A técnica de localização móvel utilizando o sistema celular recebeu especial atenção por parte de empresas fabricantes e operadoras de telecomunicações, devido à necessidade de se cumprir as exigências estabelecidas para chamadas de serviços de emergência e outros serviços de apelo comercial. Neste trabalho são analisados os principais métodos de localização propostos na literatura, incluindo, para cada um, a formulação matemática envolvida no cálculo da localização, os principais algoritmos utilizados e suas limitações. É analisada, também, a modelagem do canal de propagação no ambiente celular baseada na proposta do relatório do COST 259. A partir desta análise pode ser encontrada uma correlação entre o atraso médio do sinal e o seu espalhamento, que motivou sua utilização em um novo algoritmo para estimativa de localização. Esse novo algoritmo, particularmente eficiente para os casos em que uma ou mais estações rádio-bases não apresentam visada direta com a unidade móvel (NLoS), é apresentado neste trabalho, e diversos resultados de simulação são analisados, comparando-se o seu desempenho com outros algoritmos amplamente aceitos e reconhecidos. Para melhorar a estimativa de posição final, a filtragem de Kalman também é aplicada ao algoritmo proposto. / The mobile location technique using the cellular system received a special attention from the telecommunication manufacturers and operators, regarding the need of accomplishing the established demands by the emergency service calls and other commercial ones. This study analyzes the main location methods proposed in the literature, including, in each one, the mathematical formulation involved in the location calculus, the main used algorithms and their limitations. Also, it is analyzed the modeling of the propagation channel based on a cellular environment proposed in COST 259 report. After this analysis we can find a correlation between the signal mean delay and its delay spread, which motivated the use of a new algorithm for location estimative. A new algorithm, especially efficient for the cases where one or more base stations don\'t have Line-of-Sight (NLoS) with mobile station, is presented and several simulation results are analyzed and compared with other algorithms widely accepted and recognized. In order to improve the final position estimation, the Kalman filtering is also applied to the new proposed algorithm.

A técnica de localização móvel utilizando o sistema celular recebeu especial atenção por parte de empresas fabricantes e operadoras de telecomunicações, devido à necessidade de se cumprir as exigências estabelecidas para chamadas de serviços de emergência e outros serviços de apelo comercial. Neste trabalho são analisados os principais métodos de localização propostos na literatura, incluindo, para cada um, a formulação matemática envolvida no cálculo da localização, os principais algoritmos utilizados e suas limitações. É analisada, também, a modelagem do canal de propagação no ambiente celular baseada na proposta do relatório do COST 259. A partir desta análise pode ser encontrada uma correlação entre o atraso médio do sinal e o seu espalhamento, que motivou sua utilização em um novo algoritmo para estimativa de localização. Esse novo algoritmo, particularmente eficiente para os casos em que uma ou mais estações rádio-bases não apresentam visada direta com a unidade móvel (NLoS), é apresentado neste trabalho, e diversos resultados de simulação são analisados, comparando-se o seu desempenho com outros algoritmos amplamente aceitos e reconhecidos. Para melhorar a estimativa de posição final, a filtragem de Kalman também é aplicada ao algoritmo proposto. / The mobile location technique using the cellular system received a special attention from the telecommunication manufacturers and operators, regarding the need of accomplishing the established demands by the emergency service calls and other commercial ones. This study analyzes the main location methods proposed in the literature, including, in each one, the mathematical formulation involved in the location calculus, the main used algorithms and their limitations. Also, it is