrica. O segundo foi propor uma nova metodologia, baseada na simulação e otimização do parâmetro kz, com a inserção de variáveis voltadas para a observação do equilíbrio econômico e financeiro da tarifa, a modicidade tarifária. De acordo com a estrutura tarifária brasileira, a tomada de decisão equivocada no tocante à regulamentação da tarifa branca poderá acarretar em consequências deletérias para a tarifa de energia, caso sejam concedidos benefícios indevidos a consumidores, ou por outro lado, ser uma barreira impeditiva para a migração, que causaria o fracasso da nova modalidade. Para o desenvolvimento do trabalho foi utilizada uma metodologia de clusterização das curvas de carga por tipo e desenvolvido uma metodologia baseada em parâmetros da regulamentação atual e variáveis fundamentadas em experiências internacionais de tarifação horo-sazonal na baixa tensão. A aplicação da metodologia foi realizada pela simulação do parâmetro kz, com a obtenção das respectivas tarifas (fora de ponta, intermediária e ponta), para cada kz simulado foram calculadas as variáveis do modelo por tipologia e, na sequência, realizada a otimização da variável kz pela observação dos resultados consolidados das tipologias do subgrupo. Concluiu-se com esse estudo que a metodologia atual não observa parâmetros relevantes para a determinação dos preços da tarifa branca e que as distorções possuem maior impacto absoluto no subgrupo residencial e maior impacto relativo na classe industrial. A metodologia proposta demonstrou-se consistente na obtenção das relações de preços da tarifa branca e, oportunamente, poderá contribuir para o aprimoramento da nova modalidade tarifária. / [en] This Master s thesis has two main goals. The first is to assess the current method for determining the electrical energy white tariff prices. The second is to propose a new methodology based on simulation and optimization of the kz parameter with the inclusion of new variables, aiming at the the economic and financial balance of the tariff, considering the fact that its adoption by the utility clientes is not at all compulsory. According to the Brazilian tariff structure, making wrong decision regarding the regulation of the white tariff may result in harmful consequences not only for the energy tariff, but also for the distribution utility. To develop the thesis it was used a clustering methodology by type of load curves and applied parameters based on international experiences that has used such kind of tariff. The methodology was carried out by simulation of the kz parameter, obtaining the white tariffs, for each simulated kz value. the model variables by type were then calculated. Finally, the optimal kz value was obtained by observing the consolidated results of the subgroup typologies. It is concluded from this study that the current methodology does not consider relevant parameters for the determination of the white tariffs prices and that distortions have greater absolute impact on residential subgroup and greater relative impact on the industrial class. The proposed methodology proved to be consistent in getting the price ratios of the white tariff and, in due course, can contribute to the improvement of the new tariff structure.

[pt] Uma análise de desempenho da transmissão digital, com modulação tipo ON-OFF através de fibras óticas foi feita incluindo todos os estágios do circuito. A partir desta análise foi desenvolvido um método para o dimensionamento e o cálculo da qualidade destes sistemas óticos digitais. O método permite calcular o comprimento máximo da fibra ótica em função das características dos diversos circuitos que compõem o enlace, taxa de transmissão e objetivo de qualidade. / [en] It was made an analysis of performance of digital transmission with modulation ON-OFF through optical fiber including all circuit phases. From this analysis it was developed a method to the dimensioning and the quality calculation of these digital optical systems. This method allows to determine the maximum length of optical fiber, since the characteristics of all enlace circuits, of date rate and the quality objective are known.

[pt] Neste trabalho realizamos uma prova da viabilidade de um sistema de comunicação óptica com capacidade de transmissão de 50 Gbit/s em uma largura de banda de 50 GHz utilizando o legado dos sistemas com taxas de 10 Gbit/s. Uma série de configurações experimentais foi testada em uma ordem de complexidade crescente para verificar separadamente as etapas e as técnicas aplicadas para o aumento da capacidade de transmissão de dados e a eficiência espectral. Em alguns casos, a curva característica resultante da configuração backto- back do analisador de taxa de erro de bit média foi utilizada como referência para comparação das configurações experimentais realizadas durante o trabalho. / [en] In this work we perform a proof of feasibility of 50 Gbit/s transmission within a 50 GHz optical bandwidth exploring the 10 Gbit/s legacy. A series of experimental configurations were tested in an order of increasing complexity to verify separately the steps and applied techniques for increasing data transmission capacity and spectral efficiency. In some cases, the comparison of experimental configuration was made using the back-to-back configuration of the Bit Error Rate Tester.

