Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-04-18T18:59:28Z No. of bitstreams: 1 Leonardodemellobrandaoabdodib.pdf: 1435361 bytes, checksum: 5e9afeb4cc3aff2697cb2afe973ab9ca (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: on 2018-04-19T13:20:42Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-04-19T13:31:11Z No. of bitstreams: 1 leonardodemellobrandaoabdodib.pdf: 1435361 bytes, checksum: 5e9afeb4cc3aff2697cb2afe973ab9ca (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-04-19T13:32:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leonardodemellobrandaoabdodib.pdf: 1435361 bytes, checksum: 5e9afeb4cc3aff2697cb2afe973ab9ca (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T13:32:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leonardodemellobrandaoabdodib.pdf: 1435361 bytes, checksum: 5e9afeb4cc3aff2697cb2afe973ab9ca (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / Este trabalho descreve características importantes de um sistema híbrido power line communication (PLC)/comunicação sem fio para aplicações smart grid (SG) e Internet das coisas (IoT). Além disso, discute as vantagens dos sistemas híbridos em comparação com os sistemas não híbridos. Estas vantagens são demonstradas não somente do ponto de vista técnico, mas também pela perspectiva de infraestrutura. Além disso, esta dissertação destaca uma conexão entre a capilaridade do IoT e a infraestrutura de comunicação fornecida pelo SG, bem como os aspectos de segurança que relacionam o contexto SG e IoT. Além disso, este trabalho aborda a influência do meio ambiente nas comunicações de rede elétrica e sem fio. Por outro lado, existe um enorme esforço de pesquisa em relação às tecnologias avançadas de comunicação de dados, considerando tanto as aplicações IoT de baixa taxa de bits quanto as aplicações SG, de modo a cumprir os requisitos de projeto para sistemas de telecomunicações. Com o objetivo de maximizar o uso da largura de banda disponível para aplicações PLC, esta dissertação faz uso do esquema orthogonal chirp division multiplexing (OCDM) que usa a transformada discreta de Fresnel de forma análoga à transformada discreta de Fourier. Trabalhos anteriores mostraram resultados de desempenho interessantes para esse esquema em aplicações de banda passante (por exemplo, comunicação sem fio, fibra óptica e mídia acústica subaquática). Este trabalho aborda a construção de versões do esquema OCDM que permitem a comunicação de dados usando sinais banda base, possibilitando a aplicação do esquema OCDM em sistemas PLC. Além disso, ele introduz um esquema baseado em vários usuários denominado multichirp code division multiple access (MCp-CDMA), que é uma combinação de CDMA e OCDM com o objetivo de acomodar um grande número de nós e endpoints para PLC de banda estreita e que também seja adequado para aplicações SG e IoT. Finalmente, os resultados numéricos apontam que, para um ambiente difícil e ruidoso, o esquema OCDM é capaz de suavizar o efeito do ruído impulsivo. Além disso, o esquema OCDM demonstrou resultados excepcionais quando o comprimento do canal é desconhecido comparativamente aos esquemas Hermitian symmetric orthogonal frequency division multiplexing e monoportadora com prefixo cíclico. As simulações usando o esquema MCp-CDMA demonstraram grande estabilidade e consistência de desempenho entre os diferentes cenários analisados. / This work outlines important characteristics of hybrid power line communication (PLC)/wireless data communication system for smart grid (SG) and Internet of Things (IoT) applications. Moreover, it discusses the hybrid systems advantages in comparison to non-hybrid ones. These advantages are demonstrated not only in the technical point of view but also in the infrastructural perspective. Also, this thesis highlights a connec-tion between the capillarity of IoT and the communication infrastructure provided by SG as well as the security aspects that relate SG and IoT context. Furthermore, this work addresses the environmental influence on wireless and power line communications. In another hand, there is a huge research effort regarding advanced data communication technologies considering both low bit rate IoT and SG applications in order to comply with the requirements to design telecommunications systems. Aiming to maximize the use of the available bandwidth for PLC applications, this thesis makes use of the orthog-onal chirp division multiplexing (OCDM) scheme that uses discrete Fresnel transform in an analogous fashion as discrete Fourier transform. Previous works showed interesting performance results for such scheme in passband applications (e.g., wireless, optical fiber, and underwater acoustic media). This work addresses the design of versions of the OCDM scheme that can allow the data communication using baseband signals, making possible the application of the OCDM scheme in PLC systems. Furthermore, it introduces a mul-tiuser based scheme termed multichirp code division multiple access (MCp-CDMA), which is a combination of CDMA and OCDM, in order to accommodate a large number of nodes and end-points aiming narrowband PLC that is also suitable for SG and IoT applications. Finally, numerical results point out that for a hard and noisy environment, OCDM scheme is able to soften the impulsive noise effect. Also, OCDM scheme demonstrated outstand-ing results when the channel length is unknown comparatively to Hermitian symmetric orthogonal frequency division multiplexing and single carrier-cyclic prefix schemes. The simulations using the MCp-CDMA scheme demonstrated great stability and performance consistency among the different scenarios analyzed.