Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-28T20:18:01Z No. of bitstreams: 1 guilhermeribeirocolen.pdf: 4525385 bytes, checksum: e90d041d33c901d139d8476b96e02078 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-29T11:52:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermeribeirocolen.pdf: 4525385 bytes, checksum: e90d041d33c901d139d8476b96e02078 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-29T11:52:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermeribeirocolen.pdf: 4525385 bytes, checksum: e90d041d33c901d139d8476b96e02078 (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese concentra-se na redução da complexidade computacional e na necessidade de largura de banda associada com a utilização de técnicas de alocação de recursos em sistemas de comuniação via rede elétrica (power line communication – PLC) com base no esquema de multiplexação por divisão ortogonal na frequência (orthogonal frequency division multiplexing – OFDM). Neste contexto, é introduzida a técnica sub-ótima chamada de temporal compressive resource allocation (TCRA). Esta técnica é capaz de explorar a relação existente entre microslots (exploração no domínio do tempo) para reduzir o número de vezes por segundo que alocação de recursos é executada. Além disso, é proposto um novo parâmetro, denominado de banda de coerência da relação sinal ruído normalizada (normalized signal to noise ratio – nSNR) para informar precisamente a planicidade da nSNR. A eficácia deste parâmetro é comparada com a banda de coerência. Diante disto, sua modelagem estatística para ambientes in-home, outdoor de baixa tensão e PLC-wireless é apresentada considerando distribuições de componentes individuais e misturas de Gaussianas. Com base na definição da banda de coerência da nSNR, é descrita a técnica sub-ótima denominada spectral compressive resource allocation (SCRA). Ela explora a relação existente entre os sub-canais adjacentes (exploração no domínio da frequência) para reduzir a dimensão do vector de nSNR, que é a principal informação de entrada para a técnicas de alocação de recursos. Com base no fato de que a geometria de tiles associadas com a transformada de Fourier discreta limita os ganhos associados com o uso da técnica SCRA em conjunto com o esquema OFDM, é introduzido pela primeira vez o esquema chamado multiplexação por divisão ortogonal no tempo-frequência (orthogonal time-frequency division multiplexing – OTFDM). Este esquema se baseia na transformada ortogonal de Stockwell discreta para oferecer diferentes geometrias de tiles e funciona tanto para comunicação de dados em banda de base quanto em banda passante. Os resultados numéricos baseados em canais PLC medidos e no uso de protótipo de transceptores PLC mostram que as técnicas TCRA e SCRA podem trocar redução de complexidade computacional por perda de taxa de transmissão e que economia de complexidade computacional relevante pode ser realizada com baixas perdas na taxa de transmissão. Ademais, os resultados numéricos mostram que o esquema OTFDM pode ser superado pelo esquema de OFDM se a informação de estado de canal não está disponível no lado do transmissor. No entanto, a disponibilidade de tais informações no lado do transmissor permite a utilização do esquema OTFDM em conjunto com a técnica SCRA atingir uma melhoria notável em comparação com o esquema OFDM trabalhando com a técnica SCRA. / This dissertation focuses on the computational complexity reduction and on the need for network bandwidth associated with the use of resource allocation techniques in power line communication (PLC) system based on orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme. In this context, the so-called temporal compressive resource allocation (TCRA) technique, which is a sub-optimal technique, is introduced. The TCRA is capable of exploiting the existing relationship among microslots (time domain exploitation) to reduce the number of times per second the resource allocation technique is executed. Also, a noval parameter, called nSNR coherence bandwidth, that precisely informs the flatness of the normalized signal to noise ratio (nSNR) is proposed. The effectiveness of this parameter is compared to the coherence bandwidth. Also, its statistical modeling for in-home, outdoor and low-voltage, and hybrid PLC-wireless channels with single-component and Gaussian mixture distributions is presented. Based on the nSNR coherence bandwidth definition, the spectral compressive resource allocation (SCRA) technique, which is a suboptimal technique, is outlined. The SCRA technique exploits the existing relationship among adjacent subchannels (frequency domain exploitation) to reduce the dimensionality of the nSNR vector, which is the main feeding information for the resource allocation technique. Based on the fact that the geometry of the tiles associated with the discrete Fourier transform limits the gains associated with the use of the SCRA together with the OFDM scheme, the so-called orthogonal time-frequency division multiplexing (OTFDM) scheme is, for the first time, introduced. The OTDFM scheme, which is based on the discrete orthogonal Stockwell transform, offers different tile geometries and works in both baseband and passband data communications. Numerical results based on measured PLC channels and the use of prototype of PLC transceivers show that TCRA and SCRA techniques can trade computational complexity reduction with data rate loss and relevant computational complexity savings may be accomplished with low data rate losses. Moreover, the numerical results show that the OTFDM scheme may be outperformed by the OFDM scheme if channel state information is not available at the transmitter side; however, the availability of such information at the transmitter side allow the use of the OTFDM scheme together with the SCRAs achieve remarkable improvement in comparison with OFDM scheme working with the SCRA technique.