analyzed the modeling of the propagation channel based on a cellular environment proposed in COST 259 report. After this analysis we can find a correlation between the signal mean delay and its delay spread, which motivated the use of a new algorithm for location estimative. A new algorithm, especially efficient for the cases where one or more base stations don\'t have Line-of-Sight (NLoS) with mobile station, is presented and several simulation results are analyzed and compared with other algorithms widely accepted and recognized. In order to improve the final position estimation, the Kalman filtering is also applied to the new proposed algorithm.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-29T13:51:27Z No. of bitstreams: 1 DIS_CARLOS_EDUARDO_SEQUEIROS_BORJA_PARCIAL.pdf: 2369724 bytes, checksum: 0bcf4fe536f9f8fc084f08e3dc335db9 (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-29T13:51:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DIS_CARLOS_EDUARDO_SEQUEIROS_BORJA_PARCIAL.pdf: 2369724 bytes, checksum: 0bcf4fe536f9f8fc084f08e3dc335db9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T13:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_CARLOS_EDUARDO_SEQUEIROS_BORJA_PARCIAL.pdf: 2369724 bytes, checksum: 0bcf4fe536f9f8fc084f08e3dc335db9 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / Protein structure prediction from just the amino acid sequence continues to be a major challenge in structural bioinformatics. If at all possible, prediction needs to be accurate and fast. In this project, it is proposed and tested the effects of cotranslation within an ideal ribosomal channel model in protein structure prediction using classical molecular dynamics and replica-exchange molecular dynamics simulations. An ideal ribosomal channel model was built, different translation speeds were used and compared the results to control simulations. Different translation speeds were tested to verify their influence on predictions, and the best results were observed at translation speeds between 80 and 200 ps. The quality of the predicted models were as low as 0.3 ? and 1.0 for the RMSDs and GDT-TS parameters, respectively, for simulations of just 50 ns. Overall, the use of this approach to protein structure prediction has successfully produced native and near-native structures in three of the four proteins investigated, thus reaching accuracy and speed as expected. As a conclusion, using cotranslation within an IRCM is a promising approach to predict native-like 3D structures of mini-proteins successfully. Improvements to the methodology should allow the prediction of 3D structures of larger proteins of biological and biomedical interest. / A predi??o de estrutura 3D de prote?nas partindo apenas da sequ?ncia de amino?cidos ainda ? um grande desafio em bioinform?tica estrutural. Apesar da dificuldade, a predi??o precisa de ser acurada e r?pida. Nesta disserta??o, prop?e-se e mesuram-se os efeitos da co-tradu??o e o uso de um modelo ideal de canal ribossomal na predi??o da estrutura 3D de prote?nas, fazendo uso de din?mica molecular cl?ssica e din?mica molecular com intercambio de r?plicas. O modelo do canal ribosomal constru?do foi testado com diferentes velocidades de tradu??o, e os resultados foram comparados com simula??es padr?o. Foram testadas diferentes velocidades de tradu??o para verificar sua influ?ncia nas predi??es, e as velocidades que apresentaram os melhores resultados ficaram na faixa de 80 at? 200 ps. A qualidade dos modelos preditos foram boas, apresentando valores de GDT-TS de 1,0, assim como 0,3 ? para RMSD para simula??es de apenas 50 ns. No geral, demostra-se que o uso desta abordagem na predi??o da estrutura de prote?nas, produz satisfatoriamente estruturas nativas ou perto da nativa em tr?s de quatro prote?nas testadas, atingindo assim a acur?cia e velocidade esperadas. Como conclus?o, o uso da co-tradu??o com um modelo do canal ribosomal ? uma abordagem promissora para a predi??o de estruturas de mini prote?nas perto da estrutura nativa. Melhoras na metodologia e no modelo permitir?o uma predi??o de estruturas 3D de prote?nas maiores de interesse biol?gico e biom?dico.

