[pt] Na década de noventa, no Brasil, havia uma predominância de empresas verticalizadas no setor elétrico, pertencentes aos governos estaduais e federais, que no decorrer do processo de reestruturação e privatização sofreram uma desverticalização das suas atividades, em geração, transmissão, distribuição e comercialização. Após iniciada a privatização das companhias foi criada a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL),responsável por regular as atividades do setor elétrico brasileiro. Estas mudanças acarretaram em diferentes modelos de mercado caracterizados pelo acentuado uso dos sistemas de transmissão. Neste cenário, foi definido pela ANEEL que as concessionárias de distribuição devem pagar às transmissoras pela utilização de suas instalações o Encargo de Uso do Sistema de Transmissão (EUST). Para isso, é necessário informar o Montante de Uso do Sistema de Transmissão (MUST) para cada ponto de conexão e período tarifário por meio do Contrato de Uso do Sistema de Transmissão (CUST). Em caso de ultrapassagem dos valores firmados neste contrato acima de um percentual estipulado, a contratante terá que pagar uma penalidade. Esta dissertação tem por finalidade apresentar uma nova metodologia na determinação do valor ótimo do MUST, baseado em equivalentes estáticos flexíveis, fluxo de potência probabilístico e técnicas de otimização estocástica de modo a equilibrar o custo do transporte de energia e o custo da penalidade. Primeiro, utiliza-se uma técnica de redução de rede, flexível e precisa. Segundo, as incertezas provenientes das cargas, geração e topologia da rede são mapeadas nos pontos de conexão em análise. Terceiro, utiliza-se uma técnica simples de otimização estocástica para obter o MUST a ser contratado, pela distribuidora de energia elétrica, em cada barra de fronteira. Por último, a metodologia proposta é empregada no sistema acadêmico IEEE RTS com o objetivo de demonstrar a sua eficiência sendo os resultados obtidos amplamente discutidos. / [en] In Brazil, during the 1990s, there was a predominance of vertical companies in the electricity sector, belonging to the state and federal governments, which in the course of the restructuring and privatization process suffered a deverticalization of their activities into generation, transmission, distribution, and commercialization. After the beginning of this privatization process, the National Electric Energy Agency (ANEEL) was created, which is responsible for regulating the activities of the Brazilian electricity sector. These changes have led to different market models characterized by the strong use of the transmission systems. In this scenario, it was defined by ANEEL that the distribution concessionaires must pay the transmission companies for the use of their equipment. Thus, it is necessary to inform the Transmission System Usage Amount (MUST) for each connection point and tariff period by means of the Transmission System Use Agreement (CUST). In case of exceeding a specified percentage of the contracted amounts, the contractor will have to pay penalties. This dissertation aims to present a new methodology to determine the optimal value of MUST, based on flexible static equivalents, probabilistic power flow, and stochastic optimization techniques, in order to balance the energy transport and penalty costs. First, a flexible and accurate network reduction technique is used. Second, the uncertainties arising from the load, generation, and topology of the network are mapped at the connection points under analysis. Third, a simple stochastic optimization technique is used to obtain the MUST to be contracted by the electric power distributor at each border bus. Finally, the proposed methodology is used in the IEEE RTS academic system in order to demonstrate its efficiency, and the obtained results are widely discussed.