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.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-11T10:56:22Z No. of bitstreams: 1 juandavidvalenciapayan.pdf: 2769602 bytes, checksum: f450fbb83bbe8b4e5a8cdb7c9b4fa338 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T11:57:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 juandavidvalenciapayan.pdf: 2769602 bytes, checksum: f450fbb83bbe8b4e5a8cdb7c9b4fa338 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T11:57:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 juandavidvalenciapayan.pdf: 2769602 bytes, checksum: f450fbb83bbe8b4e5a8cdb7c9b4fa338 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta contribuição descreve uma caracterização estatística da rede de baixa tensão Brasileira residencial como meio de comunicação. As discussões são baseadas em canais estimados obtidos em uma campanha de medição realizada em quatro apartamentos diferentes, com tamanhos que variam de 50 até 90 metros quadrados. Os parâmetros considerados para esta análise são o Root Mean Square Delay Spread, o ganho médio do canal e a capacidade do canal. Para efeitos de comparação com a rede de potencia dos Estados Unidos, a banda de frequência utilizada foi de 1:705 até 30 MHz. A análise relatada mostra que o Root Mean Square Delay Spread e o ganho médio do canal não podem ser modelados como variáveis log-normal. Os resultados obtidos geram dúvidas em relação aos atuais encontrados na literatura, em que se afirma que tanto o Root Mean Square Delay Spread quanto o ganho médio do canal seguem uma distribuição log-normal. Foram medidos também a impedância de acesso e o ruído do canal de comunicação via rede elétrica. Além disso, os conceitos de cooperação para melhorar o desempenho dos sistemas de comunicação via rede elétrica foram analisados, mais especificamente na rede de baixa tensão Brasileira residencial. Para isso, foram analisados a performance dos protocolos de Amplify-and-Forward e Decode-and-Forward, em conjunto com as técnicas de combinação Equal-Gain Combining, Selection-Combining e Maximal-Ratio Combining. A análise sobre os dados medidos cobriram uma faixa de frequência de 1:705 a 100 MHz. Os dados medidos abordam quatro cenários para possíveis localizações do nó Relay. Os resultados obtidos mostram que o Amplify-and- Forward é de aplicabilidade limitada no contexto de comunicação via rede elétrica e o oposto é válido para o protocolo de Decode-and-Forward, principalmente se a probabilidade de erro de detecção de símbolos no nó Relay tende a zero. / This thesis outlines a statistical characterization of the Brazilian In-Home Low-Voltage Electric Power Grid as a communication medium. The discussions are based on estimated channels obtained in a measurement campaign carried out in four different apartments with sizes ranging from 50 up to 90 square meters. The parameters considered for this analysis are the Root Mean Square Delay Spread, the average channel gain, and the channel capacity. For the sake of comparison with the Electric Power Grid in United States, the frequency band ranging from 1:705 up to 30 MHz was set. The reported analysis shows that the Root Mean Square Delay Spread and the average channel gain cannot be modeled as log-normal variables, this cast doubt the current results found in the literature, in which is stated that both the Root Mean Square Delay Spread and the average channel gain follow a log-normal distribution. This was followed by the Power Line Communication access impedance and noise measurements in the In-Home Low-Voltage Electric Power Grid. Additionally, the suitability of cooperation concepts for improving the performance of Power Line Communication systems was analyzed, more specifically in the Brazilian In-Home Low-Voltage Electric Power Grid. For this purpose, the performance of the Amplify-and-Forward and Decode-and- Forward protocols, together with the Equal-Gain Combining, Selection Combining, and Maximal-Ratio Combining techniques were analyzed. The analysis was carried out on the measured data covering a frequency band from 1:705 up to 100 MHz. The measured data addresses four scenarios for possible relay node locations. The attained results show that the Amplify-and-Forward is of limited applicability in the Power Line Communication context and the opposite is valid to the Decode-and-Forward protocol, mainly if the error probability of detecting symbols at the relay node is zero.