Submitted by Fernando Souza (fernandoafsou@gmail.com) on 2017-08-14T10:56:32Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4889368 bytes, checksum: 2154a6772c98f0f2fb36fa3148dc4a24 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-14T10:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4889368 bytes, checksum: 2154a6772c98f0f2fb36fa3148dc4a24 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / A Wireless Sensor Network (WSN) can be characterized by the use of sensor nodes in varied environments for many different applications, e.g., monitoring and control systems applications in industrial environments. The use of WSNs in industrial applications must deal with typical problems of wireless networks, such as high attenuation and obstructions. In these environments, different characteristics of the channels can be observed due to its multipath profile. Changes in the topology may also cause changes in the channel characteristics as the time goes on, and it may cause differences in the average value of the received power. An alternative to deal with it and with the variation of channel quality is the development of protocols that use multiple channels. Its use allows, e.g., to achieve better use of the channel, increasing the network transmission capacity. However, there is a difficulty in evaluating and comparing different approaches due to the lack of simulators which have more accurate models. To assess the real benefits of these protocols, one should take into account a more realistic propagation model. This work presents a realistic simulation model that captures the effects of fading on a large and small scale, log-normal shadowing, the non-stationary characteristics of the channel for a long time, and the different characteristics of the different IEEE 802.15.4 standard channels. The model was then built into the open-source discrete event simulator Castalia and tested, comparing it with the default stationary model of the simulator. After integration, the protocol Tree-based Multi-Channel Protocol (TMCP) was evaluated using the proposed model. In the experiments it was possible to identify good accuracy in both the model and the TMCP protocol. / Uma Rede de Sensores sem Fio (RSSF) pode ser caracterizada pela utilização de nós sensores em variados ambientes para as mais diversas aplicações, por exemplo, para monitoramento e controle em ambiente industrial. O uso de RSSFs para implementar aplicações industriais precisa lidar com problemas típicos das redes sem fio, como alta atenuação e obstruções. Nesses ambientes, diferenças nas características dos canais podem ser observadas dado o seu perfil de multipercurso. Mudanças na topologia também podem provocar mudanças nas características dos canais ao longo do tempo, podendo causar diferença no valor médio da potência recebida. Uma alternativa para lidar com isso e com a variação da qualidade dos canais é o desenvolvimento de protocolos que utilizam múltiplos canais. Seu uso permite, por exemplo, alcançar uma melhor utilização do canal, aumentando a capacidade de transmissão da rede. No entanto, existe uma dificuldade em avaliar e comparar as diferentes abordagens devido à carência de simuladores que apresentem modelos mais precisos. Para avaliar os reais benefícios desses protocolos deve-se levar em consideração um modelo de propagação mais próximo da realidade. Esse trabalho apresenta um modelo de simulação que captura os efeitos de desvanecimento em larga escala, atenuação em pequena escala, sombreamento log-normal, as características não-estacionárias do canal em longos períodos de tempo, e as características distintas dos diferentes canais do padrão IEEE 802.15.4. O modelo foi então integrado ao simulador de eventos discretos de código aberto Castalia e testado, comparando-o com o modelo estacionário padrão do próprio simulador. A partir da integração, o protocolo Tree-based Multi-Channel Protocol (TMCP) foi implementado e avaliado utilizando o modelo proposto. Com os experimentos foi possível identificar uma ótima precisão do modelo e do protocolo TMCP.

La presencia de topologías multi-salto en comunicaciones inalámbricas de todo tipo es cada vez más apreciable, esperándose además que esta tendencia se mantenga en un futuro cercano. A pesar de que inicialmente fueran concebidos para solventar la falta de infraestructura subyacente en ciertos escenarios concretos, estos despliegues han acaparado el interés de diferentes actores del ámbito de las comunicaciones (incluyendo los operadores), con lo que es razonable pensar que su relevancia irá creciendo paulatinamente. De hecho, existen diversas iniciativas en algunos foros de estandarización que de alguna manera corroboran este hecho. Hay que tener en cuenta, por otro lado, otros factores adicionales (como la eclosión que se ha producido en el campo de las redes de sensores inalámbricos) que seguramente fomentarán el uso de estas topologías.A pesar de la creciente actividad en el ámbito de los despliegues multi-salto, sigue siendo necesario establecer, de manera cuantitativa, cuáles son sus posibles beneficios, tanto para los usuarios finales de los sistemas de comunicación, como para los operadores, especialmente teniendo en cuenta el elevado grado