CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In the lastest years, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has been widely associated with cooperative radio techniques. In this context, a study about the effects of the high peak-to-average power ratio (PAPR), a well known OFDM problem, has a great relevance. This dissertation proposes an analytical formulation for the outage probability and symbol error rate (SER) in a cooperative OFDM system with one relay using fixed and selective decode-and-forward (DF) retransmission protocols, considering the nonlinear distortions inserted by the source and relay power amplifiers (PA). In the considered model, the receiver exploits the signal received directly from the source as well as the the signal transmitted through the relay using the maximum ratio combing (MRC) technique. The effects of the nonlinearities in the considered system are studied by verifying their impact in the system diversity order and by analysing how much they deteriorate the received signal. The presented analysis applies to any kind of memoryless amplifier. The proposed theoretical expressions are validated by means of computer simulations in different scenarios. / Nos Ãltimos anos, a tÃcnica de multiplexaÃÃo por divisÃo de frequÃncias ortogonais (OFDM, do inglÃs Orthogonal Frequency Division Multiplexing) vem sendo associada a tÃcnicas de rÃdio cooperativo. Contudo, ao realizar esta associaÃÃo, à de grande importÃncia que sejam avaliados os efeitos da alta razÃo entre a potÃncia mÃdia e potÃncia de pico (PAPR, do inglÃs Peak-to-Average Power Ratio) no desempenho do sistema, problema bastante conhecido em sistemas OFDM. Esta dissertaÃÃo propÃe uma formulaÃÃo analÃtica para a probabilidade de outage e para a taxa de erro de sÃmbolo (SER, do inglÃs Symbol Error Rate) em um sistema de comunicaÃÃo cooperativo OFDM com um relay utilizando os protocolos de retransmissÃo decodifica-e-encaminha (DF, do inglÃs Decode-and-Forward) fixo e seletivo, considerando os efeitos das nÃo linearidades inseridas por amplificadores de potÃncia (PA, do inglÃs Power Amplifier) na fonte e no relay. No modelo proposto, o receptor considerado explora tanto o sinal recebido diretamente da fonte como aquele proveniente do relay, combinando-os utilizando a tÃcnica de combinaÃÃo de razÃo mÃxima (MRC, do inglÃs Maximum Ratio Combining). Serà apresentado um estudo dos efeitos das nÃo linearidades no sistema, o qual à vÃlido para qualquer tipo de amplificador nÃo linear sem memÃria, verificando seu impacto na ordem de diversidade do sistema e a deterioraÃÃo aplicada ao sinal recebido. SimulaÃÃes computacionais comprovam a validade das expressÃes teÃricas propostas em diversos cenÃrios.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de transceptores MIMO (do inglÃs, Multiple-Input-Multiple-Output) em uma nova arquitetura proposta para os sistemas de comunicaÃÃes mÃveis sem fio de prÃxima geraÃÃo XG (do inglÃs, Next Generation) denotada como CoMP (do inglÃs, Coordinated Multi-Point), em comparaÃÃo com uma arquitetura co-localizada, em que, os equipamentos de usuÃrios utilizam os recursos unicamente da estaÃÃo rÃdio base a qual està localizado. Com o objetivo de se obter ganhos de multiplexaÃÃo espacial, diversidade e ganhos intermediÃrios (entre os dois possÃveis ganhos), adota-se transceptores MIMO, os quais sÃo submetidos a dois cenÃrios distintos: CenÃrio 1, composto por uma cÃlula co-localizada que tem uma cobertura equivalente a das trÃs cÃlulas cooperativas e um cenÃrio 2, em que a cÃlula co-localizada tem o mesmo tamanho das cÃlulas cooperativas. Em ambos os casos, as arquiteturas CoMP e co-localizada sÃo abordadas e avalia-se o desempenho comparativo entre os cenÃrios relacionado com as duas arquiteturas. A anÃlise realizada neste trabalho à dividida em duas partes, sendo uma de carÃter sistÃmico, em que se observa o comportamento da SINR (do inglÃs, Signal to Interference plus Noise Ratio) utilizando os transceptores VBLAST (do inglÃs, Vertical Bell-Labs Space-Time) e STBC (do inglÃs, Space-Time Block Codes), e a outra de carÃter de enlace, na qual se utiliza um transceptor MIMO hÃbrido, de modo a fornecer uma anÃlise da taxa de erro de bit. Os resultados mostram que por meio da cooperaÃÃo, um desempenho semelhante ao cenÃrio Co-localizado pode ser obtido com um menor nÃmero de antenas nas estaÃÃes rÃdio base, representando uma economia do ponto de vista de dispÃndio de capital CAPEX (do inglÃs, Capital Expenditure) e operacional OPEX (do inglÃs, Operational Expenditure) da rede, bem como reduÃÃo na taxa de erro. / In this work, we evaluated the performance of MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) transceivers on a new architecture proposed to mobile wireless communications systems of next generation XG (Next Generation), denoted by CoMP (Coordinate Mult-Point), which is compared with a co-located architecture, whose user equipments utilize the resources uniquely of the radio base station, which is located. In order to obtain spatial multiplexing gains, diversity and intermediate gains (between the two possible gains), adopts MIMO transceivers, which are submitted to different scenarios: Scenario 1, is composed of a co-located cell, whose coverage area is equivalent to three cooperative cells and Scenario 2, where the co-located cell has the same cooperative cell sizes. In both cases, CoMP architectures and co-located are addressed and evaluates the comparative performance between these scenarios, related to the two architecture. The current analysis is divided into two parts: a systemic character, where observes the SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) behavior with the use of VBLAST (Vertical-Bell Labs Space-Time) and STBC (Space-Time Block Codes) transceivers, the another one, of link character, which uses a hybridMIMO transceiver G2+1, in oder to provide an analysis of the bit error rate. The results show that by means of cooperation, a performance similar to the scenario co-located can be obtained with a smaller number of antennas at base stations, representing a saving in terms of capital expenditure CAPEX (Capital Expenditure) and operational OPEX (Operational Expenditure) network, as well as, a reduction in the error rate.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A crescente demanda de mercado por serviÃos sem fio e a escassez de recursos de rÃdio apela mais do que nunca para a melhoria do desempenho dos sistema de comunicaÃÃo sem fio. Desse modo, à obrigatÃrio garantir o provimento de melhores serviÃos de rÃdio e aperfeiÃoar a cobertura e a capacidade, com isso aumentando o nÃmero de consumidores satisfeitos. Esta dissertaÃÃo lida com algoritmos de escalonamento, buscando a maximizaÃÃo e o controle adaptativo do Ãndice de satisfaÃÃo no enlace direto de uma rede de acesso baseado em frequÃncia, OFDMA (do inglÃs Orthogonal Frequency Division Multiple Acess , considerando diferentes modelos de trÃfego para serviÃos de tempo nÃo real, NRT (do inglÃs Non-Real Time ), e de tempo real, RT (do inglÃs Real Time ); e condiÃÃes de canal mais realistas, por exemplo, CSI imperfeitas. Com o intuito de resolver o problema de maximizaÃÃo de satisfaÃÃo com menor complexidade, uma abordagem com otimizaÃÃo de mÃltiplas camadas usa a teoria da utilidade para formular o problema como uma maximizaÃÃo de soma de taxa ponderada. Este estudo à focado no desenvolvimento de um framework baseado em utilidade empregando a funÃÃo log-logÃstica deslocada, que devido Ãs suas caracterÃsticas permite novas estratÃgias de escalonamento de priorizaÃÃo baseada em QoS e oportunismo de canal, para uma alocaÃÃo de potÃncia igualitÃria entre os recursos de frequÃncia. Visando a maximizaÃÃo da satisfaÃÃo de usuÃrios de serviÃos NRT e RT, dois algoritmos de escalonamento sÃo propostos: MTSM e MDSM, respectivamente. A modificaÃÃo dos parÃmetros da funÃÃo de utilidade log-logÃstica descolocada permite a implementaÃÃo de diferentes estratÃgias de distribuiÃÃo de recursos. Buscando controlar os nÃveis de satisfaÃÃo dos usuÃrios de serviÃos NRT, dois algoritmos adaptativos de escalonamento sÃo propostos: ATES e ASC. O algoritmo ATES realiza um controle da satisfaÃÃo mÃdia pela mudanÃa dinÃmica do parÃmetro de escala, permitindo uma estratÃgia estÃvel para lidar com o dilema entre satisfaÃÃo e capacidade. O algoritmo ASC à capaz de garantir uma variaÃÃo dinÃmica do parÃmetro de formato, garantindo um controle rigoroso dos nÃveis de satisfaÃÃo dos usuÃrios. SimulaÃÃes no nÃvel do sistema indicam o cumprimento do objetivo de desenvolvimento de algoritmos de escalonamento eficientes e de baixa complexidade capazes de maximizar e controlar os Ãndices de satisfaÃÃo. Estas estratÃgias podem ser Ãteis para o operador da rede, que se torna capaz de projetar e operar a rede de acordo com um perfil de satisfaÃÃo de usuÃrio. / The increasing market demand for wireless services and the scarcity of radio resources calls more than ever for the enhancement of the performance of wireless