[pt] O problema de roteamento de navios com gestão de estoques (conhecido pelo termo em inglês Maritime inventory routing ou MIR) representa um problema prático de logística onde o transportador da carga também é responsável pela manutenção dos estoques do produto transportado nos portos de carga e descarga. Esta tese estuda um caso real do problema MIR. Um conjunto de testes é apresentado de modo a comparar diferentes formulações matemáticas da literatura, a fim de encontrar aquela mais aderente ao problema real. Em função da complexidade computacional do problema, é apresentada uma abordagem heurística que consegue encontrar soluções similares e reduz consideravelmente o tempo computacional quando comparadas com as formulações baseadas em PLIM. No entanto, problemas reais são muito influenciados por aspectos incertos. Sendo assim, é apresentada uma abordagem robusta para a otimização do problema MIR, que considera incerteza no tempo de estadia do navio nos portos. A abordagem apresentada produz soluções para diferentes níveis de robustez. Em outras palavras, considera o risco de variação no tempo de estadia do navio em um porto durante uma operação de carga ou descarga. Assim, é capaz de determinar a probabilidade de inviabilidade da solução encontrada para cada nível de robustez oferecido, além do impacto no custo de transporte à medida que soluções mais robustas são apresentadas. Esta abordagem oferece ao tomador de decisão a medida do trade-off entre robustez e custo de transporte. Desta forma, o mesmo pode determinar qual o nível de conservadorismo irá adotar em sua programação de navios e quanto isto irá impactar o custo de transporte. Os experimentos apresentados identificaram que, aumentos sutís no nível de robustez (com pequeno impacto no custo de transporte) podem reduzir consideravelmente a probabilidade de inviabilidade de uma solução. / [en] Maritime inventory routing (MIR) problem is an academic name for a practical logistic problem that represents the routing or scheduling of vessels to carry product(s) between ports. Meanwhile, the product(s) inventory levels in these ports must remain between operational bounds during the entire planning horizon. This thesis focus on how to support decision on a real-life MIR problem faced by a Brazilian petroleum company. To do so, we structure a set of tests to compare different formulation from literature and identify which is more adherent to real problem. Due to computational complexity of the problem, we present an heuristic approach that provides reasonably good solutions when compared to deterministic mixed integer linear programming (MILP) formulations and reduces considerably the computational time of solving real-life instances. However, uncertainty events have great impact in the ship scheduling planning. Therefore, we propose a robust optimization approach that considers uncertainty in the time spent at ports in each ship visit. Our approach is able to determine the probability of infeasibility and the impact in the objective function for each level of robustness, helping to measure the uncertain aversion of the decision maker. Our experiments identified that, for a certain instance, varying the level of robustness one may reduce the probability of infeasibility from 87 per cent (of deterministic solution) to 2 per cent and it represents an increase in the transportation costs of about 13 per cent.

[pt] O mercado financeiro é essencial na economia, trazendo estabilidade, acesso a novos tipos de investimentos, e aumentando a capacidade das empresas no acesso ao crédito. A constante busca por reduzir o papel de especialistas humanos na tomada de decisão, visa reduzir o risco inerente as emoções intrínsecas do ser humano, do qual a máquina não compartilha. Como consequência, reduzindo efeitos especulativos no mercado, e aumentando a precisão nas decisões tomadas. Neste trabalho é discutido o problema de seleção de portfólios online, onde um vetor de alocações de ativos é requerido em cada passo. O algoritmo proposto é o multilayer perceptron with side information - MLPi. Este algoritmo utiliza redes neurais para a solução do problema quando o investidor tem acesso a informações futuras sobre o preço dos ativos. Para avaliar o uso da informação lateral na seleção de portfolio, testamos empiricamente o MLPi em contraste com dois algoritmos, um baseline e o estado-da-arte. Como baseline é utilizado o buy-and-hold. O estado-da-arte é o algoritmo online moving average mean reversion proposto por Li e Hoi (2012). Para avaliar a utilização de informação lateral no algoritmo MLPi é definido um benchmark baseado numa solução ótima simples utilizando a informação lateral, mas sem considerar a acurácia da informação futura. Para os experimentos, utilizamos informações a nível de minuto do mercado de ações brasileiro, operados na bolsa de valores B3. É simulado um preditor de preço com 7 níveis de acurácia diferentes para 200 portfólios. Os resultados apontam que tanto o benchmark quanto o MLPi superam os dois algoritmos selecionados, para níveis de acurácia de um ativo maiores que 50 por cento, e na média, o MLPi supera o benchmark em todos os níveis de acurácia simulados. / [en] The financial market is essential in the economy, bringing stability, access to new types of investments, and increasing the ability of companies to access credit. The constant search for reducing the role of human specialists in decision making aims to reduce the risk inherent in the intrinsic emotions of the human being, which the machine does not share. As a consequence, reducing speculative effects in the market, and increasing the precision in the decisions taken. In this paper, we discuss the problem of selecting portfolios online, where a vector of asset allocations is required in each step. The proposed algorithm is the multilayer perceptron with side information - MLPi. This algorithm uses neural networks to solve the problem when the investor has access to future information on the price of the assets. To evaluate the use of side information in portfolio selection, we empirically tested MLPi in contrast to two algorithms, a baseline and the state-of-the-art. As a baseline, buy-andhold is used. The state-of-the-art is the online moving average mean reversion algorithm proposed by Li and Hoi (2012). To evaluate the use of side information in the algorithm MLPi a benchmark based on a simple optimal solution using the side information is defined, but without considering the accuracy of the future information. For the experiments, we use minute-level information from the Brazilian stock market, traded on the B3 stock exchange. A price predictor is simulated with 7 different accuracy levels for 200 portfolios. The results show that both the benchmark and MLPi outperform the two algorithms selected, for asset accuracy levels greater than 50 percent, and on average, MLPi outperforms the benchmark at all levels of simulated accuracy.

