CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Devido ao rÃpido crescimento e os agressivos requisitos de vazÃo nas atuais redes sem fio, como os sistemas celulares de 4 a GeraÃÃo, a interferÃncia se tornou um problema que nÃo pode mais ser negligenciado. Neste contexto, o Alinhamento de InterferÃncia (IA) tem surgido como uma tÃcnica promissora que possibilita transmissÃes livres de interferÃncia com elevada eficiÃncia espectral. No entanto, trabalhos recentes tÃm focado principalmente nos ganhos teÃricos que esta tÃcnica pode prover, enquanto esta dissertaÃÃo visa dar um passo na direÃÃo de esclarecer alguns dos problemas prÃticos de implementaÃÃo da tÃcnica em redes celulares, bem como comparÃ-la com outras tÃcnicas bem estabelecidas. Uma rede composta por trÃs cÃlulas foi escolhida como cenÃrio inicial de avaliaÃÃo, para o qual diversos fatores realistas foram considerados de modo a realizar diferentes anÃlises. A primeira anÃlise foi baseada em imperfeiÃÃes de canal, cujos resultados mostraram que o IA à mais robusto aos erros de estimaÃÃo de canal que o BD (do inglÃs, Block Diagonalization), enquanto as duas abordagens sÃo igualmente afetadas pela correlaÃÃo entre as antenas. O impacto de uma interferÃncia externa nÃo-coordenada, que foi modelada por diferentes matrizes de covariÃncia de modo a emular vÃrios cenÃrios, tambÃm foi avaliado. Os resultados mostraram que as modificaÃÃes feitas nos algoritmos de IA podem melhorar bastante seus desempenho, com uma vantagem para o algoritmo que suprime um Ãnico fluxo de dados, quando sÃo comparadas as taxas de erro de bit alcanÃadas por cada um. Para combinar os fatores das anÃlises anteriores, as variaÃÃes temporais de canal foram consideradas. Neste conjunto de simulaÃÃes, alÃm da presenÃa da interferÃncia externa, os prÃ-codificadores sÃo calculados atravÃs de medidas atrasadas de canal, levando a resultados que corroboraram com as anÃlises anteriores. Um fato recorrente percebido em todas as anÃlises anteriores à o dilema entre aplicar os algoritmos baseados em BD, para que se consiga alcanÃar maiores capacidades, ou enviar a informaÃÃo atravÃs de um enlace mais confiÃvel utilizando o IA. Uma maneira de esclarecer este dilema à efetivamente realizar simulaÃÃes a nÃvel sistÃmico, para isto foi aplicado um simulador sistÃmico composto por um grande nÃmero de setores. Como resultado, todas as anÃlises realizadas neste simulador mostraram que a tÃcnica de IA atinge desempenhos intermediÃrios entre a nÃo cooperaÃÃo e os algoritmos baseados na prÃ-codificaÃÃo conjunta. Uma das principais contribuiÃÃes deste trabalho foi mostrar alguns cenÃrios em que a tÃcnica do IA pode ser aplicada. Por exemplo, quando as estimaÃÃes dos canais nÃo sÃo tÃo confiÃveis à melhor aplicar o IA do que os esquemas baseados no processamento conjunto. TambÃm mostrou-se que as modificaÃÃes nos algoritmos de IA, que levam em consideraÃÃo a interferÃncia externa, podem melhorar consideravelmente o desempenho dos algoritmos. Finalmente, o IA se mostrou uma tÃcnica adequada para ser aplicada em cenÃrios em que a interferÃncia à alta e nÃo à possÃvel ter um alto grau de cooperaÃÃo entre os setores vizinhos. / Due to the rapid growth and the aggressive throughput requirements of current wireless networks, such as the 4th Generation (4G) cellular systems, the interference has become an issue that cannot be neglected anymore. In this context, the Interference Alignment (IA) arises as a promising technique that enables transmissions free of interference with high-spectral efficiency. However, while recent works have focused mainly on the theoretical gains that the technique could provide, this dissertation aims to go a step further and clarify some of the practical issues on the implementation of this technique in a cellular network, as well as compare it to other well-established techniques. As an initial evaluation scenario, a 3-cell network was considered, for which several realistic factors were taken into account in order to perform different analyses. The first analysis was based on channel imperfections, for which the results showed that IA is more robust than Block