de heterogeneidad que también caracterizará las redes inalámbricas.Por otro lado, en lo que se refiere a los algoritmos y protocolos a ser empleados sobre este tipo de topologías, y a pesar de la intensa labor de investigación que sobre ellos se ha realizado recientemente, queda aún un número relevante de aspectos a analizar. En primer lugar, el mero hecho de que sus requerimientos y retos iniciales hayan variado de manera sustancial puede, y debe, influenciar sus principios básicos. Además, es necesario acometer verificaciones de los mismos sobre plataformas reales y, así mismo, asegurar que las evaluaciones que se realicen con técnicas de simulación utilicen modelos reales que permitan reflejar de manera fidedigna las condiciones que se dan en la realidad.Esta Tesis afronta, en primer lugar, la evaluación cuantitativa de la mejora que es posible alcanzar al utilizar topologías inalámbricas multi-salto para extender despliegues de red más tradicionales. Un primer aspecto que es razonable considerar es la ampliación de la cobertura que se consigue; en este caso se ha realizado un análisis que sigue un doble enfoque, analítico y mediante técnicas de simulación, para determinar es la ganancia que se logra. Se ha partido de dos modelos de red complementarios entre sí, asumiendo en el primero de ellos una falta total de planificación previa, mientras que en el segundo se utiliza un emplazamiento óptimo de los elementos de conexión a la red. Se ha comprobado que, a pesar de sus características claramente antagónicas, los resultados obtenidos con ambos escenarios son similares entre sí. Además, se concluye que, a pesar de que la ampliación de la cobertura que se alcanza es muy relevante, es posible establecer un límite razonable para el número máximo de saltos a emplear, ya que la mejoría adicional al incrementar la longitud de la ruta deja de ser apreciable a partir del mismo. Este aspecto se podría aprovechar para influir en el diseño de las técnicas de encaminamiento a emplear sobre este tipo de topologías.Se analizan también otras mejoras adicionales, utilizando un escenario en el que predomina sobremanera la heterogeneidad de los elementos de conexión a la red, e integrando las extensiones multi-salto con un algoritmo de selección de acceso genérico, que permite modular el peso que tienen las diferentes entidades (tanto el terminal de usuario como la propia red), así como diversos parámetros y restricciones a considerar, a la hora de determinar la alternativa de conexión óptima. Se comprueba que, tanto para los usuarios, gracias a la mejora de la calidad del servicio que perciben, como para la red, que incrementa el tráfico que es capaz de cursar, el uso de comunicaciones multi-salto puede resultar altamente atractivo.En segundo lugar, también se afronta la mejora de las técnicas de encaminamiento que tradicionalmente se emplean sobre las redes multi-salto, basadas en minimizar el número de saltos entre los dos extremos de la comunicación. Para ello, y utilizando el paradigma de Cross-Layer Optimisation, se propone una versión mejorada del protocolo DSR, denominada SADSR, que emplea la información relativa a la calidad de los enlaces subyacentes para modular el algoritmo de selección de ruta. Destacar que se acomete una verificación experimental de dicha propuesta, contestando, de este modo, a una de las reivindicaciones más importantes en este campo. Los resultados obtenidos permiten inferir que las prestaciones de la propuesta realizada en el marco de esta Tesis son superiores a los de la versión original del DSR.A pesar del evidente valor que las validaciones empíricas aportan, tienen la limitación de que es complicado establecer topologías con un número elevado de nodos, o acometer experimentos con una pauta repetitiva para determinar un comportamiento promedio. Es por ello que también se acomete un análisis mediante técnicas de simulación, en el que se compara SADSR con la versión original del DSR, así como con otras propuestas que han acaparado el interés por parte de la comunidad científica. Los resultados que se derivan a raíz de la evaluación llevada a cabo no hacen sino corroborar lo que ya adelanta la verificación experimental, ya que las prestaciones del SADSR son muy superiores a las del resto de alternativas analizadas.Para llevar a cabo el análisis anterior es fundamental el uso de un modelo de canal que refleje, con el mayor grado de exactitud posible, un comportamiento realista. Para ello, en la Tesis se afronta el diseño, implementación y posterior integración en la plataforma Network Simulator de BEAR, un modelo de canal basado en filtrado auto-regresivo, que se caracteriza principalmente por emular la aparición de errores a ráfagas que se observa en entornos reales. En ese sentido, se parte de un extenso conjunto de medidas que permite corroborar el correcto funcionamiento de la propuesta. / The presence of multi-hop topologies within all types of wireless communications is becoming more and more common, and this tendency is expected to be maintained in the near future. Although they were originally conceived to compensate the lack of subjacent infrastructure in certain scenarios, these deployments have attracted the interest of different actors in