Os sistemas ópticos atuais, baseados em fibras monomodo, operam próximos ao limite teórico da capacidade. Sistemas ópticos baseados em multiplexação modal (Mode Division Multiplexing – MDM) possibilitam o aumento da capacidade do sistema por meio do uso de fibras de poucos modos. Nestes sistemas, a propriedade de ortogonalidade entre os modos propagantes permite que cada modo espacial carregue um sinal óptico específico. O amplificador à fibra dopada com érbio (Erbium-Doped Fiber Amplifier – EDFA) segue fundamental para assegurar a transmissão em longas distâncias. No entanto, devido às distintas distribuições de intensidade dos modos que compõem o sinal de entrada, cada modo experimenta diferentes valores de ganho. Desta forma, o objetivo principal no projeto de EDFAs de poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber Amplifier – FM-EDFA) é determinar os melhores parâmetros opto-geométricos da fibra para produzir uma amplificação eficiente. A metodologia normalmente empregada é baseada na resolução das equações de taxa e de propagação. Nesta tese, é proposta uma metodologia alternativa de projeto de FM-EDFA, baseada em uma nova figura de mérito. Este parâmetro quantifica o nível de inversão da população dos íons na fibra a partir da integral de superposição (overlap integral), considerando tanto o perfil de dopagem da fibra dopada com érbio para poucos modos (Few-Mode Erbium-Doped Fiber – FM-EDF) quanto as distribuições de intensidade dos sinais de entrada e de bombeio. A aplicação desta metodologia permite reduzir, em cerca de 25-40 vezes, o número de resoluções das equações de taxa e de propagação e, consequentemente, diminuir o tempo de processamento e reduzir o esforço computacional. Como consequência da maior velocidade de processamento, torna-se possível a aplicação de métodos de otimização mais rigorosos, permitindo uma busca em um espaço irrestrito de soluções. Especificamente, a partir de uma metodologia baseada em algoritmos genéticos, obteve-se um perfil de dopagem otimizado. É também demonstrado que os perfis com geometria circular exibem melhores características, como excelente desempenho do FM-EDFA e maior facilidade de fabricação. Por meio da análise da figura de mérito, é mostrado que o desempenho do FM-EDFA é afetado pelas características do modo de bombeio. Finalmente, o desempenho de um sistema óptico MDM é avaliado, simulado por meio da integração entre as ferramentas MatLab® e VPItransmissionMakerTM, comprovando a necessidade do projeto de um amplificador específico para sistemas MDM. / Modern optical systems based on single-mode fiber, operate close to the theoretical capacity limit. By using few-mode fibers, optical systems based on modal division multiplexing (MDM) allows increased system capacity. In these systems, orthogonality between the propagating modes allows each spatial mode to carry a specific optical signal. The erbium doped fiber amplifier (EDFA) remains essential to ensure long distance transmission. However, due to the distinct intensity profile distributions of the modes which comprise the input signal, each mode experiences a different value of optical gain. Thus, the main objective in the few-mode EDFA design (FM-EDFA) is to determine the best opto-geometrical fiber parameters in order to produce an efficient amplification. The methodology normally used is based on the simultaneous resolution of the rate and propagation equations. In this thesis, we propose an alternative methodology for the FM-EDFA design, based on a new figure of merit which quantifies the level of population inversion for the Er ions in the fiber, by means of a overlap integral considering both the doping profile of the few-mode erbium doped fiber (FM-EDF) as well as the intensity distributions of the optical signals and pump beams. This methodology reduces, by a factor of 25-40, the number of resolutions of the rate and propagation equations, thereby decreasing processing time and computational effort. As a consequence of the improved processing speed, it becomes possible to apply more rigorous optimization methods in an unrestricted solution space. Specifically, by using a genetic algorithm technique, we obtained an optimized doping profile. It is also shown that profiles with circular geometry exhibit improved features, such as excellent FM-EDFA performance and ease of manufacturing. By analyzing the figure of merit, it is shown that the FM-EDFA performance is affected by the characteristics of the pump mode. Finally, the performance of an MDM optical system is evaluated, by integrating Matlab and VPI simulation tools, to demonstrate the need for specific amplifier designs in MDM systems.