Diagonalization (BD) regarding the Channel State Information (CSI) errors, but both are similarly affected by the correlation among transmit antennas. The impact of uncoordinated interference was also evaluated, by modeling this interference with different covariance matrices in order to mimic several scenarios. The results showed that modifications on the IA algorithms can boost their performance, with an advantage to the approach that suppresses one stream, when the Bit Error Rate (BER) is compared. To combine both factors, the temporal channel variations were taken into account. At these set of simulations, besides the presence of an external interference, the precoders were calculated using a delayed CSI, leading to results that corroborate with the previous analyses. A recurring fact on the herein considered analyses was the dilemma of weather to apply the Joint Processing (JP)-based algorithms in order to achieve higher sum capacities or to send the information through a more reliable link by using IA. A reasonable step towards solving this dilemma is to actually perform the packet transmissions, which was accomplished by employing a system-level simulator composed by a large number of Transmission Points (TPs). As a result, all analyses conducted with this simulator showed that the IA technique can provide an intermediate performance between the non-cooperation and the full cooperation scheme. Concluding, one of the main contributions of this work has been to show some scenarios/cases where the IA technique can be applied. For instance, when the CSI is not reliable it can be better to use IA than a JP-based scheme. Also, the modifications on the algorithms to take into account the external interference can boost their performance. Finally, the IA technique finds itself in-between the conventional transmissions and Coordinated Multi-Point (CoMP). IA achieves an intermediate performance, while requiring a certain degree of cooperation among the neighboring sectors, but demanding less infrastructure than the JP-based schemes.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / This dissertation deals with the estimation of time-selective fading channels in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) coding systems. We considered that the channel obeys the WSS-US (Wide Sense StationaryâUncorrelated Scattering) model, with an integral number of multi-paths. In presence of time-selective fading, we showed that the sub-carriers are the DFT (Discrete Fourier Transform) of the average of Nc channel samples in time-domain, where Nc is the number of employed sub-carriers. Under the assumption that the channel obeys the TDL (Tapped Delay Line) model, and the transmitted symbols at each sub-carrier have the same power, we also showed that the channel power is divided between the sub-carrier and ICI (Inter-Carrier Interference) power. For a grid placement of the pilot sub-carriers, we derived a MMSE (Minimum Mean Square Error) estimator that is able to exploit both time and frequency correlations. Supposing the sub-carrier correlations can be separated as the product between the time and frequency correlations, the filtering structure of the IIR (Infinite Impulse Response) estimator can be separated as the estimation at the pilot positions and the interpolation over time and frequency domain. Just taking into account that the maximum Doppler frequency and the channel and sub-carrier power are known at the receiver, we proposed a robust estimator that does not require the estimation of channel correlations and noise variance. We considered an adaptive estimator derived from the filtering structure obtained in the MMSE estimator. The filtering section that exploits the frequency-domain channel correlations is estimated by the LORAF (Low-Rank Adaptive Filter ) and OPAST(Orthogonal Projection Approximation Subspace Tracking) algorithms. The filters that exploits the time-domain channel correlations are estimated adaptively by an algorithm based on QR decomposition, which supports a fast version, whose computational complexity has the order of the filter length. All the analyzed and proposed estimation