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-04-18T18:31:55Z No. of bitstreams: 1 mateusdelimafilomeno.pdf: 952346 bytes, checksum: 0eb883e1ceabb6c297f58be445761d84 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-04-19T13:28:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mateusdelimafilomeno.pdf: 952346 bytes, checksum: 0eb883e1ceabb6c297f58be445761d84 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T13:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mateusdelimafilomeno.pdf: 952346 bytes, checksum: 0eb883e1ceabb6c297f58be445761d84 (MD5) Previous issue date: 2018 / Esta dissertação tem como objetivo discutir as comunicações cooperativas híbrida e não híbrida aplicadas a sistemas de comunicação de dados em banda larga e em ambientes residenciais. Nesse sentido, o modelo de canal com retransmissor único em dois estágios é investigado para sistemas de comunicação em banda larga através da rede de energia elétrica. Este modelo de canal cooperativo é formado pela concatenação de dois canais com retransmissor único, cobrindo enlaces de comunicação de dados com até dois saltos. Além disso, um modelo de canal híbrido com retransmissor único, utilizando rede elétrica e ar, é analisado para sistemas de comunicação de dados em banda larga em que enlaces de até um salto são considerados. Expressões de taxas de dados alcançáveis ergódicas são derivadas para os modelos de canais cooperativos híbridos e não híbridos, a fim de compará-los. Devido às características de canais e ruído das redes de energia elétrica, os resultados numéricos são baseados em um conjunto de dados constituído por estimativas de canais e medições de ruído cobrindo a faixa de frequência de 1, 7 a 100 MHz e diferentes posições do nó retransmissor. Para os canais sem fio, o modelo HIPERLAN/2 com a mesma largura de banda é utilizado, considerando uma freqüência central de 5 GHz, enquanto o ruído aditivo é considerado branco gaussiano. Com relação aos sistemas de comunicação através da rede energia elétrica, mostra-se que o modelo de canal com retransmissor único em dois estágios é a melhor opção quando o enlace da fonte ao destino encontra-se severamente degradado (por exemplo, alta atenuação de sinal devido à longa distância entre nós fonte e destino e/ou presença de ruído de alta potência). Quando a degradação do canal não é acentuada, o modelo de canal de dois saltos é mais apropriado. Acerca dos sistemas híbridos, constata-se que, quando o retransmissor está no meio do caminho entre fonte e destino, o modelo de canal híbrido com retransmissor único apresenta o melhor desempenho em termos de taxa de dados alcançável ergódica, enquanto o modelo de canal híbrido de um salto oferece os melhores resultados para outros casos. / This dissertation aims to discuss hybrid and non-hybrid cooperative communications applied to in-home broadband data communication systems. In this sense, the two-stage single-relay channel model is investigated for in-home broadband power line communication systems. This cooperative channel model consists of the concatenation of two single-relay channels, covering data communication links with up to two hops. Moreover, a hybrid power line/wireless single-relay channel model is analyzed for broadband data communication systems, considering one-hop links. Ergodic achievable data rate expressions are derived for both hybrid and non-hybrid cooperative channel models in order to compare them. Due to channel and noise characteristics of electric power grids, numerical results are based on a data set constituted by power line channel estimates and additive noise measurements covering the frequency band from 1.7 up to 100 MHz and different relay positions. For wireless channels, the HIPERLAN/2 model with the same bandwidth is used, but at a central frequency of 5 GHz, while the additive noise is considered to be Gaussian white. Regarding only power line communication systems, it is shown that the two-stage single-relay channel model is the best option when the source-to-destination link is severely degraded (e.g., high signal attenuation due to the long distance between source and destination nodes and/or high-power noise presence). When the channel degradation is not severe, the two-hop channel model is more appropriate. Concerning hybrid systems, it is observed that, when the relay is halfway between source and destination nodes, the hybrid single-relay channel model presents the best performance in terms of ergodic achievable data rate, while the hybrid one-hop channel model yields the best results for other cases.