the wireless communications value chain (including network operators) and thus it is logical to think that their relevance will gradually increase. In fact, there already exist some standardization initiatives which corroborate this point to some extent. Furthermore, other additional factors, such as the rapid growth which has been seen in wireless sensor technologies, also strengthen the use of these topologies..In spite of the growing activity in the multi-hop deployment field, it is still necessary to establish, in a quantitative way, their potential benefits, both for the end-users of the communication systems, as well as for the operators, considering, in addition, the high degree of heterogeneity which will characterize wireless networks in the future.On the other hand, as far as algorithms and protocols to be used over this type of topology are concerned, and despite the intense research which has been conducted into them, there is still a large number of issues to be tackled. First, the simple fact that their initial requirements and challenges have been modified can, and must, influence their basic principles. In addition, it becomes necessary to address their validation on real platforms and, on the other hand, to ensure that simulation-based evaluations of their performance make use of realistic models which accurately reflect the conditions which are observed in real scenarios.This dissertation tackles, on the one hand, the quantitative evaluation of the improvements which are achievable when using multi-hop topologies to extend legacy network deployments. One first aspect which is logical to consider is the increase in the coverage which is brought about. In this sense, a two-fold approach has been followed, employing both an analytical as well as a simulation-based analysis, to establish what the gain is. Two network models have been used, being complementary to each other; the first one assumes a complete lack of network planning for the deployment of the access elements, while the second one assumes an optimum distribution of them. Although their characteristics are completely different, the results are somehow similar for both cases. Furthermore, it can be concluded that, despite the coverage extension which can be obtained, it is indeed possible to establish a reasonable limit on the maximum number of hops to be used, since the improvement becomes less relevant for higher values. This aspect could influence the design of routing techniques to be used over this type of topology.Furthermore, other additional benefits have been also analyzed, using a network deployment in which the presence of heterogeneity (multi-access) is evident. The multi-hop extensions have been integrated within a generic access selection algorithm which enables the modification of the weights which are assigned to the different entities (both the end-user terminals and the network) as well as to the set of parameters and constraints to be considered when selecting the most appropriate access alternative. It is concluded that for both the end-users, who improve their perception of the quality of service, and the network, which is able to increase the overall amount of traffic possible to be handled, multi-hop extensions are certainly beneficial.In addition, the dissertation also tackles the improvement of the routing techniques which are traditionally employed over multi-hop networks, which are based on minimizing the number of hops between the two sides of the communication. To accomplish this, and using the Cross-Layer Optimisation paradigm, an improved version of the DSR protocol is proposed, namely SADSR. It uses information about the subjacent link qualities to modulate the route selection algorithm. It is worth highlighting that a fully empirical (on a real platform) validation has been conducted, addressing one of the most pressing demands within this field. The results obtained allow us to infer that the proposal made in the framework of this dissertation is clearly outperforming the original DSR version.Although the added value provided by empirical validations is unquestionable, they also have some limitations. First, they normally do not favour the establishment of large topologies, or to undertake repetitive experiments aimed at finding an average behaviour. In this sense, a simulation-based analysis is also used so as to compare the SADSR with the original DSR version as well as with other proposals which have recently attracted interest from the scientific community. The results obtained by the validation carried out on a real platform are confirmed, since the performance brought about by the SADSR is somewhat higher than that of the other strategies.In order to perform the previous analysis the use of a realistic channel model, able to capture with a high degree of accuracy the behaviour exhibited on real platforms, is mandatory. To fulfil this requirement, the dissertation also tackles the design, implementation, and integration within the Network Simulator platform of BEAR, a channel model based on auto-regressive filtering. It is mainly characterized by being able to emulate the bursty presence of errors which is observed over real channels. The design is based on an extensive set of measurements which is used to assess the validity of the proposal.