[pt] Nos últimos anos a demanda por serviços de comunicações móveis tem crescido de modo significativo. Embora o serviço telefônico ainda predomine, com a popularização dos terminais móveis, a transmissão de dados (mensagens curtas, correio eletrônico, acesso à Internet, etc.) assume progressivamente uma posição relevante no mercado. Os sistemas móveis de segunda geração (2G) e da geração de transição (2,5G) ocupam atualmente as faixas de 800 / 900 MHz e 1,8 / 1,9 GHz, sendo esta última estando prevista também para a terceira geração (3G). O aumento crescente que se observa na capacidade dos sistemas móveis e a possibilidade de congestionamento do espectro em UHF são fatores que justificam investigar a utilização de freqüências mais elevadas, onde o problema da largura da faixa de transmissão é menos restritivo. Por outro lado, é de se esperar que, inicialmente, a necessidade de expansão do espectro para os serviços móveis seja crítica em áreas urbanas e suburbanas. As áreas suburbanas são importantes devido aos problemas para prover acesso banda larga nestas regiões devido a baixa capilaridade das redes de TV a Cabo e dos Modens ADSL. A demanda por banda larga faz surgir novas tecnologias, em especial Wi-Fi e WiMAX. Entretanto, as WLAN´s como Wi-Fi dependem de backhall para expansão destas redes. Assim sendo, a tecnologia WiMAX surgiu como alternativa para que se tenha uma oferta de serviços banda larga que atenda a demanda por estes serviços. Neste contexto, o presente trabalho propõe um estudo do canal em 3,5GHz (pois a mesma esta licitado para uso do WiMAX no Brasil) em áreas suburbanas por estas serem as que mais sofrem com o problema de falta de cobertura por produtos banda larga, sem ter na maioria dos casos, sua demanda atendida. O estudo será fundamentado nos fenômenos físicos que caracterizam o canal em 3,5GHz e na análise a partir de duas técnicas de sondagem OFDM e STDCC. Uma comparação entre as técnicas citadas e seu uso para caracterização de canal. / [en] In the last years the demand for services of mobile communications has grown in significant way. Although the telephonic service still predominates, with the increase of the mobile terminals, the transmission of data (short messages, e-mail, access to the Internet, etc.) it is assuming an excellent position in the market. The mobile systems of second generation (2G) and the generation of transistion (2,5G) occupy the bands of 800 currently/ 900 MHz and 1,8/ 1,9 GHz, this last one being also foreseen for third generation (3G). The increasing increase that if observes in the capacity of the mobile systems and the possibility of congestion of the specter in UHF is factors that they justify to more investigate the use of raised frequencies, where the problem of the width of the transmission band is less restrictive. On the other hand, it is of if waiting that, initially, the necessity of expansion of the specter for the mobile services is critical in urban areas. The suburban area important due the problems for supply access wideband in these regions due to problems of density these modem cable and ADSL. Actually the demand by wideband, go to the sprouting of new technologies in special Wi-Fi and WiMAX. However, the WLAN´s as Wi-Fi depend on the backhall for expansion of theses nets. Like this being, the technology WiMAX arose like alternative for that have a wide band service offering that attend the demand by these service. In this context this work proposes a study of the channel in 3,5GHz (therefore to same this licitado for use of the WiMAX in Brazil) in suburban areas by these will be the that more suffer with the cover absence problem by products wide band, without have, in the majority of the cases, its demand attended. The study will be substantiated us physical phenomena that characterize the channel in 3,5GHz and in the analysis from two techniques of survey OFDM and STDCC. A comparison between the techniques cited and his use for characterization of channel.