[pt] Nesta Tese, o design robusto, com um modelo incerto de um sistema de vibro-impacto eletromecânico é feito. O sistema é composto de um carrinho, cujo movimento é aciondo por um motor de corrente contínua e um martelo embarcado neste carrinho. O martelo é ligado ao carrinho por um mola não linear e por um amortecedor linear, de modo que existe um movimento relativo entre eles. Uma barreira linear flexível, colocada fora do carrinho, restringe aos movimentos do martelo. Devido ao movimento relativo entre o martelo e a barreira, impactos podem ocorrer entre estes dois elementos. O modelo metemático desenvolvido para sistema leva em conta a influência do motor no comportamento dinâmico do sistema. Alguns parâmetros do sistema são incertos, tais como a rigidez e os coeficientes de amortecimento da barreira flexível. O objetivo da Tese é realizar uma otimização deste sistema eletromecânico com respeito a parâmetros de projeto, a fim de maximizar a potência de impacto sob a restrição de que a potência elétrica consumida pelo motor seja menor do que um valor máximo. Para escolher os parâmetros de projeto no problema de otimização, uma análise de sensibilidade foi realizada a fim de definir os parâmetros mais sensíveis do sistema. O problema de otimização é formulado no âmbito de otimização robusta, devido à presença de incertezas no modelo. As distribuições de probabilidades das variáveis aleatórias são construídas através do Princípio da Máxima Entropia e estatísticas da resposta estocástica do sistema são calculadas pelo método de Monte Carlo. O conjunto de equações não-lineares é apresentado, e um integrador temporal adaptado é desenvolvido. O problema de otimização não-linear estocástico com restrição é resolvido para diferentes níveis de incertezas e também para o caso determinístico. Os resultados são diferentes e isto mostra a importância da modelagem estocástica. / [en] In this Thesis, the robust design with a uncertain model of a vibro-impact eletromechanical system is done. The electromechanical system is composed of a cart, whose motion is excited by a DC motor (motor with continuous current), and an embarked hammer into this cart. The hammer is connected to the cart by a nonlinear spring component and by a linear damper, so that a relative motion exists between them. A linear flexible barrier, placed outside of the cart, constrains the hammer movements. Due to the relative movement between the hammer and the barrier, impacts can occur between these two elements. The developed model of the system takes into account the influence of the DC motor in the dynamic behavior of the system. Some system parameters are uncertain, such as the stiffness and the damping coefficients of the flexible barrier. The objective of the Thesis is to perform an optimization of this electromechanical system with respect to design parameters in order to maximize the impact power under the constraint that the electric power consumed by the DC motor is lower than a maximum value. To chose the design parameters in the optimization problem, a sensitivity analysis was performed in order to define the most sensitive system parameters. The optimization is formulated in the framework of robust design due to the presence of uncertainties in the model. The probability distributions of random variables are constructed using the Maximum Entropy Principle and statistics of the stochastic response of the system are computed using the Monte Carlo method. The set of nonlinear equations are presented, and an adapted time domain solver is developed. The stochastic nonlinear constrained design optimization problem is solved for different levels of uncertainties, and also for the deterministic case. The results are different and this show the importance of the stochastic modeling. / [fr] Dans cette Thèse, nous étudions l optimization robuste avec un modèle incertain d un système étrectromécanique avec vibro-impact. Le système életromécanique est contitué d un chariot dont le mouvement est généré par un moteur à courant continu, et d un mateau embarqué dans ce chariot. Le Marteau est relié au chariot par un resort non linéaire et par un amortisseur linéaire, de façon qu un mouvement relative existe entre eux. Une barrière flexible linéaire, placée à l extérieur du chariot limite les mouvements du Marteau. En raison du mouvement relative entre le Marteau et la barrière, des impacts peuvent se produire entre ces deux éléments. Le modèle du système dèveloppé prend en compte l influence du moteur à courant continu dans la comportement