techniques are compared by computer simulation. / Nesta dissertaÃÃo à abordado o problema de estimaÃÃo de canais variantes no tempo em sistemas de modulaÃÃo OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Foi escolhido o modelo de canal WSS-US (Wide Sense StationaryâUncorrelated Scattering) com um nÃmero de percursos bem definido. Mostrou-se que, quando o canal à seletivo no tempo, as sub-portadoras consistem na DFT (Discrete Fourier Transform) da mÃdia conjunta de Nc amostras do canal no tempo, em que Nc à o nÃmero de sub-portadoras empregadas. Com a suposiÃÃo de que o canal obedece o modelo TDL (Tapped Delay Line) e os sÃmbolos de cada sub-portadora tÃm mesma potÃncia, tambÃm foi mostrado que a potÃncia do canal se divide entre a potÃncia da sub-portadora e a potÃncia da ICI (Inter-Carrier Interference). Para uma disposiÃÃo em grid das sub-portadoras piloto, à derivado um estimador MMSE (Minimum Mean Square Error) que explora as correlaÃÃes do canal tanto no tempo como na freqÃÃncia. Da suposiÃÃo de que as correlaÃÃes das sub-portadoras podem ser separadas como o produto entre as correlaÃÃes do canal no tempo e na freqÃÃncia, obtÃve-se que a estrutura de filtragem do estimador IIR (Infinite Impulse Response) pode ser separada entre as estimativas somente sobre as sub-portadoras piloto e o processo de interpolaÃÃo, seja no tempo como na freqÃÃncia. à proposto um estimador robusto, que nÃo requer as estimativas das correlaÃÃes do canal e a variÃncia do ruÃdo, apenas considerando que a freqÃÃncia Doppler mÃxima, a potÃncia do canal e a potÃncia das sub portadoras sÃo conhecidas. TambÃm foi considerado um estimador adaptativo derivado a partir da estrutura de filtragem do estimador MMSE. A seÃÃo do filtro que explora as correlaÃÃes do canal na freqÃÃncia à estimada pelos algoritmos LORAF (Low-Rank Adaptive Filter ) e OPAST (Orthogonal Projection Approximation Subspace Tracking). Jà os filtros que exploram as correlaÃÃes temporais do canal sÃo estimados adaptativamente por meio de um algoritmo baseado em decomposiÃÃo QR, que suporta uma versÃo rÃpida de complexidade computacional da ordem do comprimento filtro empregado. Todas as tÃcnicas de estimaÃÃo analisadas ou propostas sÃo comparadas utilizando simulaÃÃo em computador.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O estudo investigou a produÃÃo e a percepÃÃo do padrÃo acentual e a reduÃÃo vocÃlica em pares mÃnimos de lÃngua inglesa em aprendizes brasileiros de lÃngua inglesa, divididos igualmente em trÃs nÃveis diferentes de proficiÃncia, a fim de verificar que fatores lingÃÃsticos e sociais poderiam ser responsÃveis pela mà pronÃncia desses itens lexicais. A produÃÃo dos padrÃes acentuais foi avaliada atravÃs de tarefas de leitura e repetiÃÃo de sentenÃas. A percepÃÃo dos participantes foi mensurada atravÃs de atividades de iscriminaÃÃo acentual e categÃrica. Esperou-se que o nÃvel de proficiÃncia lingÃÃstica fosse diretamente proporcional ao nÃmero total de acertos por testes, hipÃtese que foi confirmada parcialmente, pois os resultados apontaram que em alguns casos, o nÃvel de proficiÃncia do aprendiz nÃo à o Ãnico responsÃvel pelo sucesso na atribuiÃÃo do acento e de reduÃÃo vocÃlica, mas sim o tempo de exposiÃÃo à lÃngua, confirmado pela quantidade de horas-aula anteriores ao inÃcio do curso na instituiÃÃo em que o corpus foi coletado. Uma outra hipÃtese preliminar da pesquisa foi a de que o sucesso na produÃÃo dos pares mÃnimos devia-se a uma boa percepÃÃo deles. No entanto, essa hipÃtese nÃo foi confirmada pelo fato dos totais de acertos dos testes de produÃÃo nÃo acompanharem linearmente os resultados quantitativos dos testes de percepÃÃo, que revelaram capacidades mais do que satisfatÃrias no que diz respeito à percepÃÃo da mudanÃa de acento e determinaÃÃo da categoria lexical. Os testes de produÃÃo apresentaram um nÃmero excessivamente reduzido de emissÃes corretas na reduÃÃo vocÃlica, caracterÃstica fundamental para a inteligibilidade de alguns pares mÃnimos. As variÃveis sociais nÃo influenciaram significativamente no fenÃmeno de mà produÃÃo do acento primÃrio de pares mÃnimos. / The study aimed at investigating the