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-28T20:18:01Z No. of bitstreams: 1 guilhermeribeirocolen.pdf: 4525385 bytes, checksum: e90d041d33c901d139d8476b96e02078 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-29T11:52:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermeribeirocolen.pdf: 4525385 bytes, checksum: e90d041d33c901d139d8476b96e02078 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-29T11:52:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermeribeirocolen.pdf: 4525385 bytes, checksum: e90d041d33c901d139d8476b96e02078 (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese concentra-se na redução da complexidade computacional e na necessidade de largura de banda associada com a utilização de técnicas de alocação de recursos em sistemas de comuniação via rede elétrica (power line communication – PLC) com base no esquema de multiplexação por divisão ortogonal na frequência (orthogonal frequency division multiplexing – OFDM). Neste contexto, é introduzida a técnica sub-ótima chamada de temporal compressive resource allocation (TCRA). Esta técnica é capaz de explorar a relação existente entre microslots (exploração no domínio do tempo) para reduzir o número de vezes por segundo que alocação de recursos é executada. Além disso, é proposto um novo parâmetro, denominado de banda de coerência da relação sinal ruído normalizada (normalized signal to noise ratio – nSNR) para informar precisamente a planicidade da nSNR. A eficácia deste parâmetro é comparada com a banda de coerência. Diante disto, sua modelagem estatística para ambientes in-home, outdoor de baixa tensão e PLC-wireless é apresentada considerando distribuições de componentes individuais e misturas de Gaussianas. Com base na definição da banda de coerência da nSNR, é descrita a técnica sub-ótima denominada spectral compressive resource allocation (SCRA). Ela explora a relação existente entre os sub-canais adjacentes (exploração no domínio da frequência) para reduzir a dimensão do vector de nSNR, que é a principal informação de entrada para a técnicas de alocação de recursos. Com base no fato de que a geometria de tiles associadas com a transformada de Fourier discreta limita os ganhos associados com o uso da técnica SCRA em conjunto com o esquema OFDM, é introduzido pela primeira vez o esquema chamado multiplexação por divisão ortogonal no tempo-frequência (orthogonal time-frequency division multiplexing – OTFDM). Este esquema se baseia na transformada ortogonal de Stockwell discreta para oferecer diferentes geometrias de tiles e funciona tanto para comunicação de dados em banda de base quanto em banda passante. Os resultados numéricos baseados em canais PLC medidos e no uso de protótipo de transceptores PLC mostram que as técnicas TCRA e SCRA podem trocar redução de complexidade computacional por perda de taxa de transmissão e que economia de complexidade computacional relevante pode ser realizada com baixas perdas na taxa de transmissão. Ademais, os resultados numéricos mostram que o esquema OTFDM pode ser superado pelo esquema de OFDM se a informação de estado de canal não está disponível no lado do transmissor. No entanto, a disponibilidade de tais informações no lado do transmissor permite a utilização do esquema OTFDM em conjunto com a técnica SCRA atingir uma melhoria notável em comparação com o esquema OFDM trabalhando com a técnica SCRA. / This dissertation focuses on the computational complexity reduction and on the need for network bandwidth associated with the use of resource allocation techniques in power line communication (PLC) system based on orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme. In this context, the so-called temporal compressive resource allocation (TCRA) technique, which is a sub-optimal technique, is introduced. The TCRA is capable of exploiting the existing relationship among microslots (time domain exploitation) to reduce the number of times per second the resource allocation technique is executed. Also, a noval parameter, called nSNR coherence bandwidth, that precisely informs the flatness of the normalized signal to noise ratio (nSNR) is proposed. The effectiveness of this parameter is compared to the coherence bandwidth. Also, its statistical modeling for in-home, outdoor and low-voltage, and hybrid PLC-wireless channels with single-component and Gaussian mixture distributions is presented. Based on the nSNR coherence bandwidth definition, the spectral compressive resource allocation (SCRA) technique, which is a suboptimal technique, is outlined. The SCRA technique exploits the existing relationship among adjacent subchannels (frequency domain exploitation) to reduce the dimensionality of the nSNR vector, which is the main feeding information for the resource allocation technique. Based on the fact that the geometry of the tiles associated with the discrete Fourier transform limits the gains associated with the use of the SCRA together with the OFDM scheme, the so-called orthogonal time-frequency division multiplexing (OTFDM) scheme is, for the first time, introduced. The OTDFM scheme, which is based on the discrete orthogonal Stockwell transform, offers different tile geometries and works in both baseband and passband data communications. Numerical results based on measured PLC channels and the use of prototype of PLC transceivers show that TCRA and SCRA techniques can trade computational complexity reduction with data rate loss and relevant computational complexity savings may be accomplished with low data rate losses. Moreover, the numerical results show that the OTFDM scheme may be outperformed by the OFDM scheme if channel state information is not available at the transmitter side; however, the availability of such information at the transmitter side allow the use of the OTFDM scheme together with the SCRAs achieve remarkable improvement in comparison with OFDM scheme working with the SCRA technique.