dynamique du système. Certains paramètres du système sont incertains, tells que les coefficients de rigidité et d amortissement de la barreire flexible. L objectif de la Thèse est de réaliser une optimization de ce système életromécanique en jouant sur les paramètres de conception. Le but est de maximizer la puissance d impact sous la contrainte que la puissance électrique consommée par le moteur à courant continu soit inférieure à une valeur maximale. Pour choisir les paramétres de conception dans le probléme d optimisation, une analyse de sensibilité a été réalisée afin de definir les paramètres du système les plus sensibles. L optimisation est formulée dans le cadre de la conception robuste em raison de la présence d incertitudes dans le modele. Les lois de probabilités des variables aléatoires du problème sont construites em utilisant le Principle du Maximum d Entropie. Les statistiques de la réponse stochastique du système sont caçculées em utilisant la méthode de Monte Carlo. L emsemble de équations non linéaires est presente, et um solveur temporel adapte est développé. Le probléme d optimisation non linéaire stochastique est résolu pour différents niveaux d incertitudes, ainsi que pour le cas déterministe. Les résultats sont différents, ce qui montre l importance de la modélisation stochastique.

[pt] Os combustíveis de baixo impacto ambiental estão em destaque na mídia e na sociedade, atualmente. Neste contexto, o hidrogênio, fonte de energia limpa, tem um grande potencial. Entretanto, ainda não existe uma infraestrutura adequada para sua comercialização. O crescimento da demanda por hidrogênio é de difícil previsão, gerando um alto grau de incerteza na definição das necessidades de capacidades futuras de sua rede logística. Esta dissertação propõe uma metodologia para o planejamento do projeto da cadeia de suprimentos de hidrogênio para uso em transporte. Para representar o problema e avaliar diferentes alternativas de investimentos em infraestrutura logística foi desenvolvido um modelo matemático estocástico de dois estágios utilizando programação linear inteira mista (PLIM). O elevado nível de incerteza desta cadeia aumenta a complexidade do modelo, requerendo uma grande quantidade de cenários, inviabilizando sua otimização. Para contornar esta dificuldade, foi utilizada a técnica de aproximação por média amostral (SAA). Esta abordagem gera soluções, cuja qualidade pode ser estatisticamente avaliada utilizando-se um número reduzido de cenários. A metodologia proposta foi aplicada em um estudo de caso com dados reais da cadeia de suprimentos de hidrogênio líquido da Grã-Bretanha. Os gaps de otimalidade gerados nestes testes foram inferiores a 1 por cento, demonstrando a adequação do método desenvolvido. Mesmo com o alto nível de incerteza do problema, o SAA possibilitou definir como, quando, e onde investir. Os resultados obtidos devem contribuir para proporcionar avanços na criação de uma infraestrutura apropriada para a comercialização do hidrogênio. / [en] Nowadays, fuels with low environmental impact are highlighted in media and society. In this context, hydrogen, as a clean energy source, has a great potential. However, there is still no appropriate infrastructure for its commercialization. The prediction of demand for hydrogen is difficult, generating a high degree of uncertainty in the definition of capacity needs in the future for its logistics network. This work proposes a methodology for the design of the hydrogen supply chain for use in transportation. To represent the problem and evaluate alternatives to invest in logistics infrastructure, a two-stage stochastic mixed-integer programming was developed. The high degree of uncertainty in this chain increases the complexity of the mathematical model, requiring a huge number of scenarios which makes its optimization impossible. To overcome this difficulty, the technique of sample average approximation (SAA) is used. This approach generates solutions, whose quality can be statistically evaluated using a reduced number of scenarios. The proposed methodology was tested in a study case with real data from Great Britain s liquid hydrogen supply chain. The optimal gaps generated in these tests were below 1 percent, demonstrating the adequacy of the developed methodology. Even with the high level of uncertainty of the problem, the propose methodology using SAA technique can define how, when, and where to invest. The results should be helpful in advancing the creation of an appropriate infrastructure for hydrogen commercialization.