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-02-08T19:53:42Z No. of bitstreams: 2 RENATO PIVESSO FRANZIN.pdf: 4022365 bytes, checksum: 9a9f1f649dcaff054b2cc033a7c69dba (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-02-22T13:30:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 RENATO PIVESSO FRANZIN.pdf: 4022365 bytes, checksum: 9a9f1f649dcaff054b2cc033a7c69dba (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T13:30:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 RENATO PIVESSO FRANZIN.pdf: 4022365 bytes, checksum: 9a9f1f649dcaff054b2cc033a7c69dba (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-10-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present dissertation presented a comparative analysis between OFDM and FBMC modulation techniques, applied in Power Line Communication (PLC) technology, considering realistic channel models. With the growing demand for access to broadband data networks, there is a need to integrate the various data communication technologies. In this scenario, PLC networks can o er a viable alternative as a provider of network access, since they use the infrastructure of the transmission lines. However, the electrical network is a hostile medium for data transmission, presenting impedance mismatches, noise interference and signal propagation in multipath, characterizing the PLC channel model. With the objective of increasing the data transmission rate, as well as to obtain a better utilization of available bandwidth, the present work proposed to replace the OFDM technique by FBMC in PLC networks. For this, a study of the channel model was carried out to obtain the necessary parameters for the computational simulations through Matlab software. The OFDM and FBMC techniques were implemented according to IEEE 1901 standard technical speci cations. With the results obtained in the simulations, it was veri ed that the FBMC is more robust the channel interferences, presenting gains of up to 8 dB in the bit error rate, and an increase in the data transmission rate and spectral e ciency of up to 25% in relation to OFDM. Therefore, the FBMC technique can be implemented at the physical layer of the IEEE 1901 standard, replacing OFDM. / A presente dissertação apresentou uma análise comparativa entre as t_ecnicas de modulação OFDM e FBMC, aplicadas na tecnologia Power Line Communication (PLC), considerando modelos realísticos de canais. Com a crescente demanda ao acesso das redes de dados em banda larga, há uma necessidade de integração das diversas tecnologias de comunicação de dados. Nesse cenário, as redes PLC podem oferecer uma alternativa viável como provedora de acesso à rede, pois utilizam a infraestrutura das linhas de transmissão de energia elétrica. Entretanto, a rede elétrica é um meio hostil para transmissão de dados, apresentando desajustes de impedância, interferência de ruído e propagação do sinal em multipercursos, caracterizando o modelo do canal PLC. Com o objetivo de aumentar a taxa de transmissão de dados, como também obter um melhor aproveitamento da largura de banda disponível, o presente trabalho propôs substituir a técnica OFDM pela FBMC em redes PLC. Para isso, foi realizado um estudo do modelo do canal, para obter os parâmetros necessários para as simulações computacionais por meio do software Matlab. As técnicas OFDM e FBMC foram implementadas de acordo com especificações técnicas do padrão IEEE 1901. Com os resultados obtidos nas simulações, constatou que o FBMC é mais robusto as interferências do canal, apresentando ganhos de até 8 dB na taxa de erro de bit, e um incremento na taxa de transmissão de dados e eficiência espectral de até 25% em relação ao OFDM. Portanto, a técnica FBMC pode ser implementada na camada física do padrão IEEE 1901, substituindo o OFDM.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-19T18:40:00Z No. of bitstreams: 1 victorfernandes.pdf: 1092306 bytes, checksum: 4a32aa04ed1256ce18768180de089629 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-09T12:20:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 victorfernandes.pdf: 1092306 bytes, checksum: 4a32aa04ed1256ce18768180de089629 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T12:20:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 victorfernandes.pdf: 1092306 bytes, checksum: 4a32aa04ed1256ce18768180de089629 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Essa dissertação tem por objetivo mostrar os benefícios em termos de desempenho e confiabilidade de um modelo de canal híbrido de baixa taxa de dados que pode ser aplicado a smart grids e internet das coisas. Esse modelo é chamado de hybrid power line communication-wireless single-relay channel (HSRC), que consiste do uso paralelo e mútuo dos modelos single-relay channel baseado em transmissão de dados via rede elétrica e sem fio. Para mostrar os benefícios do mesmo, foi considerado que a posição do nó de retransmissão é variável, também foi assumida alocação de potência uniforme e ótima sob restrição de potência, bem como o uso de dois protocolos de cooperação: amplify-andforward (AF) e decode-and-forward (DF). Além disso, essa dissertação discute