Este trabalho apresenta como proposta uma rede sem fio adaptativa, que utiliza o conceito de métricas inter-camadas na escolha das rotas. Para tal, foram realizadas simulações utilizando o programa computacional Network Simulator - NS. Escolheu-se utilizar o protocolo de roteamento OLSR, do inglês Optimized Link State Routing para realizar o cálculo e escolha das rotas, e o padrão IEEE 802.11g foi escolhido para transmissão de dados. As interações entre as camadas foram alteradas, de modo que o valor da relação interferência sinal ruído, do inglês, Signal-to-Interference Noise Ratio - SINR, seja percebida na camada física e repassada para camada de rede. Quando um elemento móvel recebe um pacote de controle de um determinado vizinho, o valor de SINR calculado representa o estado do enlace entre os dois elementos móveis. Assume-se que cada nó possui conhecimento prévio da taxa de transmissão que irá proporcionar a maior vazão possível, de acordo com o estado do enlace. E com base no conhecimento do estado dos enlaces no percurso fim-a-fim, a camada de rede irá buscar e estabelecer o caminho que proporcione a maior vazão possível. E buscando enfatizar os ganhos gerados pelo modelo proposto, os resultados obtidos nas simulações foram comparados com um modelo de rede não adaptativo, utilizando a versão tradicional do protocolo OLSR descrita pela RFC3626. Também verificou-se o desempenho do modelo proposto, em conjunto com algumas técnicas conhecidas e já estabelecidas de combate aos efeitos do desvanecimento. / This work presents a proposal of a wireless adaptive network which chooses its routes based on a cross-layer metric concept. This proposal was conducted by means of computer simulations and more specifically, using the Network Simulator - NS software. Procedures concerning the addiction and establishment of new routes were handled by the well known routing protocol, Optimized Link State Routing protocol - OLSR. The IEEE 802.11g standard was selected to perform all data transmissions. Interactions between the network layers were modified, so the information regarding the signal-to-interference noise ratio (SINR) detected at the physical layer, is delivered directly at the network layer. When a wireless node receives a routing packet from its neighbor, it calculates the SINR value which represents the link state between these two nodes. It is assumed that each wireless node previously knows the transmission rate, which will ensure the highest throughput regarding the state of link. Once a node gathers sufficient information about the link state of each hop across an end-to-end path, the network layer shall be able to calculate the route which offers the highest throughput. And to evaluate the advantages and disadvantages of this proposal, simulation results were compared to a non-adaptive network model, using the traditional version of the OLSR protocol described in the RFC3626. Also the performance of this proposal was evaluated, combined with already known and established fading reduction techniques.

Orientadores: Renato da Rocha Lopes, João Marcos Travassos Romano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T19:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Loiola_MuriloBellezoni_D.pdf: 1970092 bytes, checksum: 28591fb8ccc8eb5f6eb64dfa626f4241 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho utilizamos filtros de Kalman para estimar canais de comunicação sem fio variantes no tempo em sistemas com múltiplas entradas e múltiplas saídas. Primeiramente, propusemos um estimador ótimo (no sentido de minimização do erro quadrático médio de estimação) para rastrear canais planos em sistemas utilizando códigos espaço-temporais ortogonais por blocos. Graças à ortogonalidade destes códigos, foi possível simplificar as equações do filtro de Kalman. Mostramos que as estimativas fornecidas pelo estimador proposto correspondem a somas ponderadas de estimativas instantâneas de máxima verossimilhança do canal. Ainda para este sistema, propusemos um filtro de Kalman em estado estacionário para modulações de módulo constante. O filtro em estado estacionário tem desempenho semelhante ao do filtro de Kalman ótimo, embora necessite apenas de uma fração dos cálculos envolvidos. Em seguida, propusemos um receptor baseado no filtro de Kalman estendido para realizar conjuntamente as tarefas de estimação de canais seletivos em freqüência e detecção de sinais em sistemas com múltiplas entradas, múltiplas saídas (MIMO, do inglês multiple-input, multiple-output) e multiplexação espacial. Por fim, adaptamos este estimador conjunto para incorporá-lo a um receptor turbo. Desta maneira, o estimador conjunto pode aproveitar a redundância introduzida pela codificação de canal para aprimorar as estimativas dos coeficientes do canal e dos símbolos transmitidos por meio de um processo iterativo / Abstract: In this work we use Kalman filters to estimate time-varying wireless channels in multiple-input, multiple-output (MIMO) systems. First, we propose an optimal estimator (in the minimum mean squared error sense) to track flat channels in orthogonal space-time block coded systems. Due to the orthogonality inherent to these codes, the Kalman filter equations can be simplified. We also show that the channel estimates provided by the proposed estimator correspond to weighted sums of instantaneous maximum likelihood channel estimates. For constant modulus signal constellations, we propose a steady-state Kalman filter. The proposed steady-state Kalman filter suffers negligible performance degradation compared to the optimal Kalman filter while requiring just a fraction of its complexity. After that, we propose an extended Kalman filter-based receiver that jointly performs the estimation of time-varying frequency-selective MIMO channels and the detection of transmitted signals in spatial multiplexing systems. Finally, we adapt this joint estimator to a turbo receiver. Therefore, the joint estimator can benefit from the error correction capabilities of channel codes to iteratively improve channel and signal estimates / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Gilmar Barreto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:40:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RamirezBuitrago_AnaMaria_M.pdf: 759461 bytes, checksum: 2948f7c4d961f0f71c8c3d790e304829 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho apresentamos a modelagem computacional de uma válvula de expansão eletrônica a partir de dados experimentais de entradas e saídas através de modelos no espaço de estado, usando técnicas de subespaços, com objetivo de ter um sistema de refrigeração e ar condicionado eficiente, combinando eletrônica de potência e computação de modo a fornecer uma melhor solução para conservação de energia. A modelagem e a validação são feitas usando uma implementação computacional dos algoritmos de subespaços do espaço de estado. Os resultados apresentados mostram a validade e vantagens da técnica de modelagem realizada / Abstract: This research shows the computational modeling of a electronic expansion valve based on input and output experimental data using Models in State Space and subspace methods. The aim of this work was to obtain an efficient Cooling and Air Conditioning system by the combination of power electronics and computation, as a result, a better solution for energy conservation was obtained. Modeling and validation are made using a computational implementation of subspace methods algorithms in state space. Achieved results show the validity and advantages of the modeling technique implemented / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

A análise de caminhos de transferência de energia (TPA na sigla em inglês para Transfer Path Analysis) corresponde a um grupo de métodos numérico/experimental para análise e solução de problemas vibro-acústicos de sistemas lineares invariantes no tempo, sendo seu principal campo de aplicação a indústria automotiva. A TPA é uma técnica que identifica as principais fontes de vibração e ruído, e os caminhos estruturais e acústicos pelos quais são transmitidas para determinados locais de interesse. Conhecendo as fontes de ruído e vibração e os caminhos de propagação é possível propor modificações eficientes em minimizar o ruído/vibração nas regiões de interesse, ou atribuir características desejáveis para tais componentes, envolvendo técnicas de controle passivo e ativo. Este trabalho apresenta um estudo numérico e experimental das técnicas de TPA, utilizando métodos diretos e inversos de determinação de forças operacionais. Estes estudos foram realizados em um mockup de um veículo, com o objetivo de determinar o caminho de maior contribuição para o ruído no interior do protótipo, e a partir deste resultado, propor um sistema de controle ativo para minimizar este ruído interno. / The Transfer Path Analysis (TPA) is a group of numerical/experimental tools for the analysis and troubleshooting of noise and vibration problems in linear time invariant vibroacoustic systems, being the automotive sector its major user. TPA consists of a numerical/experimental analysis that allows the identification of the main noise and vibration sources and the structural/acoustic transfer paths to the Target points. Based on the sources and paths, it is possible to propose modifications that efficiently minimize noise and vibration at the target positions. By means of active control it is possible to modify noise and vibration in order to change, rather than minimize noise and vibration, achieving certain design targets. This work presents a numerical and experimental study of TPA techniques, using direct and inverse operational loads determination methods. These studies were performed on a vehicle mockup, in order to determine the path of greatest contribution to the noise inside the prototype, and from this result, propose an active control system to minimize this internal noise.