[pt] Neste trabalho, quatro métodos projetados especificamente para a estimação de sistemas esparsos são originalmente elaborados e apresentados. São eles: Encolhimentos Sucessivos, Expansões Sucessivas, Minimização da Norma l1 e Ajuste Automático do fator de regularização do Custo LS. Os quatro métodos propostos baseiam-se na técnica de estimação de sistemas lineares e invariantes no tempo pelo critério dos mínimos quadrados, universalmente conhecida por sua denominação em inglês - Least Squares (LS) Estimation, e incorporam técnicas relacionadas a otimização convexa e à teoria de compressive sensing. Os resultados obtidos em simulações mostram que os métodos em questão têm desempenho superior que a estimação LS convencional e que o algoritmo Recursive Least Squares (RLS) com regularização convexa denominado l1-RLS, em muitos casos alcançando o desempenho ótimo apresentado pelo método de estimação LS Oráculo, no qual o suporte da resposta ao impulso em tempo discreto do sistema estimado é conhecido a priori. Além disso, os métodos propostos apresentam custo computacional menor que do algoritmo l1-RLS. / [en] In this thesis, four methods specifically designed for sparse systems estimation are originally developed and presented, which were called here: Relaxations method, Successive Expansions method, l1-norm Minimization method and Automatic Adjustment of the Regularization Factor method. The four proposed methods are based on the Least Squares (LS) Estimation method and incorporate techniques related to convex optimization and to the theory of compressive sensing. The simulation results show that the proposed methods herein present superior performance than the ordinary LS estimation method and the Recursive Least Squares (RLS) with convex regularization method (l1-RLS), in many cases achieving the same optimal performance presented by the LS Oracle method. Furthermore, the proposed methods demand lower computational cost than the l1-RLS method.

[pt] As ligações viga-pilar desempenham uma função fundamental para a determinação do comportamento real de estruturas de aço. Portanto torna-se necessária uma avaliação muito criteriosa das reais características geométricas e mecânicas destas ligações, substituindo as tradicionais considerações idealizadas, rígida e flexível, pela modelagem semi-rígida.Atualmente um dos métodos mais utilizados para caracterização de ligações semi-rígidas se fundamenta no método das componentes, descrito pelo Eurocode 3, que consiste na determinação da resistência e rigidez dos elementos de maior influência no comportamento de uma ligação. Com a intenção de se desenvolver um estudo sobre as ligações semi-rígidas, inicialmente foi implementado computacionalmente um sistema de análise e dimensionamento capaz de avaliar o comportamento estrutural destas ligações a partir da informação das propriedades geométricas de ligações viga- pilar executadas com placa de extremidade, produzindo uma base de dados para um projeto estrutural mais seguro. Adicionalmente também foi executado um estudo sobre a otimização do dimensionamento de ligações semi-rígidas, através da criação de um sistema para determinação do modelo ótimo, utilizando-se algoritmos genéticos. Neste sistema, através da variação de parâmetros geométricos, determinados de acordo com a necessidade do usuário, obtém- se o modelo ideal de comportamento dentro de uma gama de soluções possíveis. Finalizando o presente estudo sobre ligações semi-rígidas, apresenta-se uma nova metodologia para consideração de ligações aparafusadas com placa de extremidade de altura variável, (header plate), que tradicionalmente são consideradas como flexíveis. Estas ligações foram analisadas através do método das componentes, determinando suas limitações de resistência à flexão e ao corte, juntamente com sua rigidez rotacional, efetuando-se modificações nas componentes apresentadas no Eurocode 3. / [en] The beam-to-column connections play fundamental role in the determination of the real behavior of steel structures. Therefore it is imperative to proper evaluate and consider the real geometric and mechanical properties of these connections, substituting the traditional idealized considerations, rigid and flexible, for the semi-rigid modelling approach. Nowadays one of the most used methods in the semi-rigid connection design is named the components method, described in the Eurocode 3. This method is based on the determination of the connection bending capacity and initial stiffness from the most relevant structural element parts. The main objective of this investigation was to evaluate the semi-rigid connection structural response. This was made by the development of a computer system capable to properly evaluate the behaviour of these connections. This program used the end plate beam-to-column connection material and geometric properties to fulfil this objective, producing a comprehensive database later to be used for more reliable structural project. Additionally an optimisation module was also implemented on the semi-rigid connection program, using genetic algorithms, where through the variation of certain geometric parameters, chosen in accordance to the user's requirements, the ideal connection structural behaviour could be determined from a range of pertinent solutions. Concluding the present study an alternative procedure is proposed for header plate connections where traditionally only shear was assumed to be transmitted. These connections were analysed according to the component method, to determine their bending and shear resistance, initial stiffness and rotation capacity, through modifications made on the relevant structural components presented in Eurocode 3 standard.

