Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A teoria dos jogos à um ramo da matemÃtica dedicado à anÃlise das interaÃÃes entre elementos concorrentes, que se encontram em situaÃÃo de conflito, e à formulaÃÃo de estratÃgias de decisÃo. O potencial de aplicaÃÃo desta teoria em sistema de comunicaÃÃo mÃvel à considerado, jà que em alguns dos problemas podem ser identificados elementos em situaÃÃo de conflito. Dois problemas sÃo aqui abordados, a saber, o controle de potencia de transmissÃo e a equalizaÃÃo adaptativa de canal. Ambos estÃo relacionados à interferÃncia, que à um dos mais importantes fatores limitantes do desempenho de sistemas de telefonia celular. O controle de potÃncia de transmissÃo consiste em um procedimento de gerenciamento da interferÃncia de mÃltiplo acesso. Uma nova abordagem deste problema, via teoria dos jogos à considerada nesta dissertaÃÃo, resultando em uma nova deduÃÃo do algoritmo clÃssico de controle de potÃncia DPC (do inglÃs Distributed Power Control). Um novo algoritmo denominado GT-DPC ( do inglÃs Game â Theoretic Distributed Power Control), à desenvolvido e se revela uma forma geral do algoritmo DPC. O algoritmo GT-DPC se mostra mais eficiente em termos de energia do que os algritmos convencionais para serviÃos de qualidade flexÃvel( melhor esforÃo), isto Ã, para um mesmo nÃvel de potÃncia de transmissÃo mais altas do que o DPC. AlÃm disso, este algoritmo permite o gerenciamento dos recursos de potÃncia em cenÃrios de coexistÃncia de serviÃos com diferentes caracterÃsticas. Neste caso, o Lgoritmo à denominado GT-MSDPC ( do inglÃs Game-Theoretic Multi- Service Distributed Power Control).O desempenho dos algoritmos propostos para sistemas de serviÃos à avaliado atravÃs de simulaÃÃes computacionais que emulam os sistemas celulares TDMA( do inglÃs Time Division Multiple Acess) e CDMA(do inglÃs Code Division Multiple Acess). A aplicaÃÃo da teoria dos jogos à equalizaÃÃo adaptativa de canal, que à o procedimento de combate à interferÃncia entre sÃmbolos, està relacionada a situaÃÃes de pior caso. O filtro H( filtro robusto) à derivado atravÃs da aplicaÃÃo de conceitos da teoria dos jogos. AlÃm disso, suas interrelaÃÃes com o filtro de Kalman(RLS) sÃo apresentadas. Por meio de simulaÃÃes computacionais que emulam o sitema de telefonia celular GSM(do inglÃs Global System for Mobile Communications), ambos os fltros tÃm se desempenho como equalizador adaptativo de canal avaliado em dois diferentes cenÃrios. No primeiro deles, diferentes velocidades sÃo atribuÃdas ao usuÃrio, e os resultados mostram que o Rls e o equalizador H apresentam desempenhos comparÃveis. No segundo, considera-se a presenÃa de ruÃdo impulsivo, que pode ser uma consequÃncia do assincronismo de interferÃncia d mÃltiplo acesso, ou que pode ter fontes externas ao sistema de comunicaÃÃo, como a igniÃÃo de motores, llinhas de transmissÃo de energia, fornos de microondas, entre outros. Neste segundo cenÃrio, a robustez do equalizador H fica demonstrda, assim como a degradaÃÃo do desempenho do RLS. Um equalizador hÃbrido RLS-H à proposto, com a obtenÃÃo de ganhos expressivos com respeito ao equalizador RLS convencional. / Game theory is a branch of the Mathematics concerned with the analysis of interactions between competing elements, which are found in conflicting situations, and concerned with the formulation of decision strtegies. This theory is potentially applicable to communications systems problems, since elements in conflicting situations can be identified in some of such problems.Two problems are here considered: the transmit power control and the adaptive channel equalization. Both problems are related to interference, which is one of the most important limiting factors for the cellular system perfomance. Transmit power control consist of a procedure for multi-acess interference management. A new game theoretical approach to power control problem is considered, resulting in a new way to deduce the classical power control algorithm DPC(Distributed Power Con trol). A new algorithm, denoted GT-DPC(Game-theoretic Distributed Power Control), is developed and can be seen as a general form of DPC algorithms for best effort services, since for a unique transmit power level it provides data rates higher than DPC. Furthermore, it allows the power resource management in the presence of services, since for a unique transmit power level it provides data rates higher than DPC. Furthermore, it allows the power resource management in the presence of services with different characteristics. In this case, the algorithm is denoted GT-MSDPC(Game-Theoretic Multi-Service Distributed Power Control). The perfomace of the proposed algorithms for single-service and multi-service systems is demostrated through computational experiments whch simulate TDMA(Time Division Multiple Acess) and CDMA(Code Division Multiple Acess) cellular Systems. The game theory application to adaptive equalization, which is the procedure to combat the intersymbol interference, is related to worst case situations. The H filter(robust filter) is deduced by applying game-theoretic concepts. Furthermore, their relations with the Kalman filter are presented. Through computational experiments wihch simulate GSM(Global System for Mobile Communications) cellular system, both filters have their perfomance as adaptive channel equalizers valued in two different scenarios. In the first one,different speeds are attributed to the user, and results show that both RLS and H equalizer present similar perfomances. In the secon scenario, impulsive noise is considered. Impulsive noise may have external sources, as motors ignition, energy transmission lines or microwaves ovens. In this scenario, the H equalizer robustness is demontrated, so as the RLS perfomance degradation. A hybrid RLS-H equalizer is proposed, obtaining expressive gains with respect to conventional RLS equalizer.