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Depuis plusieurs années, les technologies de l’information et de la communication connaissent un développement spectaculaire. Le trafic d’information augmente exponentiellement alors que l’évolution de l’efficacité énergétique des réseaux, définie généralement comme le rapport entre l’énergie utile en sortie du système et l’énergie totale fournie au système, n’augmente que de manière linéaire. Pour soutenir la demande de trafic, il est alors nécessaire de multiplier les équipements réseaux ce qui augment la facture énergétique des opérateurs et les émissions de gaz carbonique. Devant l’urgence de la situation, de nombreux projets et consortiums ont été créés avec l’objectif de renforcer l’efficacité énergétique des réseaux. Par exemple, le consortium GreenTouch™ fondé en 2010 a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique des réseaux d’un facteur 1000 d’ici 2015 et de réduire leur consommation énergétique de 90% d’ici 2020 (par rapport à 2010). Le projet METIS a pour objectif de définir les télécommunications de 2020 (5G) cherche des solutions efficaces minimisant les coûts, les ressources et la consommation énergétique. Le projet MiWEBA qui intègre les ondes millimétrique aux communications mobiles dans le but d’augmenter la capacité du réseau d’un facteur 1000 avec un coût raisonnable.Dans cette thèse, nous abordons deux solutions répondant aux challenges de la 5G et permettant de réduire les niveaux des puissances rayonnées par les systèmes de télécommunications : l’amélioration de la couche physique via les techniques de focalisation spatiale et l’adaptation de lien multi-technologies. L’objectif principal de la thèse est de réaliser des transmissions de données très haut débit à forte efficacité énergétique à l’aide d’une connectivité multi-technologies sans coutures y compris dans des réseaux comprenant une multitude de périphériques à faible complexité.L’organisation de la thèse est la suivante : tout d’abord, l’implémentation de techniques de focalisation spatiale, le Retournement Temporel (RT) et l’EGT (Equal Gain Transmission), dans un système utilisant les dernières évolutions du standard IEEE 802.11, notamment l’intégration d’une composante 60 GHz, est étudiée. Les performances de ces techniques sont analysées de manière à identifier les conditions optimales de leur utilisation et il est montré qu’avec un minimum de deux antennes de transmission, elles permettent d’améliorer les performances énergétiques des systèmes tout en ayant une faible complexité d’implémentation. Des modifications du standard permettant d’augmenter l’efficacité énergétique sont également proposées. Une analyse cross-layer est ensuite réalisée afin de définir protocoles d’estimation de canal tenant compte des spécificités du RT. De plus, les améliorations énergétiques liées à l’utilisation du RT sont confirmées en tenant compte des dégradations des performances de la couche de liaison. Enfin, une métrique d’occupation temporelle est définie et associée à des techniques d’adaptation de lien mono et multi-technologies existantes dans le but d’améliorer la sélection d‘interfaces de transmission pour augmenter l’efficacité énergétique sans affecter les performances des systèmes utilisant un accès aléatoire au canal de communication. L’utilisation de cette métrique permet, dans certaines configurations, d’augmenter d’un facteur sept l’efficacité énergétique d’un système utilisant le Wi-Fi et, dans le cas multi-technologies, de répartir le trafic sur les différentes interfaces de transmission afin d’éviter la saturation des canaux de communication. / Over the past few years, information and communications technologies have experienced a spectacular development. Traffic demand grows exponentially while energy efficiency of networks –usually defined as the ratio between delivered power and supplied power- only increases linearly. In order to supply the data traffic, it is necessary to duplicate networks equipments increasing energy costs for operators and carbon dioxide emissions. To face this dramatic situation, several projects and consortiums have been created and aim to increase networks energy efficiency. For instance, the GreenTouch™ consortium funded in 2010 aims to improve networks energy efficiency by a factor 1000 by 2015 and to reduce energy consumption of TICs by 90% by 2020 (compared with 2010 levels). METIS project aims to define 2020s communications (5G) search for efficient solutions with low costs, low resources use and low power consumption of systems. MiWEBA project brings millimeter-waves into the mobile radio word to extend the network capacity by 1000 at reasonable cost.In this thesis