production and perception of English minimal pairs in a group of Brazilian students of English as a foreign language, equally divided in three different proficiency levels in order to verify which linguistic and social factors could be responsible for the mispronunciation of those lexical items. The stress pattern production was evaluated through reading activities and sentence repetition. The perception of the participants was measured through stress and categorical discrimination activities. It was expected that the linguistic proficiency level would be directly proportional to the amount of correct answers per test, which was partially confirmed, for the results revealed that, in some cases, the learnerâs proficiency level is not the only factor responsible for determining the success in stress attribution and vowel reduction, but the amount of hours each one had before studying in the institution where the corpus was collected. Another hypothesis of the research considered that success in the production of the minimal pairs would be a result of a satisfactory perception of those same pairs. However, this hypothesis was not confirmed because the amount of correct answers in the production tests did not accompany the quantitative results of the perception tests, what revealed that learnersâ capacities to perceive stress shift and determining the lexical category are more than satisfactory. The production tests presented an excessively reduced number of correct utterances in vowel reduction, which is a fundamental feature for the intelligibility of some minimal pairs. The social variables did not interfere at all with the minimal pairs stress production.

Ericsson Brasil / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Em um mundo onde as pessoas contam com smartphone, smartwatch, tablet e outros dispositivos para mantÃ-las conectadas onde quer que vÃo, t odos esperam que seus aplicativos sejam executados sem problemas, tais como cham adas abandonadas, download lento e vÃdeos com saltos. Neste contexto, comunicaÃÃo dispositivo-a-dispositivo ( do inglÃs, Device-to-Device (D2D)) constitui uma tecnologia promissora, pois à um tipo de comun icaÃÃo direta e utiliza baixa potÃncia entre dispositivos prÃximos, permitindo-se desv iar o trÃfego da rede mÃvel, aumentar a eficiÃncia espectral e de potÃncia. Do ponto de vista do assi nante, D2D significa usar aplicaÃÃo sem problemas e aumentar o tempo de vida da bateria do celular. No entanto, a fim de realizar os ganhos potenciais das comunic aÃÃes D2D, algumas questÃes-chave devem ser abordadas, pois as comunicaÃÃes D 2D podem aumentar a interferÃncia co-canal e comprometer a qualidade do enlace das comunicaÃÃes celulares. Esta dissertaÃÃo foca em tÃcnicas de Gerenciamento de Recur sos de RÃdio (do inglÃs, Radio Resource Management (RRM)) para mitigar a interferÃncia co -canal para comunicaÃÃes D2D que se baseiam na EvoluÃÃo de Longo Prazo (do inglÃs, Long Ter m Evolution (LTE)), visando a reduÃÃo da interferÃncia intra- e inter-celular e na melho ria da eficiÃncia energÃtica. Os principais esquemas de Controle de PotÃncia (do inglÃs, Pow er Control (PC)) (e.g. OLPC,CLPC e SDPC) e um esquema hÃbrido (CLSD) sÃo calibrados e utilizad os no cenÃrio macro ou micro multicelular, usando diferentes cargas e InformaÃÃo do Est ado do Canal (do inglÃs, Channel State Information (CSI)) perfeita ou imperfeita. AlÃm diss o, o impacto da inclinaÃÃo da antena ( downtilt ) à analisado, que à usada para ajustar o raio de cobertura de u ma Evolved Node B (eNB) e reduzir a interferÃncia co-canal, aumentando o iso lamento de cÃlulas. Os resultados numÃricos indicam que os regimes de controle d e potÃncia e inclinaÃÃo da antena, devidamente calibrados, podem fornecer ganhos p ara a comunicaÃÃo celular e D2D. Em outras palavras, a tecnologia D2D pode ser utilizada para aumentar ainda mais a eficiÃncia de espectro e a eficiÃncia energÃtica se algoritm os de RRM forem utilizados adequadamente / In a world where people count on their smartphone, smartwatch, tablet and other devices to keep them connected wherever they go, they expect its application to run without problems, such