o modelo HSRC incompleto, que é caracterizado pela perda de um enlace de comunicação de dados ou uma interface de comunicação de um nó no modelo HSRC. Primeiramente, foi apresentada a formulação matemática no que tange a taxa de dados ergódica e probabilidade de outage dos dois modelos mencionados. Em seguida, foi realizada a análise numérica dos mesmos. Por fim, os resultados numéricos foram analisados e mostraram que tanto o HSRC quanto o HSRC incompleto têm performance melhores do que o single-relay channel baseado em transmissão de dados via rede elétrica ou sem fio para todas as posições do nó de retransmissão e protocolos de cooperação considerados. Também, os resultados mostraram que a posição relativa entre os nós de fonte, destino e de retransmissão impactam significativamente na taxa de dados ergódica bem como na probabilidade de outage. Ainda, foi mostrado o impacto da perda de cada enlace de comunicação de dados ou interface de comunicação de um nó (HSRC incompleto) quando a posição relativa do nó de retransmissão muda. Por último, é mostrado que a diferença de desempenho entre os protocolos de cooperação AF e DF reduz quando o modelo HSRC é utilizado e que a melhor posição para o nó de retransmissão é entre os nós fonte e destino em termos de taxa de dados ergódica. / This dissertation aims at discussing improvements of performance and reliability of lowbit rate data communication technologies applied to smart grids and internet of things. In this regard, a comprehensive analysis of the ergodic achievable data rate and the outage probability of the so-called low-bit rate hybrid power line communication-wireless singlerelay channel (HSRC) model, which jointly and in parallel uses power line and wireless channels for data transmission, is presented. In order to highlight the benefits of such hybrid channel model for the target applications when the relative position of relay node changes, optimal and uniform power allocations under sum power constraint, amplifyand-forward (AF) and decode-and-forward (DF) cooperative protocols are taken into account. Moreover, this dissertation discusses the so-called incomplete HSRC which is characterized by the loss of one data communication link or node communication interface in a HSRC. Numerical results show that the HSRC and incomplete HSRC remarkably outperform power line or wireless single-relay channels for all considered positions of the relay node and the chosen cooperative protocols. Furthermore, these results show that the relative distances among source, relay and destination nodes significantly impact the achievable data rate and outage probabilities. In addition, the impact of each missing data communication link or node communication interface (incomplete HSRC) when the relay position, relative to source and destination nodes, changes is quantified. Finally, but not the least, it is shown that the performance difference between AF and DF protocols reduces when the HSRC model is taken into account and that the best relay position is in the middle between source and destination nodes.

[ES] Los esquemas de antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) pueden maximizar la eficiencia espectral de los sistemas de Televisión Digital Terrestre (TDT) para la provisión de contenidos de gran capacidad, como los servicios emergentes de televisión de ultra alta definición (UHDTV), en el cada vez más escaso y limitado espectro radioeléctrico de la TDT debido a la creciente demanda de servicios inalámbricos de banda ancha (4G y 5G). Las tecnologías MIMO han sido desarrolladas inicialmente en la especificación técnica de TDT DVB-NGH (Digital Video Broadcasting Next Generation Handheld) y estandarizadas en el último estándar de TDT, ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee 3rd Generation). Sin embargo, no hay despliegues comerciales MIMO de TDT. Por otro lado, la industria móvil ha desarrollado una tecnología de radiodifusión móvil, conocida como hoy en día como 5G Broadcast, basado en LTE (Long Term Evolution). Aunque LTE incorpora MIMO para transmisiones unicast punto a punto, 5G Broadcast sólo utiliza una única antenna en transmisión. Esta tesis doctoral tiene como objetivo evaluar el rendimiento de MIMO para radiodifusión (terrestrial broadcast) para sistemas inalámbricos de radiodifusión de nueva generación, tanto TDT como sistemas celulares. Durante la estandarización de los sistemas MIMO TDT, el diseño inicial tiene en cuenta condiciones de recepción perfectas, por ejemplo, demoduladores óptimos, información de estado del canal (CSI) perfecta, estimación perfecta de la potencia del ruido, etc. El objetivo principal de esta tesis doctoral es evaluar y optimizar el rendimiento de las transmisiones de radiodifusión MIMO en escenarios realistas. Esta tesis doctoral propone nuevos modelos de canales de propagación MIMO terrestres basados en medidas de campo que pueden utilizarse para la evaluación del rendimiento del sistema MIMO TDT. Además, también optimiza las diferentes configuraciones de transmisión y recepción MIMO, como la estimación de los canales MIMO en el receptor, y el procesado de señal. El escenario considerado en la tesis son torres de alta potencia con recepción fija, característico de las redes de TDT. Los resultados de esta tesis han contribuido al foro de estandarización ATSC, al sector de radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-R) y al proyecto nacional japonés de investigación sobre el sistema TDT de próxima generación. / [CA] Els esquemes d"antenes de múltiples entrades i múltiples sortides (MIMO) poden maximitzar l"eficiència espectral dels sistemes de Televisió Digital Terrestre (TDT) per a la provisió de continguts de gran capacitat, com els serveis emergents de televisió d"ultra alta definició (UHDTV) , en el cada vegada més escàs i limitat espectre radioelèctric de la TDT a causa de la creixent demanda de serveis sense fil de banda ampla (4G i 5G). Les tecnologies MIMO han estat desenvolupades inicialment en l'especificació tècnica de TDT DVB-NGH (Digital Video Broadcasting Next Generation Handheld) i estandarditzades a l'últim estàndard de TDT, ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee 3rd Generation). No obstant això, no hi ha desplegaments comercials MIMO de TDT. D'altra banda, la indústria mòbil ha desenvolupat una tecnologia de radiodifusió mòbil, coneguda com avui dia com a 5G Broadcast, basat en LTE (Long Term Evolution). Tot i que LTE incorpora MIMO per a transmissions unicast punt a punt, 5G Broadcast només utilitza una única antena en transmissió. Aquesta tesi doctoral té com a objectiu avaluar el rendiment de MIMO per a radiodifusió (terrestrial broadcast) per a sistemes sense fil de radiodifusió de nova generació, tant TDT com sistemes cel·lulars. Durant l'estandardització dels sistemes MIMO TDT, el disseny inicial té en compte condicions de recepció perfectes, per exemple demoduladors òptims, informació d'estat del canal (CSI) perfecta, estimació perfecta de la potència del soroll, etc. L¿objectiu principal d¿aquesta tesi doctoral és avaluar i optimitzar el rendiment de les transmissions de radiodifusió MIMO en escenaris realistes. Aquesta tesi doctoral proposa nous models de canals de propagació MIMO terrestres basats en mesures de camp que es poden utilitzar per a l'avaluació del rendiment del sistema MIMO TDT. A més, també optimitza les diferents configuracions de transmissió i recepció MIMO, com l'estimació dels canals MIMO al receptor, i el processament de senyal. L'escenari considerat a la tesi són torres d'alta potència amb recepció fixa, característic de les xarxes de TDT. Els resultats d"aquesta tesi han contribuït al fòrum d"estandardització ATSC, al sector de radiocomunicacions de la Unió Internacional de Telecomunicacions (UIT-R) i al projecte nacional japonès de recerca sobre el sistema TDT de propera generació. / [EN] Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) antenna schemes in Digital Terrestrial Television (DTT) systems aim to maximize the spectral efficiency for the provision of large capacity contents in the scarce and limited DTT Radio-Frequency (RF) channel. The delivery of the emerging Ultra-High Definition TV (UHDTV) services as well as the continuous broadcast spectrum shortage due to the rapidly growing demand for wireless broadband services (4G and 5G) are the motivations for this proposal. MIMO technologies have been firstly developed in the DTT technical specification DVB-NGH (Digital Video Broadcasting Next Generation Handheld) and standardized in the latest DTT standard, ATSC3.0 (Advanced Television Systems Committee 3rd Generation). However, MIMO broadcasting has not been commercialized due to the additional investment for both service providers and receivers. On the other hand, mobile industry has developed mobile broadcast technologies known today as 5G Broadcast based on LTE (Long Term Evolution). Although LTE incorporates MIMO for point to point unicast, 5G Broadcast only uses a single antenna in transmission at the moment. The Ph.D. aims at assessing the performance of MIMO for broadcasting (terrestrial broadcast) for next-generation wireless broadcasting systems, including next-generation wireless broadcasting systems, both DTT and cellular system. During the standardization of MIMO DTT systems, the initial design accounts for perfect reception conditions, e.g., optimal demodulators, perfect Channel State Information (CSI), perfect noise power estimation. The main goal of this PhD is to assess and optimize the performance of MIMO wireless broadcast transmissions in realistic scenarios. This PhD proposes new models of terrestrial MIMO propagation channels based on field measurements which can be utilized for the evaluation of MIMO DTT system. Furthermore, it also optimizes the different MIMO transmission and reception configurations, such as broadcast MIMO channel estimation and signal processing. The scenarios considered in the thesis are high-power high-tower transmitter with fixed reception and characteristics of DTT networks. The results of the PhD have contributed to the ATSC standardization forum, International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R), and the Japanese national research project on next generation DTT system. / Shitomi, T. (2023). Evaluation and Optimization of Multiple-Input Multiple-Output Antenna Schemes for Next-Generation Wireless Broadcasting [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202598