[pt] O esquema OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) é um esquema de transmissão de sinais por multiplexação em freqüência e sua adoção vem mostrando-se bastante promissora no que diz respeito à transmissão de sinais em canais seletivos em freqüência. Sua relativa robustez frente a canais com múltiplos percursos é conseguida efetuando-se a transmissão paralela de dados em subportadoras ortogonais estreitas. Os receptores OFDM, de uma forma geral, necessitam de estimativas do canal de comunicação para realizar a detecção coerente dos sinais recebidos. Estimativas do canal podem ser obtidas de forma assistida por meio da utilização de pilotos que consomem preciosa banda, ou de forma cega, valendo-se apenas do conhecimento de características estatísticas dos sinais transmitidos. Esta tese segue a linha de estimação cega de canal. São propostos dois estimadores cegos de canal, para sistemas OFDM com intervalo de guarda ZP ou CP. O primeiro baseia-se no casamento de correlação, a saber: a estimativa do canal corresponde ao argumento que minimiza a norma quadrática de Frobenius da diferença entre a matriz correlação teórica parametrizada dos sinais recebidos e uma estimativa desta matriz obtida por meio das observações no receptor. O segundo estimador é desenvolvido a partir de uma modificação do método de identificação de canal por meio da estimação do subespaço de ruído, lançando mão de uma estimativa para o operador projeção no subespaço de ruído. Técnicas para resolver a ambigüidade complexa presente nas estimativas do canal que resultam dos métodos propostos são abordadas. Os estimadores propostos são estendidos para sistemas OFDM ditos com intervalo de guarda insuficiente. Resultados de simulações ilustram o desempenho, tanto em termos de erro quadrático médio dos estimadores, quanto em taxa de erro de bit dos sistemas. / [en] Orthogonal Frequency Division Multiplexing is a multi-carrier transmission technique suitable for wireless communications through frequency selective channels, thus making it an appealing scheme for next-generation applications demanding high data rates. Its robustness with respect to multipath channels is obtained by modulating a set of closely-spaced orthogonal sub-carriers. In order to coherently detect the received signals, Channel State Information must be available to OFDM receivers. Supervised channel estimation is achieved by multiplexing known pilot symbols and data symbols, thus reducing effective system throughput. On the other hand, unsupervised or blind estimation techniques rely solely on the knowledge of statistical characteristics of the transmitted signal in order to identify the channel. This thesis proposes two blind channel estimators, for OFDM systems with CP or ZP guard interval. The first estimator is based on correlation matching: a channel estimate is obtained as the argument which minimizes the Frobenius quadratic norm of the difference between the parameterized theoretical correlation matrix of the transmitted signals and an estimate of that matrix obtained by means of observations at the receiver. The second estimator is obtained by modifying the noise subspace based channel estimator and using an estimate for the noise subspace projector which relies on powers of the inverse correlation matrix. Techniques to eliminate the inherent complex ambiguity derived from the proposed blind channel estimators are addressed. The porposed estimators’ formulation is also extended to the case of OFDM systems with insufficient guard intervals. Simulation results depict Mean Square Error of the proposed estimators, as well as Bit Error Rate performance of systems using those estimators in various scenarios.

[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] TV Digital é um dos assuntos mais discutidos na atualidade, devido ao grau de influência que ela exerce sobre toda população, pelas inovações propostas que conseqüentemente trarão novas e interessantes facilidades aos espectadores, e pela corrida tecnológica que ela está desenvolvendo. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta de análise de desempenho do padrão de TV Digital japonês ISDB-T. Através dela é possível identificar as características positivas e negativas do sistema, fazer uma análise mais detalhada do padrão e identificar os benefícios que esta nova tecnologia trás para os telespectadores. Ainda, o desempenho da transmissão é avaliado através dos resultados gerados pela ferramenta, sob forma de gráficos, que servem como método comparativo entre as diversas configurações possíveis no sistema. Estas comparações permitem a identificação da configuração ótima para cada tipo do canal. / [en] Digital TV is one of the most discussed subjects nowadays, due to the influence they exerce in population, the services offered by innovations and the technological race developed. A tool which has been developed to asses the quality of ISDB-T system trough the simulation will be discussed in this work. This tool enable us to test the data transmission performance of all ISDB-T system configuration. Situations simulated involves AWGN channel and, to evaluate one most disturbing interference on television signal, AWGN plus multipath channel is also under consideration. The results are shown in graphics, which allow comparisons among all possible configurations and to know the performance of this system.

[pt] A necessidade pela transmissão em altas taxas, por exemplo nos novos sistemas de TV Digital de alta definição, telefonia celular de terceira e quarta geração, DSL e etc, trazem consigo um problema: o aumento dos múltiplos percursos no canal de comunicações (principalmente nas interfaces áereas), dando origem ao fenômeno de interferência intersimbólica (IES). Este trabalho investiga o desempenho de sistemas de transmissão com uma única portadora (SC ou single-carrier) com equalização linear no domínio da freqüência. Diferentes algoritmos recursivos são apresentados para implementar estes filtros FIR. Além dos equalizadores lineares, uma estrutura não-linear é introduzida, onde decisões passadas do decisor de mínima distância são utilizadas para mitigar os efeitos da IES na detecção dos símbolos subseqüentes. Este arranjo é conhecido como equalização/filtragem com decisões realimentadas (DFE ou Decision Feedback Equalizers). Por último, os resultados obtidos com o sistema SC nas diferentes configurações de filtragem na recepção são comparados com os resultados do já estabelecido sistema OFDM. A transmissão OFDM se dá com múltiplas portadoras, onde as freqüências das sub-portadoras são ortogonais entre si, permitindo que a informação seja enviada de forma paralela. Resultados mostram que os sistemas SC-FDE tem desempenho superior aos sistemas OFDM. / [en] The demand for high rate transmission systems, for example in HDTV, third and fourth generation cellular telephony, DSL and so on, causes the rise of a problem: The multipath communications channel (specially in wireless communications), which leads to intersymbol interference phenomenon (ISI). The present work investigates the performance of single-carrier (SC) transmission systems with frequency-domain linear equalization. Different recursive algorithms are presented in order to implement these FIR filters. Besides the linear equalizers, a non- linear structure is introduced, where the past decisions made by the detectors are used to mitigate the effect of ISI on the detection of the forthcoming symbols. This set is known as Decision Feedback Equalizers (DFE). Finally, the results of the aforementioned systems are compared to the well-known OFDM. OFDM transmission relies on sub-carriers, frequency orthogonal to each other, in which the data is sent in a parallel basis. The results obtained show that SC- FDE systems outperform OFDM systems.