Orientador: Celso de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MinangoNegrete_JuanCarlos_M.pdf: 1358924 bytes, checksum: 0b87bf307832cb8c65d04765674c0306 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O uso da técnica de multiplex espacial, transmissão de feixes de símbolos independentes usando múltiplas antenas de transmissão, tem sido proposta para atingir a exigência de taxas de dados maiores dos futuros sistemas de comunicações sem fio de banda larga. No entanto, quando a técnica de multiplex espacial é aplicada a uma rede celular, seu desempenho é afetado pela interferência de co-canal. Este trabalho avalia e compara os efeitos da interferência de co-canal na taxa de erro de bit média, BER, entre sistemas de transmissão digital com multiplex espacial e sistemas de transmissão digital com uma única antena de transmissão, onde os parâmetros da potência de transmissão e eficiência espectral são levados em consideração, a fim de se fazer comparações justas entre os dois sistemas. O enlace direto em um ambiente com desvanecimento plano e lento do tipo Rayleigh na presença de um interferente de co-canal dominante foi considerado. Além disso, o uso do detector ótimo, MV, no receptor e os esquemas de modulação BPSK, QPSK e M-QAM foram também considerados. Simulações de Monte Carlo foram feitas para a obtenção dos desempenhos em termos da BER como uma função da relação sinal-ruído por bit, Eb/N0, e da relação sinal-interferência, SIR. Os resultados da avaliação e comparação de desempenho entre os sistemas com multiplex espacial e com uma única antena de transmissão apresentados neste trabalho, constituem uma ferramenta importante a fim de se conhecer os benefícios reais da técnica de multiplex espacial aplicada a uma rede celular, como por exemplo nos padrões WiMAX ou LTE / Abstract: Spatial multiplexing technique, consisting of independent symbol transmission on multiple transmission antennas, has been proposed to meet the requirement for higher data rates of future wireless broadband communication systems. However, when spatial multiplexing technique is applied to a cellular network, the performance is affected by co-channel interference. This work evaluates and compares the effects of co-channel interference on the mean bit error rate, BER, of spatial multiplexing systems and single transmission antenna systems, where transmit power and spectral efficiency parameters are taken into consideration, in order to make a fair comparison between both systems. The downlink of a cellular network in slowly-varying flat Rayleigh fading environment and in the presence of a dominant co-channel interferer is considered. Furthermore, the use of Optimum Detector on the receiver and BPSK, QPSK and M-QAM modulations is also considered. Monte Carlo simulations are realized for obtaining the performance in terms of the BER as a function of per-bit signal-to-noise ratio, Eb/N0, and signal-to-interference ratio, SIR. The evaluation and comparison performance results between spatial multiplexing and a single transmission antenna systems presented in this work, are important tools in order to know the real benefits of spatial multiplexing technique applied to a cellular network, as the standards WiMAX or LTE / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Yuzo Iano / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:22:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Akamine_Cristiano_D.pdf: 23517707 bytes, checksum: c51b616b01118b57a56b6af1f6bec625 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta contribuições para o sistema brasileiro de TV digital. Considera-se a incompatibilidade do BTS (Broadcast Transport Stream) com os sistemas de distribuição de TV digital existentes e a dificuldade de implementação do modulador e demodulador ISDB-TB. Em primeiro lugar um algoritmo inovador capaz de realizar a compressão e adaptação do BTS tomando-o compatível com a maioria dos equipamentos comerciais do sistema DVB, é proposto. Em seguida, um detalhamento do funcionamento do modulador e demodulador é realizado utilizando-se expressões matemáticas e resultados obtidos em simulações computacionais. A partir do BTS, foi desenvolvido um simulador do modulador capaz de monitorar a entrada e