communication systems. Nowadays, it is mandatory to ensure the provision of better radio services and to improve coverage and capacity, thereby increasing the number of satisfied subscribers. This thesis deals with scheduling algorithms aiming at the maximization and adaptive control of the satisfaction index in the downlink of an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) network, considering different types of traffic models of Non-Real Time (NRT) and Real Time (RT) services; and more realistic channel conditions, e.g., imperfect Channel State Information (CSI). In order to solve the problem of maximizing the satisfaction with affordable complexity, a cross layer optimization approach uses the utility theory to formulate the problem as a weighted sum rate maximization. This study is focused on the development of an utility-based framework employing the shifted log-logistic function, which due to its characteristics allows novel scheduling strategies of Quality of Service (QoS)-based prioritization and channel opportunism, for an equal power allocationn among frequency resources. Aiming at the maximization of the satisfaction of users of NRT and RT services, two scheduling algorithms are proposed: Modified Throughput-based Satisfaction Maximization (MTSM) and Modified Delay-based Satisfaction Maximization (MDSM), respectively. The modification of parameters of the shifted log-logistic utility function enables different strategies of distribution of resources. Seeking to track satisfaction levels of users of NRT services, two adaptive scheduling algorithms are proposed: Adaptive Throughput-based Efficiency-Satisfaction Trade-Off (ATES) and Adaptive Satisfaction Control (ASC). The ATES algorithm performs an average satisfaction control by adaptively changing the scale parameter, using a feedback control loop that tracks the overall satisfaction of the users and keep it around the desired target value, enabling a stable strategy to deal with the trade-off between satisfaction and capacity. The ASC algorithm is able to ensure a dynamic variation of the shape parameter, guaranteeing a strict control of the user satisfaction levels. System level simulations indicate the accomplishment of the objective of development of efficient and low complexity scheduling algorithms able to maximize and control the satisfaction indexes. These strategies can be useful to the network operator who is able to design and operate the network according to a planned user satisfaction profile.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O crescimento e a diversidade de aplicaÃÃes para Redes de Sensores sem Fio (RSSFs) trouxeram novos desafios e uma maior visibilidade para a necessidade de buscar soluÃÃes para a seguranÃa dessas redes. Por exemplo, o meio fÃsico sem fio torna essas redes vulnerÃveis a diversos tipos de ataques, sendo essencial o uso de pelo menos os serviÃos bÃsicos de seguranÃa, como a confidencialidade, a integridade e a autenticaÃÃo. Entretanto, prover esses serviÃos em RSSF à um grande desafio devido Ãs severas limitaÃÃes de recursos de comunicaÃÃo, processamento, memÃria e energia dos dispositivos utilizados nessas redes. Dessa forma, a seleÃÃo dos mecanismos de seguranÃa mais apropriados levando em consideraÃÃo o desempenho à essencial para prover a seguranÃa da informaÃÃo em RSSF. Por outro lado, os principais trabalhos encontrados na literatura que objetivam avaliar o desempenho de mecanismos de seguranÃa no contexto de RSSFs apresentam grandes diferenÃas em termos de plataforma escolhida e mÃtricas avaliadas, alÃm de apresentar deficiÃncias no processo de avaliaÃÃo de desempenho utilizado. Sendo assim, este trabalho propÃe uma avaliaÃÃo de desempenho utilizando um processo sistemÃtico, baseado em abordagens de avaliaÃÃo de desempenho tradicionais, no qual os mecanismos de seguranÃa sÃo selecionados, implementados e validados. Os mecanismos de seguranÃa para prover os serviÃos de confidencialidade, integridade e autenticaÃÃo em RSSFs sÃo considerados neste trabalho. Experimentos reais sÃo realizados na plataforma MicaZ com o auxÃlio de um osciloscÃpio digital para medir o desempenho dos algoritmos utilizados. Com os resultados obtidos, espera-se oferecer um direcionamento quanto à escolha dos mecanismos de seguranÃa mais apropriados para aplicaÃÃes de RSSF. / The number and diversity of applications for Wireless Sensor Networks (WSNs) have grown in the last decade what makes more relevant the concern about information security in such