[pt] Modulação Espacial é um método de transmissão por múltiplas antenas recentemente proposto,designado por MIMO-SIM, que associa informação à escola das antenas transmissoras. Isto possibilita a redução do número de cadeias de radiofrequência e, consequentemente, a imimplementação de sistemas de comunicação que consomem menos energia. O novo esquema de comunicação dos sistemas MIMO-SIM exige que, do lado redeptor, novas e eficientes estratégias de detecção do sinal transmitido sejam elaborados. O detector de máxima verossimilhança (ML), que fornece o desempenho ótimo, é de inviável implementação devido ao elevado custo computacional. Os detectores Sphere Decoding (SD) são comumente aplicados aos sistemas MIMO e atingem o desempenho ótimo a menor custo de computação. Um algoritmo SD que considera as caractéristicas do sinal SM foi desenvolvido, resultando em redução de custo computacional em relação ao detector ML e aos algoritmos SD convencionais. A elevada sensibilidade da complexidade dos algoritmos SD à variação da relação sinal-ruído (SNR) motivou o desenvolvimento de técnicas de detencção subótimas. Estratégias baseadas em detecção em grupos foram propostas, e os algoritmos de detecção aninhada MLA-M e MLA-C tiveram sua complexidade e desempenho avaliados em diferetes configurações e cenários de canal. Uma nova família de detectores, que realiza a detecção da combinação de antenas transmissoras e dos símbolos transmitidos em fases distintas, foi proposto, eo algoritmo List-BMP-LR-MMSE atingiu desempenho de detecção quase ótimo com baixo custo computacional, menos sensível à variação de SNR. Baseado na estratégia de detecção em duas fases, um novo detector de baixo custo foi desenvolvido para sistemas SM com codificação espácio-temporal. / [en] Spatial Modulation is a recently proposed multiantenna transmission scheme, designated as SM-MIMO, that associates information to the transmit antenna selection, thus enabling the reduction of the number of radiofrequency chains and , consequently, the implementation of less power consuming communication systems. The novel SM-MIMO communication scheme requires, at the receiver side, the development of new and efficient signal detection strategies of the optimal performance, is infeasible to implement due to the high computational cost. Sphere Decoding detectors (SD) are customarily applied to MIMO systems and attain optimal performance with lower computational cost.An SD algorithm, tailored following SM signal characteristics was deloped, resulting in computational cost reduction compared to ML detector and conventional MIMO SD algorithms. The hogh computational sensitivity of SD algorithms to the signal-to-noise ratio (SNR) variation motivated the development of subboptimal detection techniques. Strategies based in group detection were propsed, and nested detection algorithms LA-M and MLA-C had their complexity and performance evaluated in different configurations and channel scenarios. A new family of detectors, that performs the detection of the transmit antenna combinations and the transmitted symbols in two distinct stages,was proposed, and List-BMP-LR-MMSE algorithm attained near -optimal detection performace with low computational complexity, less sensitive to SNR variation. Based on the two-stage detection strategy, a new low-complexity detector was developed to space-time coded SM systems.