saída de todos os blocos de processamento. No último estágio, vetores de RF são criados e podem ser utilizados em simulações computacionais e geradores de forma de onda arbitrária. Utilizando vetores de RF de emissoras de TV, foi desenvolvido um simulador do demodulador ISDB-TB. Esse simulador realiza as operações de sincronismo, estimação de canal, demodulação e decodificação de canal. Além disso, monitores da relação sinal ruído, constelação, resposta em frequência, perfil de atraso e taxa de erro de bits são utilizados para monitorar a reconstrução do BTS / Abstract: This paper presents contributions to the Brazilian digital TV system. It considers the incompatibility of (BTS) Broadcast Transport Stream with the existing digital TV distribution systems. The difficulty of implementation of the ISDB-TB modulator and demodulator are also taken into account. Firstly, an innovative algorithm able to compress and adapt the BTS in order to make it compatible with most DVB commercial equipment is implemented. Then, the detailed operation of the modulator and emodulator are obtained sing mathematical expressions and results from computer simulations. Using the BTS, it has been developed a simulator capable of monitoring the modulation input and output of all processing blocks. In the last stage, the RF vectors are created and can be used on computer simulations and arbitrary waveform generators. Using RF vectors of TV stations, an ISDB-Ts demodulator simulator was developed. This simulator performs the operations of synchronization, channel estimation, demodulation and channel decoding. In addition, monitors of signal to noise ratio, constellation, frequency response, delay profile and bit error rate are used to monitor the reconstruction of the BTS / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Celso de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:24:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarvajalMora_HenryRamiro_M.pdf: 10096746 bytes, checksum: 558790b8f1575c8f3b46fe6c7418920d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, é avaliado o desempenho do enlace reverso de redes celulares que utilizam a técnica de múltiplo acesso por divisão de código com multiportadoras (MC-CDMA) em termos da probabilidade de erro de bit média (BER) e da eficiência espectral média. O sistema de comunicações analisado utiliza a técnica MC-CDMA, um arranjo linear de antenas na estação rádio base, entrelaçamento em frequência, combinação de máxima razão (MRC), modulação adaptativa, controle de potência e um prefixo cíclico grande o suficiente para eliminar os efeitos da interferência intersimbólica (ISI) e da interferência entre portadoras (ICI). O cenário estudado considera a presença de interferência de múltiplo acesso (MAI) e interferência de co-canal (CCI). A caracterização do canal considera a presença de ruído aditivo gaussiano branco (AWGN), perda de propagação exponencial e desvanecimento lento e seletivo em frequência que segue a distribuição de Rayleigh. Neste contexto, expressões analíticas exatas e fechadas para a BER média tanto para a modulação BPSK, quanto para a modulação M-QAM são obtidas. A exatidão das expressões é validada através de simulações de Monte Carlo. Ademais, uma expressão para a eficiência espectral celular média é determinada, a qual é uma função do fator de reuso de canais, do incremento da largura de banda devido ao prefixo cíclico, do carregamento do sistema, do fator de espalhamento, dos raios da célula e da modulação utilizada. Os resultados indicam que utilizar um fator de reuso de canais de 1 é a maneira mais eficiente de usar o espectro. No entanto, esse fator de reuso é crítico em relação às taxas de transmissão. Ademais, evidenciando que a técnica de múltiplo acesso por divisão de frequências ortogonais (OFDMA) é um caso particular da técnica MC-CDMA, os resultados mostram que a máxima eficiência espectral média obtida com a técnica OFDMA é menor do que aquela obtida com a técnica MC-CDMA / Abstract: In this work the performance of cellular networks uplink is evaluated using the multicarrier-code division multiple access (MC-CDMA) technique in terms of the mean bit error rate (BER) and the mean spectral efficiency. The analyzed communications system