networks. For example, since the wireless physical medium makes these networks vulnerable to various types of attacks, there is then a need to use at least basic security services such as confidentiality, integrity, and authentication. However, providing security in WSN faces some challenges because of the severe limitations of processing, communication, power, and memory resources of the devices used in these networks. In this context, the selection of the most appropriate security mechanisms taking into consideration their performance is essential to provide information security in WSNs. On the other hand, the main results found in the literature that aim to assess the performance of security mechanisms in the context of a WSN differ in terms of the chosen platform and evaluated metrics, and present deficiencies in the performance assessment process used. This work then proposes a performance assessment using a systematic process, based on traditional performance analysis approaches, in which security mechanisms are selected, implemented and validated. The security mechanisms considered in this work are for that provide confidentiality, integrity, and authentication services in WSNs. Real experiments are carried out on the MicaZ platform with a digital oscilloscope to measure the performance of the chosen algorithms. With the obtained results a good direction for choosing the most appropriate security mechanisms for WSN applications is aimed as another contribution of this work.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Cooperation diversity and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) are two key technologies for the modern wireless communication systems. The cooperative communication systems considered through this work use the OFDM technology and they are composed of: one transmitter with a nonlinear power amplifier (PA), one or more amplify-and-forward (AF) relays, also having a nonlinear PAs, and one destination node. In this dissertaion, it is initially proposed an optimal receiver, in the signal to noise ratio (SNR) sense, for a nonlinear cooperative AF system. The proposed receiver uses the maximum ratio combining (MRC) diversity technique to combine the received signas, assuming that both the source-destination and source-relay-destination links are available. In the sequel, closed-form expressions for the instantaneous SNR and outage probability of the considered system are developed. The outage analysis is then extended to the case of a multi-hop system, that is, with multiple serial relays. Finally, an outage analysis is also proposed for a nonlinear AF OFDM system using a Selection Combining receiver, considering two cases: one relay and multiple parallel relays. Numerical simulation results are presented through the work, evaluating the performance of the proposed receiver and theoretical expressions. / A diversidade cooperativa e a multiplexaÃÃo por divisÃo de frequÃncias ortogonais (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) sÃo duas das principais tecnologias para os sistemas de comunicaÃÃo sem fio modernos. Os sistemas de comunicaÃÃo cooperativos considerados neste trabalho de dissertaÃÃo utilizam a tecnologia OFDM e possuem: uma fonte com amplificador de potÃncia nÃo linear, um ou mais repetidores (relays) do tipo amplifica-e-encaminha (Amplify-and-Forward - AF), tambÃm com amplificadores de potÃncia (Power Amplifier - PA) nÃo lineares, e um nà destino. PropÃe-se inicialmente um receptor Ãtimo, no sentido da razÃo sinal ruÃdo (Signal-to-Noise Ratio - SNR) para um sistema OFDM cooperativo nÃo linear. Usando a tÃcnica de diversidade por combinaÃÃo de razÃo mÃxima (Maximal Ratio Combining - MRC) para tratar os sinais recebidos, o receptor proposto considera tanto as informaÃÃes oriundas do caminho direto (fonte-destino) como as provenientes do repetidor. Posteriormente, sÃo apresentadas expressÃes para o cÃlculo da SNR instantÃnea e da probabilidade de outage do sistema proposto. Fez-se ainda, uma proposta de expressÃo para o cÃlculo da probabilidade de outage do sistema considerando mÃltiplos relays em sÃrie. Por fim, propÃe-se expressÃes para o cÃlculo da probabilidade de outage do sistema utilizando receptor Selection Combining para um e para mÃltiplos relays dispostos paralelamente. Resultados de simulaÃÃo sÃo apresentados durante todo o trabalho, evidenciando o desempenho do receptor e das expressÃes propostas.