we study two solutions to answer 5G challenges and reduce radiated power levels of telecommunications systems: physical layer improvements through spatial focalization techniques and multi-technologies link adaptation. This thesis main goal is to achieve very high data transmission rates with high energy efficiency and seamless connectivity using multiple-interfaces technologies even in networks composed of a high number of low-complexity devices.The thesis is organized as follows: first, Time Reversal (TR) and Equal Gain Transmission (EGT) implementation is studied and applied to a system using the latest amendments of IEEE 802.11 standard, including 60 GHz transmissions. Performance of these techniques is analyzed in order to identify optimal conditions of use and it is shown that they only require a minimum of two transmit antennas to increase the energetic performance of systems while having a low implementation complexity. Standard modifications allowing an increase of energy efficiency are proposed. Then, a cross-layer analysis is performed to define channel estimation protocols taking TR specificities into account. Moreover, TR energetic benefits are validated considering its drawbacks at the link layer level. Finally, a time-availability metric is defined and associated to existing mono or multi-technologies adaptation techniques and aim to increase energy efficiency without degrading the performance of systems using random access to the communication channel. This metrics allows –in some configurations- to increase by a factor seven the energy efficiency of a system using Wi-Fi and, in a multi-technologies scenario, to allocate the data traffic to the several interfaces in order to avoid communication channels saturation.

MIMO systems are mainly used in application for wireless communication. Their principle is to use a large number of antennas for transmition and the reception of a signal. The core of these systems is to use space-time coding and either block or trellis space-time code. In the future, it is assumed enormous enlargement MIMO systems in many applications

[pt] As comunicações de ondas milimétricas (mmWave) são consideradas uma tecnologia essencial para os sistemas celulares de próxima geração, dado que a enorme largura de banda disponível pode potencialmente fornecer as taxas de vários gigabits por segundo. As técnicas convencionais de pré-codificação e combinação são impraticáveis nos cenários da mmWave devido ao custo de fabricação e ao consumo de energia. As alternativas híbridas foram consideradas uma tecnologia promissora para fornecer um compromisso entre a complexidade do hardware e o desempenho do sistema. Um grande número de projetos de pré-codificadores híbridos têm sido proposto com diferentes abordagens. Uma abordagem possível é procurar minimizar a distância euclidiana entre o pré-decodificador híbrido e o pré-decodificador totalmente digital. No entanto, essa abordagem torna o projeto do pré-codificador híbrido um problema de fatoração da matrices difícil de lidar devido às restrições de hardware dos componentes analógicos. Esta tese de doutorado propõe alguns projetos de pré-codificadores e combinadores híbridos por meio de uma estratégia hierárquica. O problema híbrido de pré-codificação / combinação é dividido em partes analógicas e digitais. Primeiro, o pré-codificador / combinador analógico é projetado. Em seguida, com o pré-codificador / combinador analógico fixo, o précodificador / combinador digital é calculado para melhorar o desempenho do sistema. Além disso, métodos de otimização linear e não linear são empregados para projetar a parte analógica do pré-codificador / combinador. A viabilidade dessas propostas é avaliada usando diferentes técnicas de detecção de dados e analisando o desempenho do sistema em termos de taxa de erros de bits (BER), sum–rate e outras métricas, em cenários internos do mmWave, considerando enlace diretos massivo do MU–MIMO. Além disso, este trabalho propõe um método para encontrar aproximações analíticas bastante restritas ao desempenho obtido no BER. A metodologia proposta exigiria o conhecimento da função densidade de probabilidade (fdp) das variáveis relacionadas que são desconhecidas para os cenários mmWave. Para resolver este problema, são utilizadas as aproximações fdp Gamma. As aproximações analíticas do BER resultaram em diferenças não superiores a 0,5 dB em relação aos resultados da simulação em alto SNR. / [en] Millimeter–wave (mmWave) communications have been regarded as a key technology for the next–generation cellular systems since the huge available bandwidth can potentially provide the rates of multiple gigabits per second. Conventional precoding and