[pt] Um algoritmo de alocação de freqüência eficiente deve considerar aspectos de propagação e detalhes de equipamento de modo a minimizar a relação a sinal interferência, e conseqüentemente, aumentar a eficiência do espectro. Essa dissertação tem o objetivo de propor uma melhor solução para alocação de freqüência nas rede TDMA e GSM, levando em consideração os aspectos citados. A abordagem utilizada é diferente das técnicas de alocação de freqüências usuais, que são baseadas na distância de reuso. O algoritmo proposto utiliza uma matriz que representa os aspectos de propagação (matriz de isolação) e uma matriz que representa os detalhes do equipamento (matriz de compatibilidade). A matriz de isolação mostra a relação sinal interferência que cada célula tem com as outras. Um estudo de como coletar os dados (seleção da rota no interior do setor) e de como trabalhar com os dados coletados foram realizados, objetivando-se ter matriz que melhor caracterizasse a rede utilizada. A matriz de compatibilidade mostra a distância em freqüência no qual se devem alocar os canais em uma mesma célula, células adjacentes e células co-sites. Os valores de espaçamento entre freqüências, sugeridos nesta dissertação, são valores práticos e dependem das técnicas utilizadas no planejamento e do equipamento utilizado em questão. O problema de alocação foi modelado com um problema inteiro. Uma heurística (divide and conquer) foi utilizada para particionar a rede em menores partes, em que o algoritmo branch and bound foi implementado. O algoritmo foi testado em duas redes com sessenta e trezentos e quarenta e oito setores respectivamente. As redes foram construída levando em consideração os dados topográficos e morfológicos da cidade de Brasília. / [en] An efficient frequency assignment algorithm should consider both propagation conditions and equipment details, in order to minimize the carrier-to-interference ratio (C/I) and, as a result, to increase spectrum efficiency. This dissertation proposes a way to obtain a better solution for frequency assignment in TDMA and GSM networks, taking into account propagation conditions and equipment details. The proposed approach is different from usual frequency assignment techniques based on reuse distance. A frequency assignment algorithm proposed uses one matrix that represents the propagation features (isolation matrix) and another which represents the equipment details (compatibility matrix). The isolation matrix shows the signal to interference ratio between any two sectors in the whole network. A survey to define how to collect the data ( selection of the route inside the sector) and how to work with data collected was developed, aiming to obtain the best matrix representation of the network. The compatibility matrix shows the frequency distance between channels in the same sector, adjacent sector and co-site sectors. The frequency space values used in this matrix are practical values, which depend upon the technique used on the planning and on the utilized hardware. The frequency assignment was formulated as an integer problem. An heuristic (divide and conquer) was used to split the network into smaller parts where an exact algorithm branch and bound was implemented. The algorithm was tested on two networks with 60 and 348 sectors respectively. The networks were built having the topographical and morphological data from Brasilia city. / [es] Un algoritmo eficiente de asignación de frecuencia debe considerar aspectos de propagación y detalles del equipo de modo tal que se minimize la relación señal-interferencia, y onsecuentemente, aumente la eficiencia del espectro. Esta disertación tiene como objetivo proponer una solución para la asignación de frecuencia en las redes TDMA y GSM, considerando los aspectos anteriormente citados. El enfoque utilizado difiere de las técnicas de asignación de frecuencias usuales, baseadas en la distancia de reuso. EL algoritmo propuesto utiliza una matriz que representa los aspectos de propagación (matriz de aislamiento) y una matriz que representa los detalles del equipo (matriz de compatibilidade). La matriz de aislamiento muestra la relación señal-interferencia que cada célula tiene con las otras. Se realiza un estudio de como recolectar los datos (selección de la ruta en el interior del sector) y de como trabajar con los datos recolectados, con el objetivo de obtener la matriz que mejor caracteriza la red utilizada. La matriz de compatibilidad muestra la distancia en frecuencia en la cual se deben alocar los canales en una misma célula, células adyacentes y células co-sites. Los valores de espacio entre frecuencias, sugeridos en esta disertación, son valores prácticos y dependen de las técnicas utilizadas en el planificación y del equipo utilizado. El problema de asignación fue modelado como un problema entero. Fue utilizada una heurística (divide and conquer) para particionar la red en menores partes, donde se implementó el algoritmo branch and bound. EL algoritmo fue probado en dos redes con sesenta y trezentos y quarenta y oito sectores respectivamente. Las redes fueron construidas considerando los datos topográficos y morfológicos de la ciudad de Brasilia.