is supposed to employ the MC-CDMA technique, a linear antenna array in the base station, frequency interleaving, maximal ratio combining (MRC), adaptive modulation, control power and a cyclic prefix large enough to eliminate the effects of intersymbol interference (ISI) and intercarrier interference (ICI). The studied scenario assumes the presence of multiple access interference (MAI) and co-channel interference (CCI). The channel characterizations considers the presence of additive white gaussian noise (AWGN), exponential path-loss and slow and frequency selective Rayleigh fading. In this context, exact and closed analytical expressions for the mean BER for both BPSK modulation, as for M-QAM modulation are obtained. The accuracy of the expressions is validated through Monte Carlo simulations. Also, an expression for the mean cellular spectral efficiency is determined, which is a function of the channel reuse factor, the bandwidth increases due to the cyclic prefix, the system load, the spreading factor, the cell radius and the modulation employed. The results show that using an unitary channel reuse factor of 1 is the most efficient way to use the spectrum. However, this reuse factor is critical in relation to transmission rates. Moreover, considering that the orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) technique is a particular case of MC-CDMA, the results show that the maximum mean spectral efficiency achieved with the OFDMA technique is lower than that obtained with the MC-CDMA technique / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-08-04T12:22:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Item sem assunto. on 2014-08-07T16:41:54Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-10T16:40:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-17T17:37:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-17T17:37:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) Previous issue date: 2014 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / O sistema WDM (Wavelength Division Multiplexing) é considerado como uma tecnologia madura para ser usada no backbone de redes ópticas. Entretanto, encontrar uma solução ótima para o algoritmo de atribuição de comprimento de onda no projeto e operação destas redes, ainda é uma questão em aberto. A pesquisa realizada nesta tese aborda os principais aspectos relacionados ao processo de atribuição de comprimento de onda em sistemas WDM, e como resultado foi proposta uma metodologia que minimiza a degradação do sinal óptico gerada pela modulação de fase cruzada (XPM – Cross-Phase Modulation). Esta proposta é composta por uma metodologia híbrida baseada em Coloração de Grafo e Algoritmo Genético (AG), sendo que o primeiro tem a função de reduzir o número de comprimentos de onda necessários para atender a matriz de tráfego (que é fornecida a priori) e o último tem a função de encontrar a ordem de ativação de canais na grade de comprimentos de onda, com o objetivo de reduzir o efeito XPM. A proposta foi comparada com o algoritmo First-Fit em diferentes cenários e topologias de redes, e demonstrou uma considerável redução na probabilidade de bloqueio. / The system based on Wavelength Division Multiplex (WDM) has been considered as a mature technology to be used in the backbone of optical networks. However, finding an optical solution for Routing and Wavelength Assignment (RWA) algorithm in the design and operation of the networks remains an open issue. The research conducted in this thesis, addresses the main issues regarding the process of Wavelength Assignment (RWA) in WDM systems, and as result a methodology that minimizes the degradation of the optical signal generated by Cross-Phase Modulation (XPM), has been proposed. This proposal consists of a hybrid methodology based on Graph-Coloring and Genetic Algorithm (GA), where the first has the function of reducing the number of necessary wavelengths to meet the traffic matrix (known a priori), and the latter will find the cannels activation order on the wavelengths grid with the aim of reducing the XPM effect. This proposal was compared with the First-Fit algorithm in different scenarios and network topologies, and has shown a significant reduction in blocking probability.