combining techniques are impractical at mmWave scenarios due to manufacturing cost and power consumption. Hybrid alternatives have been considered as a promising technology to provide a compromise between hardware complexity and system performance. A large number of hybrid precoder designs have been proposed with different approaches. One possible approach is to search for minimizing the Euclidean distance between hybrid precoder and the full-digital precoder. However, this approach makes the hybrid precoder design becomes a matrix factorization problem difficult to deal due to the hardware constraints of analog components. This doctoral thesis proposes some hybrid precoder and combiners designs through a hierarchical strategy. The hybrid precoding/combining problem is divided into analog and digital parts. First, the analog precoder/combiner is designed. Then, with the analog precoder/combiner fixed, the digital precoder/ combiner is computed to improve the system performance. Furthermore, linear and no-linear optimization methods are employed to design the analog part of the precoder/combiner. The viability of these proposals is evaluated using different data detection techniques and analyzing the system performance in terms of bit error rate (BER), sum rate, and other metrics, in indoor mmWave scenarios considering massive MU-MIMO downlink. Also, this work proposes a method to find fairly tight analytic approximations to the obtained BER performance. The methodology proposed would require the knowledge of the probability density function (pdf) of the variables involved, which are unknown for mmWave scenarios. In order to solve this problem, Gamma pdf approximations are used. The analytic BER approximations resulted in differences no larger than 0.5 dB with respect to the simulation results in high SNR.

La recherche dans le domaine des communications sur fibres optiques avance à un rythme rapide afin de satisfaire des demandes croissantes de communications à débits élevés. Les principaux moteurs de ces avancements sont la multitude de degrés de liberté offerts par la fibre permettant ainsi la transmission de plus de données: l'amplitude, la phase et l'état de polarisation du champ optique, ainsi que le temps et la longueur d'onde sont déjà utilisés dans les systèmes de transmission optique déployés. Pourtant, ces systèmes s'approchent de leur limite fondamentale de capacité et un degré supplémentaire: "la dimension spatiale" est étudié pour réaliser un saut qualitatif majeur en termes de capacité de transmission. Cependant, l'insertion de plusieurs flux de données dans le même canal de propagation induit également des pertes différentielles et de la diaphonie entre les flux, ce qui peut fortement réduire la qualité du système de transmission. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les systèmes de transmission optique de type MIMO basés sur un multiplexage en polarisation ou en modes de propagation. Dans les deux cas, nous évaluons la dégradation de la performance provoquée par une interférence inter-canaux non-unitaire et des disparités de gain entre les canaux engendrées par des imperfections dans les composants optiques utilisés (fibres, amplificateurs, multiplexeurs...), et proposons pour les combattre, de nouvelles techniques de codage pour les systèmes MIMO nommées "codes Spatio-Temporels" (ST), préalablement conçues pour les systèmes radios multi-antennaires. / Research in the field of optical fiber communications is advancing at a rapid pace in order to meet the growing needs for higher data rates. The main driving forces behind these advancements are the availability of multiple degrees of freedom in the optical fiber allowing for multiplexing more data: amplitude, phase and polarization state of the optical field, along with time and wavelength are already used in the deployed optical transmission systems. Yet, these systems are approaching their theoretical capacity limits and an extra dimension "space" is investigated to achieve the next capacity leap. However, packing several data channels in the same medium brings with it differential impairments and crosstalk that can seriously deteriorate the performance of the system. In this thesis, we focus on recent optical MIMO schemes based on polarization division multiplexing (PDM) and space division multiplexing (SDM). In both, we assess the performance penalties induced by non-unitary crosstalk and loss disparities among the channels arising from imperfections in the used optical components (fibers, amplifiers, multiplexers...), and suggest novel MIMO coding techniques known as Space-Time (ST) codes, initially designed for wireless multi-antenna channels, to mitigate them.