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O objetivo deste trabalho foi desenvolver estratÃgias de monitoramento e automaÃÃo em sistemas de irrigaÃÃo utilizando sensores capacitivos FDR para coletar dados do conteÃdo de Ãgua no solo atravÃs de uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF). Os sensores capacitivos FDR foram desenvolvidos no Departamento de Engenharia AgrÃcola (DENA) da UFC. Foram utilizados neste trabalho 14 sensores capacitivos FDR e um deles passou por um processo de calibraÃÃo em laboratÃrio, onde foi sobreposta uma lÃmpada de 100 watts na amostra de solo indeformada para acelerar o secamento do solo. Esta calibraÃÃo derivou uma equaÃÃo do tipo potencial. A RSSF utilizada à formada por mÃdulos sensores capazes de comunicar-se entre si por rÃdio frequÃncia, possuindo um ponto de comunicaÃÃo final (estaÃÃo base). O sistema de RSSF foi constituÃdo de 7 mÃdulos sensores, 2 mÃdulos multihops e um mÃdulo mestre conectado ao computador. Cada mÃdulo sensor à constituÃdo pelos seguintes elementos: transceptor TRF 2.4 GHz da Laipac (alcance mÃximo de 150 m), memÃria, processador, bateria de 12 volts e dois sensores capacitivos FDR. A RSSF foi instalada em um campo cultivado por milho em estÃdio avanÃado de produÃÃo (30 DAS). Os sensores capacitivos FDR foram instalados em duas profundidades: 10 cm e 25 cm. Os dados dos mÃdulos sensores eram transmitidos ao mÃdulo mestre atravÃs dos 2 mÃdulos multihops. As respostas dos sensores capacitivos FDR foram coletadas pelos mÃdulos sensores todos os dias, pelo perÃodo da manhà e da tarde, e o tempo de irrigaÃÃo foi determinado com base na equaÃÃo de calibraÃÃo. As leituras foram coletadas antes e depois das irrigaÃÃes e o experimento durou aproximadamente 15 dias. Foi realizada uma validaÃÃo da calibraÃÃo em campo relacionando as respostas dos sensores capacitivos FDR em tempo real com a umidade volumÃtrica pelo mÃtodo padrÃo de estufa. A RSSF possibilitou que os sensores capacitivos FDR registrassem a variaÃÃo do teor de Ãgua durante os eventos de chuva e irrigaÃÃes. As comunicaÃÃes dos mÃdulos sensores foram bem sucedidas, apesar da altura das plantas e as ocorrÃncias das chuvas terem impedido em alguns momentos as transmissÃes. A equaÃÃo obtida em laboratÃrio subestimou os valores de umidade volumÃtrica real, obtida pelo mÃtodo direto, devido à temperatura que a lÃmpada incidiu na amostra de solo durante o processo de calibraÃÃo. A bateria dos mÃdulos sensores foi o fator mais limitante e requer ajuste no protocolo de comunicaÃÃo da RSSF par otimizar o consumo. A RSSF mostrou-se um sistema dinÃmico e preciso e pode, em conjunto com os sensores capacitivos FDR, auxiliar pesquisadores e produtores na tomada de decisÃo de irrigaÃÃo. / The goal of this study was to develop strategies for monitoring and automated irrigation systems using FDR capacitance sensors to collect data of water content in the soil through Wireless Sensor Network (WSN). The FDR capacitance sensors were developed in the Department of Agricultural Engineering (DENA) pertain UFC. Were used 14 FDR capacitance sensors and one of them went through a calibration process in the laboratory, witch was superimposed a 100-watt bulb in the soil sample undeformed to accelerate the drying soil. At the end of the calibration we obtained an equation potential model. The WSN is formed sensors nodes can communicate with each other by radio frequency having a communication end point (base station). The WSN system consisted of 9 sensors modules and a master module connected to the PC. Each sensor module consists of the following elements: 2.4 GHz transceiver TRF of company Laipac (maximum range 150 m), memory, processor, 12-volt battery and two FDR capacitance sensors. The WSN was installed in a field of maize crop in an advanced stage of production (30 DAS). The FDR capacitance sensors were installed at two depths: 10 cm and 25 cm. The data from the sensor modules were transmitted to the master module through the 2 modules multihops. The responses of the FDR capacitance sensors were collected every day at the morning and afternoon, and the time of irrigation was determined based on the calibration equation. The responses of the FDR capacitance sensors obtained by WSN were collected before and after irrigation and the experiment lasted 15 days. We performed a validation of the field calibration relating the responses of the FDR capacitance sensors in real time with the water content by gravimetric method. The WSN enabled FDR capacitance sensors recorded the variation of water content during the events of rainfall