[pt] Sistemas de múltiplas antenas livres de células surgiram recentemente como uma combinação de MIMO massivo, sistemas de antenas distribuídas (DAS) e network MIMO. Esta dissertação explora o downlink deste cenário com pontos de acesso (PAs) de uma ou múltiplas antenas e considerando conhecimento perfeito e imperfeito do canal. São desenvolvidos esquemas que combinam pré-codificação, alocação de potência e seleção de PAs (SPA). Para começar, duas estratégias de SPA foram investigadas, uma baseada em busca exaustiva (BE-SPA) e a outra em coeficientes de desvanecimento de larga escala (LE-SPA), com o intuito de reduzir a complexidade das redes livres de células. Subsequentemente, apresentamos duas técnicas iterativas de pré-codificação, todas seguindo o critério Minimum Mean-Square Error (MMSE), combinadas à restrição de potência total. A primeira nós chamamos de MMSE, com restrição de potência total. Nós também incorporamos robustez ao método desenvolvido chamado RMMSE, um pré-codificador robusto com restrição de potência total. Como terceiro elemento da configuração proposta, esquemas de alocação de potência foram desenvolvidos, com abordagens ótimas, adaptativas e uniformes. Um algoritmo de alocação de potência ótima (APO) é apresentado, baseado na maximização da mínima Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio (SINR). A solução adaptativa (APA) é caracterizada pelo gradiente estocástico (GE) do mean-square error (MSE) e a alternativa uniforme (UPA) propõe a equalização de todos os coeficientes de potência. Todas as configurações devem respeitar a restrição de potência por antena, imposta pelo sistema. Uma análise de soma das taxas é feita, para todas as técnicas estudadas e o custo computacional de cada uma delas é calculado. Resultados numéricos provam que as técnicas propostas têm performance superior à pré-codificadores Conjugate Beamforming (CB) e Zero-Forcing (ZF), ambos com alocação de potência uniforme e ótima, na forma de taxa de erro de bit (BER), soma das taxas e mínima SINR. Além disso, os resultados atestam que o desempenho pode ser mantido e até melhorado com a aplicação de SPA. / [en] Cell-Free Massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems have emerged in recent years as a combination of massive MIMO, distributed antenna systems (DAS) and network MIMO. This thesis explores the downlink channel of such scenario with single and multiple-antenna access points (APs) and takes into account both perfect and imperfect channel state information (CSI). We propose transmit processing schemes that combine precoding, power allocation and AP selection (APS). To begin with, two APS strategies have been investigated, one based on exhaustive search (ES-APS) and the other on the large-scale fading coefficients (LSAPS), in order to reduce the complexity of cell-free networks. Subsequently, we present two iterative precoding techniques following the minimum meansquare error (MMSE) criterion with total power constraint. The first we call MMSE, with total power constraint. We also incorporate robustness in the developed method, called RMMSE, a robust precoder with total power constraint. As the third element of the proposed schemes, power allocation techniques are developed, with optimal, adaptive and uniform approaches. An optimal power allocation (OPA) algorithm is presented based on the maximization of the minimum signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR). The adaptive solution (APA) is characterized by the stochastic gradient of the mean-square error (MSE) and the uniform alternative (UPA) proposes to equalize all power coefficients. All configurations must fulfil an antenna power constraint, imposed by the system. A sum-rate analysis is carried out for all studied techniques and the computational cost of each one is calculated. Numerical results prove that the proposed techniques outperform existing conjugate beamforming (CB) and zero-forcing (ZF) precoders, both with uniform and optimal power allocation, in terms of bit error rate (BER), sum-rate and minimum SINR. Furthermore, we also attest that performance can be maintained or even improved in the presence of APS.