[pt] Um modelo de traçado de raios baseado no método das imagens será aplicado para estudar a propagação de ondas de rádio nas regiões de Copacabana e Ipanema no Rio de Janeiro. Nesses ambientes altamente urbanizados, pode-se assumir que a propagação é restrita à seção horizontal dos vales nas ruas que são formados pelos blocos de edificações. Várias classes de raios, caracterizados pelo número, tipo (reflexão ou difração), e ordem de ocorrência de interação com as faces laterais dos blocos são considerados no modelo. As direções de partida e chegada, assim como a amplitude e o atraso no tempo, caracterizam cada raio, considerando seu comprimento total, além dos produtos dos coeficientes associados com cada interação com o ambiente. Neste trabalho, demonstra-se o aumento na capacidade do canal com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), usando conjunto de antenas na transmissão e na recepção para um sistema faixa estreita, operando a 1.9 GHZ, estudando situações com linha de visada (LOS) e sem linha de visada (NLOS). Sistemas de comunicações wireless com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), utilizando conjunto de antenas na transmissão e na recepção apresentam grande interesse atualmente, devido a grande eficiência espectral apresentada e ao aumento na capacidade do canal. O efeito dos sistemas MIMO na capacidade do canal é estudado para situações LOS e NLOS, visando compreender sua relação em função do ambiente de propagação. Apresenta-se a relação da capacidade do canal em função do crescimento da relação sinal-ruído (SNR), da potência de transmissão, da distância, do atraso e do espalhamento angular para pontos de recepção em LOS e NLOS. Além disso, resultados simulando um canal Rayleigh também são comparados com os resultados obtidos. / [en] A ray tracing model based on the method of images has been applied to study the propagation of radio waves in the regions of Copacabana and Ipanema in Rio de Janeiro. In such highly urbanized environments, it can be realistically assumed that propagation is restricted to a horizontal section of the street canyons characterized by the blocks of buildings. Several classes of rays, characterized by the number, type (reflection and diffraction), and order of occurrence of interaction with the lateral faces of the blocks are considered by the model. The directions of departure and arrival, as well as the amplitude and the time delay characterize each ray, considering its total length, as well as product of the coefficients associated with each interaction with the environment. In addition to analyzing the behaviors of the ray parameters considering both line-of-sight (LOS) and non line-of-sight (NLOS) situations, the capacity growth of multipleelement antenna arrays (MEAs) will be demonstrated for a narrowband system operating at 1.9 GHz. Indeed, multiple-input, multiple- output (MIMO) wireless communications systems, making use of smart antenna arrays at both ends of the communications link, has been receiving increased interest due to their high spectral efficiency and channel capacity. The effect of MIMO systems in the channel capacity will be studied for representative LOS and NLOS situations to understand how the results change as a function of the environment. It will be seen how the capacity scales with increasing signal-to- noise ratio (SNR) for a large but practical number of antenna elements at both transmitter and receiver. The increase in capacity with transmitter power, distance, delay and angular spreads for LOS and NLOS cases will also be presented, as well as a comparison of the results with those corresponding to a Rayleigh channel.