O surgimento de novos serviços de telecomunicações tem provocado um enorme aumento no tráfego de dados nas redes de transmissão. Para atender a essa demanda crescente, novas tecnologias foram desenvolvidas e implementadas ao longo dos anos, sendo que um dos principais avanços está na área de transmissão óptica, devido à grande capacidade de transporte de informação da fibra óptica. A tecnologia que melhor explora a capacidade desse meio de transmissão atualmente é a multiplexação por divisão de comprimento de onda ou Wavelength Division Multiplexing (WDM) que permite a transmissão de diversos sinais utilizando apenas uma fibra óptica. Redes ópticas WDM se tornaram muito complexas, com enorme capacidade de transmissão de informação (terabits por segundo), para atender à explosão de necessidade por largura de banda. Nesse contexto, é de extrema importância que os recursos dessas redes sejam utilizados de forma inteligente e otimizada. Um dos maiores desafios em uma rede óptica é a escolha de uma rota e a seleção de um comprimento de onda disponível na rede para atender uma solicitação de conexão utilizando o menor número de recursos possível. Esse problema é bastante complexo e ficou conhecido como problema de roteamento e alocação de comprimento de onda ou, simplesmente, problema RWA (Routing and Wavelentgh Assignment problem). Muitos estudos foram realizados com o objetivo de encontrar uma solução eficiente para esse problema, mas nem sempre é possível aliar bom desempenho com baixo tempo de execução, requisito fundamental em redes de telecomunicações. A técnica de algoritmo genético (AG) tem sido utilizada para encontrar soluções de problemas de otimização, como é o caso do problema RWA, e tem obtido resultados superiores quando comparada com soluções heurísticas tradicionais encontradas na literatura. Esta dissertação apresenta, resumidamente, os conceitos de redes ópticas e de algoritmos genéticos, e descreve uma formulação do problema RWA adequada à solução por algoritmo genético. / The advent of new telecommunication services resulted in a huge increase of data traffic in the transmission networks. New technologies were developed and implemented over the years to attend to this growing demand, and the optical transmission technology stands. It has advanced greatly, due to the optical fibers large capacity of information transmission. Actually, the best technology to exploits the capacity of the fiber is the wavelength-division multiplexing (WDM), allowing the transmission of multiple signals over a single optical fiber. The WDM optical networks have become very complex, with huge capacity (terabits per second), to attend the ever growing need for bandwidth. In this context, it is extremely important to use the networks resources in an intelligent and optimized way. One of the biggest challenges in an optical network is choosing a route, and selecting a available wavelength on the network to attend a connection request using the least amount of resources. This problem is quite complex, and is known as the routing and wavelength assignment problem or simply RWA problem. Many studies were conducted in order to find an efficient solution to this problem, but it is not always possible to combine good performance with low execution time, a fundamental requirement in telecommunications networks. Genetic Algorithms have been used to solve hard optimization problems, as is the case of the RWA problem, and has produced remarkable results when compared to traditional heuristics found in the literature. This work presents an overview of the concepts of optical networks and genetic algorithms, and describes a formulation of RWA problem that is adequate for solution by genetic algorithm.

O surgimento de novos serviços de telecomunicações tem provocado um enorme aumento no tráfego de dados nas redes de transmissão. Para atender a essa demanda crescente, novas tecnologias foram desenvolvidas e implementadas ao longo dos anos, sendo que um dos principais avanços está na área de transmissão óptica, devido à grande capacidade de transporte de informação da fibra óptica. A tecnologia que melhor explora a capacidade desse meio de transmissão atualmente é a multiplexação por divisão de comprimento de onda ou Wavelength Division Multiplexing (WDM) que permite a transmissão de diversos sinais utilizando apenas uma fibra óptica. Redes ópticas WDM se tornaram muito complexas, com enorme capacidade de transmissão de informação (terabits por segundo), para atender à explosão de necessidade por largura de banda. Nesse contexto, é de extrema importância que os recursos dessas redes sejam utilizados de forma inteligente e otimizada. Um dos maiores desafios em uma rede óptica é a escolha de uma rota e a seleção de um comprimento de onda disponível na rede para atender uma solicitação de conexão utilizando o menor número de recursos possível. Esse problema é bastante complexo e ficou conhecido como problema de roteamento e alocação de comprimento de onda ou, simplesmente, problema RWA (Routing and Wavelentgh Assignment problem). Muitos estudos foram realizados com o objetivo de encontrar uma solução eficiente para