[pt] As comunicações sem fio são um dos pilares do desenvolvimento das novas gerações de comunicações móveis. Cada geração tem usado alguma técnica de acesso múltiplo para aproveitar os recursos do canal. Esta dissertação apresenta uma análise de duas técnicas de multiplexação ortogonal. Ambas técnicas implementam a transmissão em blocos, onde uma delas se combina com a abordagem Code Division Multiple Access (CDMA), enquanto a outra usa a técnica de transmissão multiportadora Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). O desempenho e a ocupação espectral de ambas técnicas e as suas vantagens são analisados neste trabalho. Expressões analíticas para a Densidade Espectral de Potência dos sinais foram obtidas e permitiram estabelecer comparações entre os dois métodos. O estudo dessas técnicas de multiplexação é realizado em diferentes canais de propagação para avaliar o comportamento de ambos sistemas de uma forma geral. Os três tipos de canais avaliados neste trabalho são: linear e invariante no tempo, linear e variante no tempo e, finalmente, não linear e invariante no tempo. Cada tipo de canal foi modelado em forma matricial para ambos sistemas de forma independente. As simulações consideram os equalizadores Zero Forcing e Minimum Mean Square Error, assumindo um canal conhecido. / [en] Wireless communications are one of the pillars of the development of the new generations of mobile communications. Each generation has used some multiple access technique to take advantage of the channel s resources. This dissertation presents an analysis of two orthogonal multiplexing techniques. Both techniques implement block transmission, where one is combined with the Code Division Multiple Access (CDMA) approach, while the other uses the multicarrier transmission technique Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). The performance and spectral occupation of both techniques and their advantages are analyzed. Analytical expressions for the Power Spectral Density of the signals were obtained, which allowed establishing comparisons between both methods. The study of these multiplexing techniques is carried out in different propagation channels to evaluate the behavior of both systems in general. The three types of channels evaluated in this work are linear and time-invariant, linear and time-variant and, finally, non-linear and time-invariant. Each type of channel was modeled in matrix form for both systems independently. The simulations consider the Zero Forcing and Minimum Mean Squared Error equalizers, assuming a known channel.

[pt] A presente tese se dedica ao estudo do sistema de comunicação sem fio MIMO-GFDM-IM. Este sistema, por apresentar atratividades como elevada eficiência espectral, eficiência energética e resiliência ao canal de propagação multipercurso, é de interesse para os futuros sistemas de comunicação. Antecedendo o estudo deste sistema, o modelo de sinais e sistemas para MIMO-GFDM é desenvolvido com base no modelo MIMOOFDM e estratégias de detecção para o sistema são propostas. Uma nova proposta para a detecção MIMO-GFDM, baseada em duas fases de filtragem, é apresentada, resultando em atrativa relação desempenho de detecção e complexidade computacional. O modelo de sistema apresentado é então estendido para incluir a modulação de índice como portadora de informação, resultando no sistema MIMO-GFDM-IM. Inicialmente considerando sistemas ponto-a-ponto, são avaliados diferentes propostas de detectores baseados no processamento da matriz de canal completa e também para os detectores de complexidade reduzida, sob a ótica de desempenho de detecção e complexidade computacional. Por fim, é considerado o sistema MIMO-GFDM-IM no uplink de um sistema multiusuário. / [en] This thesis is dedicated to the study of the MIMO-GFDM-IM wireless communication system. This system, due to its attractiveness such as high spectral efficiency, energy efficiency and resilience to the multipath propagation channel, is of interest for future communication systems. Preceding the study of this system, the model of signals and systems for MIMOGFDM is developed based on the MIMO-OFDM model and detection strategies for the system are proposed. A new proposal for MIMO-GFDM detection, based on two filtering phases, is presented, resulting in an attractive relation between detection performance and computational complexity. The presented system model is then extended to include index modulation as an information carrier, resulting in the MIMO-GFDM-IM system. Initially considering point-to-point systems, different proposals for detectors based on processing the complete channel matrix and also for detectors of reduced complexity are evaluated, from the perspective of detection performance and computational complexity. Finally, the MIMOGFDM-IM system is considered in the uplink of a multiuser system.