and irrigation. The communications of sensors modules have been successful, despite the height of plants and occurrences of rainfall have impeded some transmissions. The equation obtained in laboratory underestimated the true values water content obtained by the direct method, due to the temperature that the light bulb emitted on the soil sample during the calibration process. The battery of the sensor modules was the most limiting factor and requires adjustment in the communication protocol of WSN to optimize consumption. The WSN was dynamic and accurate and may, in partnership with FDR capacitance sensors, help researchers and producers in decision-making irrigation.

Programa AlÃan de bolsas de estudo de alto nÃvel destinado à AmÃrica Latina / Este trabalho tem como objetivo a aplicaÃÃo da anÃlise tensorial para o tratamento de sinais no domÃnio de comunicaÃÃes sem fio. Utilizando a decomposiÃÃo tensorial conhecida como PARAFAC (decomposiÃÃo por fatores paralelos), um receptor à modelado para um sistema de comunicaÃÃo sem fio que utiliza uma estrutura MIMO na qual cada antena transmissora possui um cÃdigo de espalhamento particular, baseado na tÃcnica de mÃltiplo acesso por divisÃo de cÃdigo (CDMA). Nesse trabalho sÃo analisadas duas estruturas receptoras baseadas na decomposiÃÃo PARAFAC. A primeira à baseada no conhecimento da matriz de cÃdigos de espalhamento e a segunda à baseada no conhecimento da matriz de seqÃÃncia de treinamento. Duas famÃlias de cÃdigos sÃo consideradas: cÃdigos de Hadamard-Walsh e cÃdigos de Hadamard-Walsh truncados. Como resultado, foi observado que os receptores propostos apresentaram rÃpida convergÃncia e foram capazes de eliminar todas as ambigÃidades, inclusive aquelas que sÃo intrÃnsecas à decomposiÃÃo PARAFAC, que foram observadas em outros trabalhos. Resultados de simulaÃÃo sÃo apresentados para comparar o desempenho das duas estruturas receptoras em diversas configuraÃÃes do sistema de comunicaÃÃo, revelando o impacto dos parÃmetros do sistema (nÃmero de antenas transmissoras, nÃmero de antenas receptoras, tamanho do cÃdigo e relaÃÃo sinal-ruÃdo). / This work deals with the application of multi-way analysis to the context of signal processing for wireless communications. A tensor decomposition known as PARAFAC (PARAllel FACtors) is considered in the design of multiple-input multiple-output (MIMO) receiver for a wireless communication system with Spread Spectrum codes. We propose two supervised PARAFAC-based receiver structures for joint symbol and channel estimation. The first one is based on the knowledge of the spreading codes and the second on the knowledge of a training sequence per transmit antenna. Two code structures are considered, which are Hadamard-Wash (HW) and Truncated Hadamard-Walsh (THW). The main advantages of the proposed PARAFAC receivers is on the fact that they exhibit fast convergence and eliminate all ambiguities inherent to the PARAFAC model. Simulation results are provided to compare the performances of the two receivers for several systems configurations, revealing the impact of the number of transmit antennas, number of receiver antennas, code length and signal to noise ratio in their performances.

Laboratoire I3S/CNRS / Os sistemas de telecomunicaÃÃes atuais oferecem servios que demandam taxas de transmissÃo muito elevadas. O problema da identificaÃÃo de canal aparece nesse contexto com um problema da maior importÃncia. O uso de tÃcnicas cegas tem sido de grande interesse na busca por um melhor compromisso entre uma taxas binÃria adequada e a qualidade da informaÃÃo recuperada. Apoiando-se em propriedades especiais dos cumulantes de 4a ordem dos sinais à saÃda do canal, esta tese introduz novas ferramentas de processamento de sinais com aplicaÃÃes em sistemas de comunicaÃÃo rÃdio-mÃveis. Explorando a estrutura simÃtrica dos cumulantes de saÃda, o problema da identificaÃÃo cega de canais à abordado a partir de um modelo multilinear do tensor de cumulantes 4a ordem, baseado em uma decomposiÃÃo em fatores paralelos (Parafac). No caso SISO, os componentes do novo modelo tensorial apresentam uma estrutura Hankel. No caso de canais MIMO sem memÃria, a redundÃncia dos fatores tensoriais à explorada na estimaÃÃo dos coeficientes dos canal. Neste contexto, novos algoritmos de identificaÃÃo cega de canais sÃo desenvolvidos nesta tese com base em um problema de otimizaÃÃo de mÃnimos quadrados de passo Ãnico (SS-LS). Os mÃtodos propostos exploram plenamente a estrutura multilinear do tensor de