as dropped calls, slow download and choppy videos. In this context, Device-to-Device (D2D) communication represents a promising technology, because it is a direct and low-power communication between devices close, allowing to offload the data transport network, increase spectral and power efficiency. From the subscriber point of view, D2D means to use applications without problem and increase battery life. However, in order to realize the potential gains of D2D communications, some key issues must be tackled, because D2D communications may increase the co-channel interference and compromise the link quality of cellular communications. This masterâs thesis focuses on Radio Resource Management (RRM) techniques, especially Power Control (PC) schemes, to mitigate the co-channel interference for D2D communications underlaying a Long Term Evolution (LTE) network, aiming at the reduction of the intra- and inter- cell interference and at the improvement of energy efficiency. The main PC schemes (e.g. OLPC, CLPC and SDPC) and a hybrid scheme (CLSD) are calibrated and used in macro- or micro- multicell scenario, using different loads and imperfect Channel State Information (CSI). In addition, the impact of downtilt is analyzed, which is used to adjust the coverage radius of an Evolved Node B (eNB) and reduce co-channel interference by increasing cell isolation. The numerical results indicate that PC schemes and downtilt, duly calibrated, can provide gains to cellular and D2D communications. In other words, D2D technology can be used to further increase the spectral and energy efficiency if RRM algorithms are used suitably.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Over the last years, the wireless broadband access has achieved a tremendous success. With that, the telecommunications industry has faced very important changes in terms of technology, heterogeneity, kind of applications, and massive usage (virtual data tsunami) derived from the introduction of smartphones and tablets; or even in terms of market structure and its main players/actors. Nonetheless, it is well-known that the electromagnetic spectrum is a scarce resource, being already fully occupied (or at least reserved for certain applications). Tra- ditional spectrum markets (where big monopolies dominate) and static spectrum management originated a paradoxal situation: the spectrum is occupied without actually being used! In one hand, with the global transition from analog to digital Television (TV), part of the spectrum previously licensed for TV is freed and geographically interleaved, originating the consequent Television White Spaces (TVWS); on the other hand, the direct communications between devices, commonly referred as Device-to-Device (D2D) communications, are attracting crescent attention by the scientific community and industry in order to overcome the scarcity problem and satisfy the increasing demand for extra capacity. As such, this thesis is divided in two main parts: (a) Spectrum market for TVWS: where a SWOT analysis for the use of TVWS is performed giving some highlights in the directions/actions that shall be followed so that its adoption becomes effective; and a tecno-economic evaluation study is done considering as a use-case a typical European city, showing the potential money savings that operators may reach if they adopt by the use of TVWS in a flexible market manner; (b) D2D communications: where a neighbor discovery technique for D2D communications is proposed in the single-cell scenario and further extended for the multi-cell case; and an interference mitigation algorithm based on the intelligent selection of Downlink (DL) or Uplink (UL) band for D2D communications underlaying cellular networks. A summary of the principal conclusions is as follows: (a) The TVWS defenders shall focus on the promotion of a real-time secondary spectrum market, where through the correct implementation of policies for protection ratios in the spectrum broker and geo-location database, incumbents are protected against interference; (b) It became evident that an operator would recover its investment around one year earlier if it