[pt] Este trabalho tem como finalidade analisar diferentes estratégias de detecção passíveis de aplicação em sistemas de transmissão OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) operando em canais que variam rapidamente no tempo. Além dos métodos clássicos de detecção lineares tais como filtro casado, Zero Forcing e MMSE (Minimum Mean-Square Error), outras duas técnicas são estudadas, abrangendo também combinações entre elas. A primeira é a técnica de cancelamento paralelo de interferência (PIC - Parallel Interference Cancellation), a segunda é a detecção por busca por verossimilhança ascendente (LAS – Likelihood Ascent Search), ambas empregadas em conjunção com o filtro casado. Esse trabalho apresenta também um estudo dos efeitos de uma estimativa imperfeita do canal, no desempenho dos esquemas de detecção aqui enfocados. Os resultados dos experimentos são analisados em termos da taxa de erro de bit (BER) e custo computacional (complexidade)associado a estes esquemas. / [en] This work analyzing different detection strategies that can be applied in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmission systems over fast time-varying channels. In addition to classical linear methods of detection such as a Matched Filter, Zero Forcing and MMSE, two other techniques are studied, also encompassing combinations of them. The first is the Parallel Interference Cancellation (PIC) technique, the second is Likelihood Ascent Search (LAS), both used in conjunction with the Matched Filter. This work also presents a study of the effects of imperfect channel estimation on the performance of the detection schemes studied here. The results of the experiments are analyzed in terms of bit error rate (BER) and computational cost (complexity) associated with these schemes.

[pt] As características do canal rádio móvel são essenciais ao desenvolvimento de equipamentos e sistemas modernos de telecomunicações sem fio. Para os ambientes nos quais o sistemas operarão, o conhecimento dos principais parâmetros do canal em banda larga é obtido através do uso do conjunto formado por um equipamento transmissor e outro equipamento receptor com suas respectivas antenas. A este conjunto transmissor e receptor atribui-se o nome de sonda. Existem diversas tecnologias sobre as quais as sondas são projetadas e construídas. Em particular mencionam-se as técnicas STDCC (swept time-delay cross-correlation), o Filtro Casado e o OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing). Esta tese compara, por simulação, o desempenho de sondas que utilizam estas três técnicas. São propostas alterações nos métodos Filtro Casado e OFDM, de forma que estes proporcionem resultados mais precisos. Além disto, são estudadas imperfeições em dispositivos comuns a todas elas e comparadas sua influência sobre a qualidade das estimações, de forma isolada e combinada. Para o amplificador de potência é considerado o seu principal fator de degradação: suas não linearidades. Para o oscilador local existente no receptor é analisada a contribuição do ruído de fase. O ruído térmico, sempre presente à entrada do receptor em qualquer situação, é variado em uma extensa faixa de valores e o seu efeito sobre a precisão de cada método é analisado. Os resultados obtidos são apresentados na forma de tabelas e gráficos representando, diretamente, o resultado da comparação com o canal de referência ou por meio dos indicadores erro RMS e desvio padrão. / [en] The mobile radio channel characterization is essential to the development of modern wireless telecommunication equipment and systems. The main wideband channel parameters of the environments where these systems will operate are collected by the use of a set comprising a transmitter, a receiver and an aerial system. This set is named sounder. There are many techniques used to project and implement these sounders, such as STDCC (Swept Time-Delay Cross-Correlation), Matched Filter and OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). This thesis compares, by means of computer simulations, the performance of these three techniques. Some changes are proposed on the Matched Filter and OFDM methods to reach more precise results. Moreover, imperfections in common devices used by all sounders are studied, both independently and jointly, and the impact over the precision of channel estimations is analyzed. The main degradation factor of power amplifiers, which are the nonlinearities, was also considered, as well as the contribution of the phase noise in the receiver local oscillator. The effect of the thermal noise, always present on the receiver input, was also considered, over a large range of values. The results are presented by diagrams and tables showing results of comparisons with a reference channel or by mean of RMS errors and standard deviations.