cumulantes bem como suas simetrias e redundÃncias, evitando assim qualquer forma de prÃ-processamento. Com efeito, a abordagem SS-LS induz uma soluÃÃo baseada em um Ãnico procedimento de minimizaÃÃo, sem etapas intermediÃrias, contrariamente ao que ocorre na maior parte dos mÃtodos existentes na literatura. Utilizando apenas os cumulantes de ordem 4 e explorando o conceito de Arranjo Virtual, trata-se tambÃm o problema da localizaÃÃo de fontes, num contexto multiusuÃrio. Uma contribuÃÃo original consiste em aumentar o nÃmero de sensores virtuais com base em uma decomposiÃÃo particular do tensor de cumulantes, melhorando assim a resoluÃÃo do arranjo, cuja estrutura à tipicamente obtida quando se usa estatÃsticas de ordem 6. Considera-se ainda a estimaÃÃo dos parÃmetros fÃsicos de um canal de comunicaÃÃo MIMO com muti-percursos. AtravÃs de uma abordagem completamente cega, o canal multi-percurso à primeiramente tratado como um modelo convolutivo e uma nova tÃcnica à proposta para estimar seus coeficientes. Esta tÃcnica nÃo-paramÃtrica generaliza os mÃtodos previamente propostos para os casos SISO e MIMO (sem memÃria). Fazendo uso de um formalismo tensorial para representar o canal de multi-percursos MIMO, seus parÃmetros fÃsicos podem ser obtidos atravÃs de uma tÃcnica combinada de tipo ALS-MUSIC, baseada em um algoritmo de subespaÃo. Por fim, serà considerado o problema da determinaÃÃo de ordem de canais FIR, particularmente no caso de sistemas MISO. Um procedimento completo à introduzido para a detecÃÃo e estimaÃÃo de canais de comunicaÃÃo MISO seletivos em freqÃÃncia. O novo algoritmo, baseado em uma abordagem de deflaÃÃo, detecta sucessivamente cada fonte de sinal, determina a ordem de seu canal de transmissÃo individual e estima os coeficientes associados. / Les systÃmes de tÃlÃcommunications modernes exigent des dÃbits de transmission trÃs ÃlevÃs. Dans ce cadre, le problÃme dâidentification de canaux est un enjeu majeur. Lâutilisation de techniques aveugles est dâun grand intÃrÃt pour avoir le meilleur compromis entre un taux binaire adÃquat et la qualità de lâinformation rÃcupÃrÃe. En utilisant les propriÃtÃs des cumulants dâordre 4 des signaux de sortie du canal, cette thÃse introduit de nouvelles mÃthodes de traitement du signal tensoriel avec des applications pour les systÃmes de communication radio-mobiles. En utilisant la structure symÃtrique des cumulants de sortie, nous traitons le problÃme de lâidentification aveugle de canaux en introduisant un mod`ele multilinÃaire pour le tenseur des cumulants dâordre 4, basà sur une dÃcomposition de type Parafac. Dans le cas SISO, les composantes du modÃle tensoriel ont une structure de Hankel. Dans le cas de canaux MIMO instantanÃs, la redondance des facteurs tensoriels est exploitÃe pour lâestimation des coefficients du canal. Dans ce contexte, nous dÃveloppons des algorithmes dâidentification aveugle basÃs sur une minimisation de type moindres carrÃs à pas unique (SS-LS). Les mÃthodes proposÃes exploitent la structure multilinÃaire du tenseur de cumulants aussi bien que les relations de symÃtrie et de redondance, ce qui permet dâÃviter toute sorte de traitement au prÃalable. En effet, lâapproche SS-LS induit une solution basÃe sur une seule et unique procÃdure dâoptimisation, sans les Ãtapes intermÃdiaires requises par la majorità des mÃthodes existant dans la littÃrature. En exploitant seulement les cumulants dâordre 4 et le concept de rÃseau virtuel, nous abordons aussi le problÃme de la localisation de sources dans le cadre dâun rÃseau dâantennes multiutilisateur. Une contribution originale consiste à augmenter le nombre de capteurs virtuels en exploitant un arrangement particulier du tenseur de cumulants, de maniÃre à amÃliorer la rÃsolution du rÃseau, dont la structure Ãquivaut à celle qui est typiquement issue de lâutilisation des statistiques dâordre 6. Nous traitons par ailleurs le problÃme de lâestimation des paramÃtres physiques dâun canal de communication de type MIMO à trajets multiples. Dans un premier temps, nous considÂerons le canal à trajets multiples comme un modÃle MIMO convolutif et proposons une nouvelle technique dâestimation des coefficients. Cette technique non-paramÃtrique gÃnÃralise les mÃthodes proposÃes dans les chapitres prÃcÃdents pour les cas SISO et MIMO instantanÃ. En reprÃsentant le canal multi-trajet à lâaide dâun formalisme tensoriel, les paramÃtres physiques sont obtenus en utilisant une technique combinÃe de type ALS-MUSIC, basÃe sur un algorithme de sous-espaces. Enfin, nous considÃrons le problÃme de la dÂetermination dâordre de canaux de type RIF, dans le contexte des systÃmes MISO. Nous introduisons une procÃdure complÃte qui combine la dÃtection des signaux avec lâestimation des canaux de communication MISO sÃlectifs en frÃquence. Ce nouvel algorithme, basà sur une technique de dÃflation, est capable de dÃtecter successivement les sources, de dÃterminer lâordre de chaque canal de transmission et dâestimer les coefficients associÂes.