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho trata da proposiÃÃo de algoritmos para equalizaÃÃo cega de canais lineares e nÃao-lineares inspirados no Algoritmo do MÃdulo Constante (CMA). O CMA funciona de maneira bastante eficiente com constelaÃÃes nas quais todos os pontos possuem a mesma amplitude, como em modulaÃÃes do tipo Phase Shift Keying (PSK). Entretanto, quando os pontos da constelaÃÃo podem assumir diferentes valores de amplitudes, como em modulaÃÃes do tipo Quadrature Amplitude Modulation (QAM), o CMA e seus derivados muitas vezes nÃo funcionam de forma satisfatÃria. Desta forma, as tÃcnicas aqui propostas sÃo projetadas para melhorar a performance do CMA em termos de velocidade de convergÃncia e precisÃo, quando operando em sinais transmitidos com diversos mÃdulos, em particular para a modulaÃÃo QAM. Assim como o CMA, para possuir um bom apelo prÃtico, essas tÃcnicas devem apresentar bom compromisso entre complexidade, robustez e desempenho. Para tanto, as tÃcnicas propostas utilizam o Ãltimo sÃmbolo decidido para definir uma estimaÃÃo de raio de referÃncia para a saÃda do equalizador. De fato, esses algoritmos podem ser vistos como generalizaÃÃes do CMA e de alguns derivados do CMA para constelaÃÃes com mÃltiplos raios. A proposiÃÃo de algoritmos do tipo gradiente estocÃstico à concluÃda com o desenvolvimento de tÃcnicas originais, baseadas no CMA, para equalizaÃÃo de canais do tipo Wiener, que consiste em um filtro linear com memÃria, seguido por um filtro nÃo-linear sem memÃria. As expressÃes para a adaptaÃÃo do equalizador sÃo encontradas com o auxÃlio de uma notaÃÃo unificada para trÃs diferentes estruturas: i) um filtro de Hammerstein; ii) um filtro de Volterra diagonal; e iii) um filtro de Volterra completo. Um estudo teÃrico acerca do comportamento do principal algoritmo proposto, o Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA) à realizado. SÃo analisadas a convergÃncia e a estabilidade do algoritmo atravÃs de uma anÃlise dos pontos de mÃnimo de sua funÃÃo custo. Outro objetivo à encontrar o valor teÃrico do Erro MÃdio QuadrÃtico MÃdio em Excesso - Excess Mean Square Error (EMSE) fornecido pelo DDMA considerando-se o caso sem ruÃdo. Ao final, à feito um estudo em que se constata que o algoritmo DDMA possui fortes ligaÃÃes com a soluÃÃo de Wiener e com o CMA. VersÃes normalizadas, bem como versÃes do tipo Recursive Least Squares (RLS), dos algoritmos do tipo gradiente estocÃstico estudados sÃo tambÃm desenvolvidas. Cada famÃlia de algoritmos estudada fie composta por quatro algoritmos com algumas propriedades interessantes e vantagens sobre as tÃcnicas clÃssicas, especialmente quando operando em sinais QAM de ordem elevada. TambÃm sÃo desenvolvidas versÃes normalizadas e do tipo RLS dos algoritmos do tipo CMA estudados para equalizaÃÃo de canais nÃo-lineares. O comportamento de todas as famÃlias de algoritmos desenvolvidos à testado atravÃs de simulaÃÃes computacionais, em que à verificado que as tÃcnicas propostas fornecem ganhos significativos em desempenho, em termos de velocidade de convergÃncia e erro residual, em relaÃÃo Ãs tÃcnicas clÃssicas. / This work studies and proposes algorithms to perform blind equalization of linear and nonlinear channels inspired on the Constant Modulus Algorithm (CMA). The CMA works very well for modulations in which all points of the signal constellation have the same radius, like in Phase Shift Keying (PSK) modulations. However, when the constellation points are characterized by multiple radii, like in Quadrature Amplitude Modulation (QAM) signals, the CMA does not work properly in many situations. Thus, the techniques proposed here are designed to improve the performance of the CMA, in terms of speed of convergence and residual error, when working with signals transmitted with multiple magnitude, in particular with QAM signals. As well as for the CMA, these techniques should have a good compromise among performance, complexity and robustness. To do so, the techniques use the last decided symbol to estimate reference radius to the output of the equalizer. In fact, they can be seen as modifications of the CMA and of some of its derivatives for constellations with multiple radii. The proposition of stochastic gradient algorithms is concluded with the development of new adaptive blind techniques to equalize channels with a Wiener structure. A Wiener filter consists of a linear block with memory followed by a memoryless nonlinearity, by using the CMA. We develop expressions for the adaptation of the equalizer using a unified notation for three different equalizer filter structures: i) a Hammerstein filter, ii) a diagonal Volterra filter and iii) a Volterra filter. A theoretical analysis of the main proposed technique, the Decision Directed Modulus Algorithm (DDMA), is also done. We study the convergence and the stability of the DDMA by means of an analysis of the minima of the DDM cost function. We also develop an analytic expression for the Excess Mean Square Error (EMSE) provided by the DDMA in the noiseless case. Then, we nd some interesting relationships among the DDM, the CM and the Wiener cost functions. We also develop a class of normalized algorithms and a class of Recursive Least Squares (RLS)-type algorithms for blind equalization inspired on the CMA-based techniques studied. Each family is composed of four algorithms with desirable properties and advantages over the original CM algorithms, specially when working with high-level QAM signals. Normalized and RLS techniques for equalization of Wiener channels are also developed. The behavior of the proposed classes of algorithms discussed is tested by computational simulations. We verify that the proposed techniques provide significative gains in performance, in terms of speed of convergence and residual error, when compared to the classical algorithms.

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.