chooses to deploy the network following a flexible spectrum market approach with an additional TVWS carrier, instead of the traditional market; (c) With the proposed neighbor discovery technique the time to detect all neighbors per Mobile Station (MS) is significantly reduced, letting more time for the actual data transmission; and the power of MS consumed during the discovery process is also reduced because the main processing is done at the Base Station (BS), while the MS needs to ensure that D2D communication is possible just before the session establishment; (d) Despite being a simple concept, band selection improves the gains of cellular communications and limits the gains of D2D communications, regardless the position within the cell where D2D communications happen, providing a trade-off between system performance and interference mitigation. / Nos Ãltimos anos, o acesso de banda larga atingiu um grande sucesso. Com isso, a indÃstria das telecomunicaÃÃes passou por importantes transformaÃÃes em termos de tecnologia, heterogeneidade, tipo de aplicaÃÃes e uso massivo (tsunami virtual de dados) em consequÃncia da introduÃÃo dos smartphones e tablets; ou atà mesmo na estrutura de mercado e os seus principais jogadores/atores. PorÃm, à sabido que o espectro electromagnÃtico à um recurso limitado, estando jà ocupado (ou pelo menos reservado para alguma aplicaÃÃo). O mercado tradicional de espectro (onde os grandes monopÃlios dominam) e o seu gerenciamento estÃtico contribuÃram para essa situaÃÃo paradoxal: o espectro està ocupado mas nÃo està sendo usado! Por um lado, com a transiÃÃo mundial da TelevisÃo (TV) analÃgica para a digital, parte do espectro anteriormente licenciado para a TV à libertado e geograficamente multiplexado para evitar a interferÃncia entre sinais de torres vizinhas, dando origem a ÂespaÃos em branco na frequÃncia da TV ou Television White Spaces (TVWS); por outro lado, as comunicaÃÃes diretas entre usuÃrios, designadas por comunicaÃÃes diretas Dispositivo-a-Dispositivo (D2D), està gerando um crescente interesse da comunidade cientÃfica e indÃstria, com vista a ultrapassar o problema da escassez de espectro e satisfazer a crescente demanda por capacidade extra. Assim, a tese està dividida em duas partes principais: (a) Mercado de espectro eletromagnÃtico para TVWS: onde à feita uma anÃlise SWOT para o uso dos TVWS, dando direÃÃes/aÃÃes a serem seguidas para que o seu uso se torne efetivo; e um estudo tecno-econÃmico considerando como cenÃrio uma tÃpica cidade Europeia, onde se mostram as possÃveis poupanÃas monetÃrias que os operadores conseguem obter ao optarem pelo uso dos TVWS num mercado flexÃvel; (b) ComunicaÃÃes D2D: onde uma tÃcnica de descoberta de vizinhos para comunicaÃÃes D2D à proposta, primeiro para uma Ãnica cÃlula e mais tarde estendida para o cenÃrio multi-celular; e um algoritmo de mitigaÃÃo de interferÃncia baseado na seleÃÃo inteligente da banda Ascendente (DL) ou Descendente (UL) a ser reusada pelas comunicaÃÃes D2D que acontecem na rede celular. Um sumÃrio das principais conclusÃes à o seguinte: (a) Os defensores dos TVWS devem-se focar na promoÃÃo do mercado secundÃrio de espectro electromagnÃtico, onde atravÃs da correta implementaÃÃo de politicas de proteÃÃo contra a interferÃncia no broker de espectro e na base de dados, os usuÃrios primÃrio sÃo protegidos contra a interferÃncia; (b) Um operador consegue recuperar o seu investimento aproximadamente um ano antes se ele optar pelo desenvolvimento da rede seguindo um mercado secundÃrio de espectro com a banda adicional de TVWS, em vez do mercado tradicional; (c) Com a tÃcnica proposta de descoberta de vizinhos, o tempo de descoberta por usuÃrio à significativamente reduzido; e a potÃncia consumida nesse processo à tambÃm ela reduzida porque o maior processamento à feito na EstaÃÃo RÃdio Base (BS), enquanto que o usuÃrio sà precisa de se certificar que a comunicaÃÃo direta à possÃvel; (d) A seleÃÃo de banda, embora seja um conceito simples, melhora os ganhos das comunicaÃÃes celulares e limita os das comunicaÃÃes D2D, providenciando um compromisso entre a performance do sistema e a mitigaÃÃo de interferÃncia.