esse problema, mas nem sempre é possível aliar bom desempenho com baixo tempo de execução, requisito fundamental em redes de telecomunicações. A técnica de algoritmo genético (AG) tem sido utilizada para encontrar soluções de problemas de otimização, como é o caso do problema RWA, e tem obtido resultados superiores quando comparada com soluções heurísticas tradicionais encontradas na literatura. Esta dissertação apresenta, resumidamente, os conceitos de redes ópticas e de algoritmos genéticos, e descreve uma formulação do problema RWA adequada à solução por algoritmo genético. / The advent of new telecommunication services resulted in a huge increase of data traffic in the transmission networks. New technologies were developed and implemented over the years to attend to this growing demand, and the optical transmission technology stands. It has advanced greatly, due to the optical fibers large capacity of information transmission. Actually, the best technology to exploits the capacity of the fiber is the wavelength-division multiplexing (WDM), allowing the transmission of multiple signals over a single optical fiber. The WDM optical networks have become very complex, with huge capacity (terabits per second), to attend the ever growing need for bandwidth. In this context, it is extremely important to use the networks resources in an intelligent and optimized way. One of the biggest challenges in an optical network is choosing a route, and selecting a available wavelength on the network to attend a connection request using the least amount of resources. This problem is quite complex, and is known as the routing and wavelength assignment problem or simply RWA problem. Many studies were conducted in order to find an efficient solution to this problem, but it is not always possible to combine good performance with low execution time, a fundamental requirement in telecommunications networks. Genetic Algorithms have been used to solve hard optimization problems, as is the case of the RWA problem, and has produced remarkable results when compared to traditional heuristics found in the literature. This work presents an overview of the concepts of optical networks and genetic algorithms, and describes a formulation of RWA problem that is adequate for solution by genetic algorithm.

Nessa dissertação apresenta-se um novo modelo de cooperação com codificação de rede para cenários em que há múltiplo acesso por divisão de frequências ortogonais (OFDMA). O modelo proposto é desenvolvido sobre o modelo da Codificação de Rede Dinâmica Generalizada (GDNC) incorporando-se a ele a alocação de subportadoras pelo algoritmo de máximas combinações com restrição (MCMA). O objetivo é incorporar ao GDNC a possibilidade de explorar a diversidade em frequência através da correta alocação de subportadoras para os diversos nós do sistema. A análise do modelo proposto, GDNCOFDMA, é desenvolvida em cenários nos quais o desvanecimento dos blocos de coerência é do tipo Rayleigh. Expressões para probabilidade de outage atingida pelo sistema, assim como a curva diversidade-multiplexação (DMT) obtidas são confrontadas com simulações numéricas. O desempenho do GDNC-OFDMA é confrontado com esquema análogo que também explora a diversidade em frequência da mesma forma, o NCC-OFDMA, que é revisitado nesse trabalho de forma a se obter uma versão mais realista do que a originalmente proposta. Os resultados obtidos mostram que o GDNC-OFDMA supera o desempenho em termos de diversidade em relação ao esquema GDNC com o custo de uma redução na taxa de multiplexação, devendo ser preferível a sua adoção nos cenários em que se aplica ao invés da versão original. Ainda, o GDNC-OFDMA tem melhor desempenho em termos de probabilidade de outage e diversidade comparativamente ao NCC-OFDMA. / In this master’s thesis a new model for network-coded cooperative communication in orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) scenarios is proposed. The proposed model is an extension of the Generalized Dynamic Network Coding (GDNC), incorporating into it a subcarrier allocation method provided by the maximum-constraint matching allocation (MCMA) algorithm. The objective is to provide GDNC with the ability to explore frequency diversity through proper subcarrier allocation for the nodes in the system. The analysis of the proposed model, GDNC-OFDMA, is developed in scenarios in which coherence blocks undergo Rayleigh fading. Equations for outage probability of the system, as well as the diversity-multiplexing trade-off (DMT) are obtained and compared with numerical simulations. The performance of GDNC-OFDMA is compared with an analogous scheme which also explores frequency diversity in the same manner, the NCC-OFDMA, which is reviewed in this work in order to obtain a more realistic version compared to the one originally proposed. Results showed that GDNCOFDMA surpasses GDNC in terms of diversity at the cost of a decreasing in multiplexing rate, being preferable its adoption in applicable scenarios rather than the original version. Moreover, GDNC-OFDMA has better performance in terms of outage probability and diversity when compared to NCC-OFDMA.