[pt] Este trabalho é um estudo sobre um enlace do sistema HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), um subsistema do padrão UMTS/WCDMA, desenvolvido para a transmissão de dados em alta velocidade no enlace de descida. Para atingir altas taxas de transmissão, é prevista a utilização, neste sistema, de diversas técnicas avançadas de processamento de sinais, entre elas a modulação adaptativa. O princípio desta técnica é escolher, para cada quadro de bits transmitido, a modulação mais adequada às condições do canal. Através de simulação, o desempenho da modulação adaptativa em enlaces HSDPA foi avaliado em [4], considerando um canal com desvanecimento plano. Estendendo este trabalho, foram introduzidos novos módulos no simulador, de forma a considerar um canal com multipercursos e a utilização de um receptor Rake. A estimação do canal, utilizada na adaptação, é implementada através da análise do sinal recebido e combinado no receptor Rake. O desempenho do enlace foi avaliado em presença de duplo percurso, para diversas situações, através da taxa de erro de pacote e da vazão obtida na transmissão, procurando-se investigar a influência de parâmetros do sistema e da interferência entre os dois percursos nesse desempenho. / [en] This work is a study about the performance of a HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) which is a subsystem of UMTS/WCDMA designed for high-speed data transmission in the downlink. In order to achieve high bit rates, the use of advanced signal processing techniques, including adaptive modulation, is specified. This technique consists of choosing, for each transmitted frame, the most efficient modulation according to the channel condition. The performance of adaptive modulation in HSDPA links in a flat fading channel has been evaluated in [4] through simulation. In the present work, new simulation modules have been developed to consider multipath and a Rake receiver. The channel estimation used in the link adaptation is obtained from the received and combined signal at Rake receiver. The link level performance has been evaluated in a double path channel for different situations through packet error rate and throughput. The influence of system parameters and path interference on the performance has been investigated.

[pt] Códigos de permutação são uma interessante ferramenta matemática que pode ser empregada para construir tanto esquemas de compressão com perdas quanto esquemas de modulação em um sistema de transmissão digital. Códigos de permutação vetorial, uma extensão mais poderosa dos códigos de permutação escalar, foram recentemente introduzidos no contexto de compressão de fontes. Este trabalho apresenta novas contribuições a essa teoria e introduz os códigos de permutação vetorial no contexto de modulação. Para compressão de fontes, é demonstrado matematicamente que os códigos de permutação vetorial (VPC) têm desempenho assintótico idêntico ao do quantizador vetorial com restrição de entropia (ECVQ). Baseado neste desenvolvimento, é proposto um método eficiente para o projeto de VPC s. O bom desempenho dos códigos projetados com esse método é verificado através de resultados experimentais para as fontes uniforme e gaussiana: são exibidos VPC s cujo desempenho é semelhante ao do ECVQ e superior ao de sua versão escalar. Para o propósito de transmissão digital, é verificado que também a modulação baseada em códigos de permutação vetorial (VPM) possui desempenho superior ao de sua versão escalar. São desenvolvidas as expressões para o projeto ótimo de VPM, e um método é apresentado para detecção ótima de VPM em canais AWGN e com desvanecimento. / [en] Permutation codes are an interesting mathematical tool which can be used to devise both lossy compression schemes and modulation schemes for digital transmission systems. Vector permutation codes, a more powerful extension of scalar permutation codes, were recently introduced for the purpose of source compression. This work presents new contributions to this theory and also introduces vector permutation codes for the purpose of modulation. For source compression, it is proved that vector permutation codes (VPC) have an asymptotical performance equal to that of an entropy-constrained vector quantizer (ECVQ). Based on this development, an efficient method is proposed for VPC design. Experimental results for Gaussian and uniform sources show that the codes designed by this method have indeed a good performance: VPC s are exhibited whose performances are similar to that of ECVQ and superior to those of their scalar counterparts. In the context of digital transmission, it is verified that also vector permutation modulation (VPM) is superior in performance to scalar permutation modulation. Expressions are developed for the optimal design of VPM, and a method is presented for maximum-likelihood detection of VPM in AWGN and fading channels.

[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] Este trabalho de dissertação de mestrado apresenta os resultados obtidos com a conjunção de duas técnicas propostas para utilização em modernos sistemas de comunicações: a Modulação Espacial (Spatial Modulation - SM) e a detecção desacoplada de sinais. Na primeira parte são abordados os fundamentos teóricos da detecção de sinais com modulação espacial, uma comparação entre os sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output) tradicionais e os sistemas SM-MIMO, uma revisão bibliográfica sobre trabalhos previamente feitos no tema e os diferentes tipos de detectores que podem ser empregados em sistemas com modulação espacial. A seguir são abordadas diferentes técnicas para desacoplamento de sinais, as quais permitem a separação na estação radio-base dos sinais oriundos de diferentes tipos de usuários, visando simplificar e adequar o procedimento de detecção às necessidades do usuário da rede. Finalmente uma análise de desempenho, em termos da taxa de erro de bit, e complexidade computacional, em termos do número médio de flops requerido por vetor de símbolos detectado, é realizada para as diferentes associações de técnicas de desacoplamento e detectores SM enfocados neste trabalho. / [en] This work dissertation presents the results obtained from the conjunction of two proposal techniques for the use in modern systems of communications: the Spatial Modulation and the Decoupling Signal Detection. In the first part are discussed the theorical bases of the signal detection with Spatial Modulation, a comparison between the traditional MIMO systems and the SM-MIMO systems, a bibliographical review about previousworks in the topic and the different kinds of detectors that can be used in systems with Spatial Modulation. Then the different techniques of signal decoupling are discussed, which allow the separation in the radio base station of the signals coming from the different classes of users, to simplify and adapt the process of detection and the requirements of the user in the network. Finally a performance analysis in terms of the bit error rate and computational complexity in terms of average number of flops required fot the vector of symbols detected, is done for the studied detectors in the dissertation, using the same different techniques of decoupling studied in this work.

[pt] Esta tese pode ser segmentada em duas partes distintas, porém complementares. A primeira parte trata do problema que tange ao desenvolvimento da maioria dos sistemas de marcação d água digital: a necessidade de primeiramente selecionar a técnica de modulação não codificada que fará parte de uma arquitetura codificada. Assim, para proceder adequada seleção, os limitantes de desempenho das técnicas não codificadas são ferramentas importantes para otimização de sistemas codificados, objetivando operação próximo à capacidade. Esta parte da tese introduz um novo limitante inferior para técnicas binárias de marcação d água digital, fundamentado em uma simples equivalência com um sistema de comunicação binário. A segunda parte desta tese introduz uma nova metodologia para o projeto e análise de sistemas de marcação d água digital que, sob o ponto de vista da teoria da informação, incorpora a fragilidade e a robustez. A metodologia proposta é desenvolvida com foco no comportamento da curva de desempenho em sistemas codificados, e considera não somente o ganho de codificação, mas também a robustez e a fragilidade do sistema. Este novo conceito introduz a necessidade de revisitar o projeto de sistemas codificados de marcação digital para incorporar também os requisitos de robustez e/ou de fragilidade. Neste contexto, o código turbo atende de imediato aos requisitos para implementação de um sistema de marcação d água digital robusto, e um sistema frágil pode também ser implementado através da introdução de um esquema de polarização. Este novo esquema de polarização, com o emprego da codificação turbo, também permite a implementação de técnicas semi-frágeis e híbridas, alcançando a robustez e a fragilidade do sistema com apenas uma marcação d água. Resultados de simulação experimental apóiam a metodologia proposta, e possibilita o aprofundamento da discussão do proposto esquema de polarização em sistemas de marcação d água digital. / [en] This thesis can be segmented in two distinct but complementary parts. The first part addresses the problem pertinent to coded digital watermarking systems development require namely the selection of a (uncoded) modulation technique to be part of a coded architecture. Therefore, performance bounds for uncoded techniques are an important tool for coded system optimization, aiming at operation close to capacity. This part introduces a new performance lower bound for uncoded binary watermarking modulation techniques, based on a simple equivalence with a binary communication system, considering an additive gaussian attack model. New M-ary unidimensional and multidimensional Spread Spectrum based modulation techniques are introduced, including their improved versions. The performances of the proposed techniques are determined, and the performance lower bounds for the corresponding techniques classes are determined as well. The second part of this thesis, introduces a new methodology for the design and analysis of digital watermarking systems which, from an information theoretic point of view, incorporates robustness and fragility. The proposed methodology is developed by focusing on the probability of error versus watermark-to-noise ratio curve, describing the technique performance, and a scenario for coded techniques which takes into account not only the coding gain, but also the robustness or fragility of the system. This new concept requires that coded digital watermarking systems design be revisited to also include the robustness and fragility requirements. Turbo codes, which appropriately meet these requirements, can be used straightforwardly to construct robust watermarking systems. Fragile systems can also be constructed by introducing the idea of polarization scheme. This new idea has allowed the implementation of hybrid techniques achieving fragility and robustness with a single watermark embedding. Simulation results supports the introduced methodology and allowed us to enhance the discussion on the polarization scheme.