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Em diversas aplicaÃÃes do processamento de sinais em sistemas de comunicaÃÃo sem-fio, o sinal recebido à de natureza multidimensional, possuindo uma estrutura algÃbrica multilinear. Neste contexto, a decomposiÃÃo tensorial PARAFAC tem sido utilizada em vÃrios trabalhos ao longo dos Ãltimos seis anos. Observa-se, entretanto, que decomposiÃÃes tensoriais generalizadas sÃo necessÃrias para modelar uma classe mais ampla de sistemas de comunicaÃÃo, caracterizada pela presenÃa de estruturas de transmissÃo mais complexas, por modelos de canal mais realistas, e por tÃcnicas de processamento de sinais mais eficientes no receptor. Esta tese investiga novas abordagens tensorias e suas aplicaÃÃes em modelagem de sistemas MIMO, equalizaÃÃo, separaÃÃo de sinais e estimaÃÃo paramÃtrica de canal. Inicialmente, duas novas decomposiÃÃes tensoriais (PARAFAC em blocos com restriÃÃes e CONFAC) sÃo desenvolvidas e estudadas em termos de identificabilidade. Em uma segunda parte do trabalho, novas aplicaÃÃes destas decomposiÃÃes tensoriais sÃo propostas. A decomposiÃÃo PARAFAC em blocos com restriÃÃes à aplicada, primeiramente, Âa modelagem unificada de sistemassuperamostrados, DS-CDMA e OFDM, com aplicaÃÃo em equalizaÃÃo multiusuÃria. Em seguida, esta decomposiÃÃo à utilizada na modelagem de sistemas de transmissÃo MIMO com espalhamento espaÃo-temporal e detecÃÃo conjunta. Em seguida, a decomposiÃÃo CONFAC à explorada na concepÃÃo de uma nova arquitetura generalizada de transmissÃo MIMO/CDMA que combina diversidade e multiplexagem. As propriedades de unicidade desta decomposiÃÃo permitem o uso do processamento nÃo-supervisionado no receptor, visando a reconstruÃÃo dos sinais transmitidos e a estimaÃÃo do canal. Na terceira e Ãltima parte deste trabalho, explora-se a decomposiÃÃo PARAFAC no contexto de duas aplicaÃÃes diferentes. Na primeira, uma nova estrutura de transmissÃo espaÃo-temporal-freqÃencial à proposta para sistemas MIMO multiportadora. A segunda aplicaÃÃo consiste em um novo estimador paramÃtrico para canais multipercursos. / In several signal processing applications for wireless communications, the received signal is multidimensional in nature and may exhibit a multilinear algebraic structure. In this context, the PARAFAC tensor decomposition has been the subject of several works in the past six years. However, generalized tensor decompositions are necessary for covering a wider class of wireless communication systems with more complex transmission structures, more realistic channel models and more efficient receiver signal processing. This thesis investigates tensor modeling approaches for multiple-antenna systems, channel equalization, signal separation and parametric channel estimation. New tensor decompositions, namely, the block-constrained PARAFAC and CONFAC decompositions, are developed and studied in terms of identifiability. First, the block-constrained PARAFAC decomposition is applied for a uniÂed tensor modeling of oversampled, DS-CDMA and OFDM systems with application to blind multiuser equalization. This decomposition is also used for modeling multiple-antenna (MIMO) transmission systems with block space-time spreading and blind detection, which generalizes previous tensor-based MIMO transmission models. The CONFAC decomposition is then exploited for designing new MIMO-CDMA transmission schemes combining spatial diversity and multiplexing. Blind symbol/code/channel recovery is discussed from the uniqueness properties of this decomposition. This thesis also studies new applications of third-order PARAFAC decomposition. A new space-time-frequency spreading system is proposed for multicarrier multiple-access systems, where this decomposition is used as a joint spreading and multiplexing tool at the transmitter using tridimensional spreading code with trilinear structure. Finally, we present a PARAFAC modeling approach for the parametric estimation of SIMO and MIMO multipath wireless channels with time-varying structure.