[pt] A otimização topológica tem se desenvolvido bastante e possui potencial para revolucionar diversas áreas da engenharia. Este método pode ser implementado a partir de diferentes abordagens, tendo como base o Método dos Elementos Finitos. Ao se utilizar uma abordagem baseada no elemento, potencialmente, cada elemento finito pode se tornar um vazio ou um sólido, e a cada elemento do domínio é atribuído uma variável de projeto, constante, denominada densidade. Do ponto de vista Euleriano, a topologia obtida é um subconjunto dos elementos iniciais. No entanto, tal abordagem está sujeita a instabilidades numéricas, tais como conexões de um nó e rápidas oscilações de materiais do tipo sólido-vazio (conhecidas como instabilidade de tabuleiro). Projetos indesejáveis podem ser obtidos quando elementos de baixa ordem são utilizados e métodos de regularização e/ou restrição não são aplicados. Malhas poliédricas não estruturadas naturalmente resolvem esses problemas e oferecem maior flexibilidade na discretização de domínios não Cartesianos. Neste trabalho investigamos a otimização topológica em malhas poliédricas por meio de um acoplamento entre malhas. Primeiramente, as malhas poliédricas são geradas com base no conceito de diagramas centroidais de Voronoi e posteriormente otimizadas para uso em análises de elementos finitos. Demonstramos que o número de condicionamento do sistema de equações associado pode ser melhorado ao se minimizar uma função de energia relacionada com a geometria dos elementos. Dada a qualidade da malha e o tamanho do problema, diferentes tipos de resolvedores de sistemas de equações lineares apresentam diferentes desempenhos e, portanto, ambos os resolvedores diretos e iterativos são abordados. Em seguida, os poliedros são decompostos em tetraedros por um algoritmo específico de acoplamento entre as malhas. A discretização em poliedros é responsável pelas variáveis de projeto enquanto a malha tetraédrica, obtida pela subdiscretização da poliédrica, é utilizada nas análises via método dos elementos finitos. A estrutura modular, que separa as rotinas e as variáveis usadas nas análises de deslocamentos das usadas no processo de otimização, tem se mostrado promissora tanto na melhoria da eficiência computacional como na qualidade das soluções que foram obtidas neste trabalho. Os campos de deslocamentos e as variáveis de projeto são relacionados por meio de um mapeamento. A arquitetura computacional proposta oferece uma abordagem genérica para a solução de problemas tridimensionais de otimização topológica usando poliedros, com potencial para ser explorada em outras aplicações que vão além do escopo deste trabalho. Finalmente, são apresentados diversos exemplos que demonstram os recursos e o potencial da abordagem proposta. / [en] Topology optimization has had an impact in various fields and has the potential to revolutionize several areas of engineering. This method can be implemented based on the finite element method, and there are several approaches of choice. When using an element-based approach, every finite element is a potential void or actual material, whereas every element in the domain is assigned to a constant design variable, namely, density. In an Eulerian setting, the obtained topology consists of a subset of initial elements. This approach, however, is subject to numerical instabilities such as one-node connections and rapid oscillations of solid and void material (the so-called checkerboard pattern). Undesirable designs might be obtained when standard low-order elements are used and no further regularization and/or restrictions methods are employed. Unstructured polyhedral meshes naturally address these issues and offer fl exibility in discretizing non-Cartesians domains. In this work we investigate topology optimization on polyhedra meshes through a mesh staggering approach. First, polyhedra meshes are generated based on the concept of centroidal Voronoi diagrams and further optimized for finite element computations. We show that the condition number of the associated system of equations can be improved by minimizing an energy function related to the element s geometry. Given the mesh quality and problem size, different types of solvers provide different performances and thus both direct and iterative solvers are addressed. Second, polyhedrons are decomposed into tetrahedrons by a tailored embedding algorithm. The polyhedra discretization carries the design variable and a tetrahedra subdiscretization is nested within the polyhedra for finite element analysis. The modular framework decouples analysis and optimization routines and variables, which is promising for software enhancement and for achieving high fidelity solutions. Fields such as displacement and design variables are linked through a mapping. The proposed mapping-based framework provides a general approach to solve three-dimensional topology optimization problems using polyhedrons, which has the potential to be explored in applications beyond the scope of the present work. Finally, the capabilities of the framework are evaluated through several examples, which demonstrate the features and potential of the proposed approach.