Orientador: Celso de Almeida / Tese (doutorado) - Umiversidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T06:29:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoefel_RogerPierreFabris_D.pdf: 16131215 bytes, checksum: 8d67fff6992c05fd8d2eac683e4a1f9e (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O objetivo deste trabalho é o de analisar, caracterizar e apresentar soluções para o excitante desafio de projetar protocolos de acesso para o transporte de pacotes multimídia no enlace reverso de sistemas celulares terrestres que empregam interface do ar do tipo TD/DS-CDMA (Time Division/Direct Sequence Code Division Multiple Access). Os estudos relativos aos aspectos inerentes à transmissão de pacotes em sistemas TD/DS-CDMA são particularizados na análise dos protocolos CDMA/PRMA (Code Division Multiple Access/ Packet Reservation Multiple Access) e Slotted CDMA/ALOHA. CDMA/PRMA é um protocolo de múltiplo acesso híbrido, no qual se aplicam os conceitos de multiplexação no tempo~por código e de alocação de recursos por meio de reserva. O acesso controlado ao canal do protocolo CDMA/PRMA permite a redução da variação da carga instantânea do canal e, conseqüentemente, redução da interferência de múltiplo acesso em relação ao protocolo Slotted CDMA/ ALOHA, onde os terminais acessam no próximo slot de tempo tão logo tenham pacotes a transmitir. Utiliza-se simulação computacional de maneira intensiva para à obtenção de resultados concernentes ao desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALOHA em distintas condições operacionais. Estes resultados são validados por análises numéricas. Entre outros aspectos deste trabalho, destaca-se: (i) o modelo do ponto de equilíbrio proposto para os protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALOHA; (ii) as expressões numéricas propostas para uma análise de desempenho do protocolo CDMA/PRMA; (iii) o desenvolvimento de um simulador de rede de pacotes para a investigação dos efeitos da interferência externa nas redes de pacotes CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALOHA; (iv) efeitos dos parâmetros de projeto no desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALORA; (v) estudo do desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALORA com tráfego de vídeo com taxa variável e tráfego de dados WWW; (vi) a investigação dos efeitos do controle de potência, do desvanecimento rápido e do desvanecimento lento no desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALORA com tráfego multimídia; (vii) o projeto integrado do protocolo CDMA/PRMA com receptor de detecção conjunta descorrelacionadora / Abstract: This thesis has the objective of to analyze, to characterize and to propose solutions to the challenge of design medium access control protocols for transmission of multimedia packets over the reverse channel of land mobile cellular systems based on TD/DS-CDMA (Time Division/Direct Sequence Code Division Multiple Access) air interface. Some inherent aspects of packet transmission over the reverse link of TD/DS-CDMA systems are particularized in the analysis of the CDMA/PRMA (Code Division Multiple Access/Packet Reservation Multiple Access) and Slotted CDMA/ ALOHA protocols. The joint CDMA/PRMA protocol is a hybrid multiple-access technique that combines time-division, code-division and Reservation ALOHA concepts. The CDMA/PRMA medium access control brings to reduction of the users variance on the channel, so a larger capacity is obtained in relation to the Slotted CDMA/ ALOHA protocol, where a mobile station accesses a time slot as soon as it has packets to transmit. It is used intensely computational simulation techniques to obtain some performance results concerning to CDMA/PRMA Slotted and CDMA/ ALOHA behavior over distinct operational conditions. It is utilized numerical techniques to validate some of obtained results. It is emphasized the following aspects of this Thesis: (i) a equilibrium point analysis model for the CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ ALOHA protocols; (ii) some numerical expressions that permits to analyze the CDMA/PRMA behavior on voice-only traffic; (iii) a system level network simulator developed to assess and to compare the intercell interference effects on the CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ ALOHA protocols performance; (iv) the design parameters effects on the performance of CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ALOHA systems; (v) some studies of CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ALOHA behavior on mixed voice/variable bit rate video and voice/WWW browsing traffic; (vi) some analysis of the imperfect power control effects, slow and fast fading effects on the capacity of CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ ALOHA protocols; (vii) a integrated design of CDMA/PRMA protocol and a multiuser decorrelator detector / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica