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[en] PERFORMANCE OF OFDM SYSTEMS OVER TIME-VARYING NON-LINEAR CHANNELS / [pt] DESEMPENHO DE SISTEMAS OFDM EM CANAIS NÃO-LINEARES VARIANTES NO TEMPOALEXANDER BEREMIZ HILARIO TACURI 19 June 2015 (has links)
[pt] O desempenho de sistemas de comunicações modernos que utilizam
técnicas de modulação multiportadora como, por exemplo, o OFDM (Orthogonal
frequency division multiplexing), é altamente sensível às distorções não lineares
geradas principalmente por amplificadores de alta potência (HPAs).
De modo a caracterizar completamente estas distorções, os efeitos de memória
destes dispositivos têm que ser considerados. Estes efeitos tornam-se mais importantes
à medida que a largura de banda do sinal aumenta. Por outro lado,
o aumento na duração do símbolo dos sistemas multiportadora torna-o mais
sensível às variações de tempo dos canais móveis. Em particular o efeito doppler
tende a prejudicar a ortogonalidade entre as sub-portadoras, gerando interferências entre sub-portadoras (Inter-Carrier Interference - ICI). Assim,
torna-se importante o estudo dos efeitos de não-linearidades e canais variantes
no tempo em sistemas OFDM, principalmente em sistemas de comunicações
móveis. Os trabalhos atualmente disponíveis na literatura se limitam a avaliar
os efeitos de não linearidades invariantes no tempo ou o efeito de canais lineares
variantes no tempo. Assim, no presente trabalho são desenvolvidas expressões
matemáticas que permitem avaliar o efeito conjunto de não-linearidades e canais
variantes no tempo sobre sinais OFDM. A investigação deste efeito é
realizada em dois níveis: efeito sobre o espectro do sinal OFDM e efeito sobre
o desempenho do sistema. As expressões analíticas obtidas para ambos os
níveis de investigação consideraram a modelagem do canal não-linear variante
no tempo por uma Série de Volterra. Resultados numéricos que avaliam o espalhamento
espectral e o impacto sobre a taxa de erro de bits em situações específicas são apresentados. / [en] The performance of modern communications systems that use multicarrier
modulation techniques such as, for example, OFDM(Orthogonal frequency
division multiplexing), is highly sensitive to nonlinear distortions generated
mainly by high power amplifiers (HPAs). In order to fully characterize these
distortions, the memory effects of these devices must be considered. These effects
become more important as the signal bandwidth increases. On the other
hand, the increase in symbol duration makes multicarriers systems more sensitive
to time variations as those in mobile channels. In particular, the Doppler
effect tends to impair the orthogonality between sub-carriers, resulting
in inter-carrier interference (ICI). Therefore, the study of the effects of nonlinearities
and time-varying channels on OFDM systems performance becomes
important, mainly in mobile communications systems. The studies currently
available in the literature are limited to evaluating the effects of time invariant
non-linearities or the effects of linear time varying channels. In this work,
mathematical expressions are developed to evaluate the joint effect of nonlinearities
and time-varying channels on OFDM systems. The investigation of
these effects is performed at two levels: the effect on the spectrum of OFDM
signal and effect on the system s performance. In deriving the analytical expressions
related to both levels of investigation the time-varying non-linear channel
was modeled by a Volterra Series. Numerical results, obtained for specific situations,
illustrate the resulting impact on the OFDM spectrum (spreading)
and on the system s bit error rate performance.
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[en] EFFECTS OF ATMOSPHERIC MULTIPATH IN LINE-OF -SIGHT MICROWAVE SYSTEMS / [pt] EFEITOS DE MULTIPERCURSOS ATMOSFÉRICOS EM ENLACES DE MICROONDAS EM VISIBILIDADEROQUE ANDRE CIUFO POEYS 20 December 2004 (has links)
[pt] As variações que ocorrem na estrutura da troposfera ao
longo do tempo em
relação à sua condição mediana provocam diversos fenômenos
que fazem variar
aleatoriamente o nível de sinal recebido num enlace rádio.
Estas variações
aleatórias são denominadas desvanecimentos. Os
desvanecimentos são
normalmente classificados em rápidos e lentos. Os
desvanecimentos rápidos estão
geralmente associados ao efeito de multipercurso
atmosférico que é fortemente
dependente da freqüência, sendo por isto denominados
desvanecimentos seletivos,
e são a principal causa de degradação do desempenho de
enlaces rádio digitais de
alta capacidade. Os modelos existentes para a
caracterização estatística do
desvanecimento por multipercurso são semi-empíricos e
baseados em dados
experimentais obtidos em regiões de clima temperado,
acarretando uma má
estimativa quando aplicados a regiões de clima tropical e
equatorial. Neste
trabalho é apresentada uma avaliação dos métodos existentes
para previsão do
desempenho de enlaces rádio digitais de alta capacidade, a
partir da utilização de
dados reais de desempenho extraídos de medidas em um tronco
rádio de alta
capacidade numa região tropical. / [en] The variations which happen in the troposphere layers
throughout the time
in relation to the median condition of the signal cause
various phenomena that
change the received signal level at digital radio relay
systems randomly. The
random changes are named fading. Fading is normally
classified as fast or slow.
The former is normally associated with the atmospheric
multipath propagation
and is strongly dependent on frequency; therefore, this is
named selective fading
and it is normally the cause of performance degradation in
high capacity digital
radio relays. The existing models for statistics of
multipath fading are semi -
empirical and based on experimental data extracts from
regions the climate of
which is temperate; and this gives a rough estimate with
respect to the tropical and
equatorial zones. This work presents an evaluation of
existing methods of
performance prediction for high capacity digital radio
relay systems using real
performance data obtained from measures of a high capacity
digital radio link in
operation in the tropical region.
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[en] MIMO MEASURED CHANNELS: CAPACITY RESULTS AND ANALYSIS OF CHANNEL PARAMETERS / [pt] MEDIDAS DO CANAL MIMO INDOOR: ANÁLISE DA CAPACIDADE E DOS PARÂMETROS DO CANALROBSON DOMINGOS VIEIRA 21 March 2006 (has links)
[pt] Sistemas com múltiplas antenas transmissoras e receptoras,
também conhecidos
como sistemas MIMO (Multiple Input-Multiple Output), têm
sido apontados como
uma solução para aumentar a capacidade de enlaces sem fio,
permitindo aos usuários
utilizar aplicações com altas taxas de dados. Isto é
extremamente importante em
sistemas onde a capacidade obtida com as técnicas
tradicionais é bastante limitada
devido às características do ambiente de propagação. Com o
sistema MIMO, algumas
destas características são exploradas para criar canais
paralelos e obter aumento
expressivo de capacidade. A análise da capacidade de
sistemas MIMO se baseia em
uma modelagem desenvolvida a partir do comportamento
estatístico dos pares de
enlaces existentes entre as múltiplas antenas
transmissoras e receptoras. Existe,
portanto, um grande interesse em medir este comportamento
para situações típicas
bem como em relacioná-lo a determinados parâmetros do
sistema. Nesta tese
apresentam-se os resultados de uma campanha de medidas
visando caracterizar canais
MIMO de faixa estreita e faixa larga em ambientes fechados
(indoor) com uma
freqüência de portadora de 2GHz. A partir dos dados
medidos, avalia-se a capacidade
e diversos parâmetros do canal espaço-temporal. Os
parâmetros do canal MIMO são
estimados através do algoritmo FD-SAGE e as dispersões
temporal e espacial do
canal são calculadas a partir dos parâmetros estimados.
Uma análise dos autovalores
da matriz do canal MIMO é realizada com o objetivo de
relacionar os valores da
capacidade ao número de canais paralelos. É analisada,
ainda, a correlação entre a
capacidade e os parâmetros físicos do canal, tais como
espaçamento entre os
elementos do arranjo, espalhamento angular, espalhamento
dos retardos, número e
potência dos multipercursos. / [en] Multiple antenna systems known as MIMO (Multiple Input
Multiple Output)
systems have been proposed as an effective way to address
the user demand for high
data rate applications in wireless systems. This is
especially important in systems
where the capacity attained with traditional techniques is
very limited due to the
adverse characteristics of the propagation environment.
With MIMO, some of these
characteristics are used to create parallel channels
producing significant increase in
capacity. The analysis of MIMO capacity is based on models
developed from the
statistical behavior of the multiple links between the
transmitting and receiving
antennas, and therefore there has been large interest in
measuring these characteristics
in typical scenarios and in relating the data to system
parameters. In this thesis the
results of a MIMO wideband measurement campaign carried
out in an indoor
scenario with a carrier frequency of 2 GHz is presented.
The wideband and
narrowband channel capacity and several channel parameters
are evaluated from the
measured data. The channel parameters are estimated using
the frequency domain
Space-Alternating Generalized Expectation maximization (FD-
SAGE) algorithm.
Temporal and spatial dispersions of the multipath channel
are calculated from the
estimated parameters and an eigenvalue analysis is
performed seeking to relate the
capacity values to the number of parallel channels. In
addition, the correlation
between channel capacity and physical parameters as
antenna spacing, angle spread,
delay spread, number and power of multipath components is
investigated.
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Simulação realista de redes de sensores sem fio industriaisQueiroz, Diego Véras de 29 February 2016 (has links)
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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.
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Modelagem computacional de canais de comunicação móvel. / Computational modelling of mobile communication channels.Vanderlei Aparecido da Silva 27 October 2004 (has links)
A modelagem computacional tem se tornado uma poderosa ferramenta utilizada mundialmente em pesquisas sobre sistemas de comunicação móvel. Em tais sistemas, a modelagem do canal é fator indispensável, pois as características de mobilidade e propagação presentes nesse tipo de sistema são responsáveis por distorções ocorridas sobre o sinal transmitido. O presente trabalho reúne os principais modelos matemáticos e computacionais de canal de comunicação móvel. Realiza-se uma abordagem histórica sobre o assunto, apresentado a natureza do problema do desvanecimento e a forma como foi modelado inicialmente. Por outro lado, apresentam-se modelos recentes, considerados eficazes do ponto de vista matemático e eficientes do ponto de vista computacional. O trabalho traz como contribuição a proposta de um novo modelo de canal com desvanecimento. Os modelos apresentados foram analisados do ponto de vista matemático por meio de suas propriedades estatísticas. Do ponto de vista numérico e computacional a análise se deu por meio de simulações. A principal conclusão obtida mostra que dois modelos com filtragem no domínio da freqüência, sendo um deles o novo modelo proposto, são os mais indicados para simular formas de onda que representem um canal com desvanecimento Rayleigh. Este trabalho tem a pretensão de ser útil para pesquisadores atuantes na área de modelagem e simulação de sistemas atuais de comunicação móvel. / Computational modelling is a powerful and widely used tool for research in mobile communication systems. In such systems, the communication channel modelling is an indispensable factor, because its mobility and propagation characteristics can cause distortion over the transmitted waveform. This work contains the main mathematical and computing communication channel models. A historical cover is provided, which presents the nature of the problem and the initial modelling of the fading phenomenon. On the other hand, recent models are presented, which are mathematically effective and computationally efficient. One contribution of this work is the proposal of a new fading channel computational model, which was suitably tested and validated. The presented models were mathematically analyzed through its statistical properties. From numerical and computational point of view, the models were analyzed through several simulations. The main conclusion, from analytical and simulated results, shows that two models using frequency filtering are the best choice for the generation of multiple uncorrelated Rayleigh fading waveforms, where one of them is the new proposed model. This work can help mobile communications researchers to suitably model the communication channel in a computer simulation.
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Modelagem computacional de canais de comunicação móvel. / Computational modelling of mobile communication channels.Silva, Vanderlei Aparecido da 27 October 2004 (has links)
A modelagem computacional tem se tornado uma poderosa ferramenta utilizada mundialmente em pesquisas sobre sistemas de comunicação móvel. Em tais sistemas, a modelagem do canal é fator indispensável, pois as características de mobilidade e propagação presentes nesse tipo de sistema são responsáveis por distorções ocorridas sobre o sinal transmitido. O presente trabalho reúne os principais modelos matemáticos e computacionais de canal de comunicação móvel. Realiza-se uma abordagem histórica sobre o assunto, apresentado a natureza do problema do desvanecimento e a forma como foi modelado inicialmente. Por outro lado, apresentam-se modelos recentes, considerados eficazes do ponto de vista matemático e eficientes do ponto de vista computacional. O trabalho traz como contribuição a proposta de um novo modelo de canal com desvanecimento. Os modelos apresentados foram analisados do ponto de vista matemático por meio de suas propriedades estatísticas. Do ponto de vista numérico e computacional a análise se deu por meio de simulações. A principal conclusão obtida mostra que dois modelos com filtragem no domínio da freqüência, sendo um deles o novo modelo proposto, são os mais indicados para simular formas de onda que representem um canal com desvanecimento Rayleigh. Este trabalho tem a pretensão de ser útil para pesquisadores atuantes na área de modelagem e simulação de sistemas atuais de comunicação móvel. / Computational modelling is a powerful and widely used tool for research in mobile communication systems. In such systems, the communication channel modelling is an indispensable factor, because its mobility and propagation characteristics can cause distortion over the transmitted waveform. This work contains the main mathematical and computing communication channel models. A historical cover is provided, which presents the nature of the problem and the initial modelling of the fading phenomenon. On the other hand, recent models are presented, which are mathematically effective and computationally efficient. One contribution of this work is the proposal of a new fading channel computational model, which was suitably tested and validated. The presented models were mathematically analyzed through its statistical properties. From numerical and computational point of view, the models were analyzed through several simulations. The main conclusion, from analytical and simulated results, shows that two models using frequency filtering are the best choice for the generation of multiple uncorrelated Rayleigh fading waveforms, where one of them is the new proposed model. This work can help mobile communications researchers to suitably model the communication channel in a computer simulation.
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