Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-21T13:33:19Z No. of bitstreams: 1 andreicamponogara.pdf: 136426958 bytes, checksum: 46cc006b7976ec02d48cf7b3ce754288 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-09T13:17:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 andreicamponogara.pdf: 136426958 bytes, checksum: 46cc006b7976ec02d48cf7b3ce754288 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:17:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andreicamponogara.pdf: 136426958 bytes, checksum: 46cc006b7976ec02d48cf7b3ce754288 (MD5) Previous issue date: 2016-08-19 / Esta dissertação tem como objetivo discutir a caracterização da rede de energia elétrica que alimenta os equipamentos de instrumentação de uma aeronave de ensaios de voo. Para a caracterização desses canais, uma campanha de medição foi realizada dentro da aeronave, de forma que dois arranjos de cabos foram adotados. Um representa a topologia em árvore, típica em aeronaves, enquanto que o segundo refere-se a uma proposta, a qual tem por objetivo compensar os problemas causados pelo modo comum através da redução do efeito de multi-percurso. No intuito de auxiliar o desenvolvimento das novas gerações de tecnologia de comunicação via rede de energia elétrica (power line communication -PLC) para aeronave e levando em conta o padrão aeronáutico RTCA/DO-160G, análises dos canais PLC medidos são realizadas em termos de ganho médio do canal, raiz quadrada do atraso médio de propagação, tempo de coerência, banda de coerência e capacidade do canal. Em relação ao ruído aditivo medido, análises da densidade espectral de potência e informações estatísticas são descritas. Além disso, distribuições de probabilidade são consideradas para modelá-lo e parâmetros do ruído impulsivo são discutidos. Em seguida, análises da impedância de acesso mostram importantes características dos cabos de ener-gia elétrica utilizados para alimentar os equipamentos de instrumentação da aeronave de ensaios de voo. Por fim, comparações entre os canais PLC medidos em residências Brasilei-ras mostram que a tecnologia PLC disponível no mercado (desenvolvida para residências) é útil para aplicações em aeronave. / This dissertation aims to discuss the characterization of the flight test aircraft power line channels related to the 28 Vdc electric power grids designed to supply energy to the in-strumentation equipments. For characterizing these channels, a measurement campaign was carried out aboard an aircraft and two data communication configurations of power lines were taken into account. While one represents a typical aircraft tree-shape topology of cable bundles, the second one is a proposal aiming at compensating the common-mode problems by reducing the multipath effects. In the light of aeronautic standard RTCA/DO-160G, analyses of measured power line communication (PLC) channels in terms of average channel gain, root mean square - delay spread, coherence time, coher-ence bandwidth, and channel capacity gives some directions to design novel generations of PLC technology for aircraft applications. Regarding the measured additive noises, anal-yses based on power spectral density and evaluated statistic information are addressed. Moreover, symmetric statistical distributions are considered to model the measured addi-tive noise. In addition, parameters of impulsive presence in the measured additive noise are discussed, and analysis of the access impedance shows some important characteristics of typical power lines used to supply energy to instrumentation equipments in a flight test aircraft. Finally, a comparison with the Brazilian in-home PLC channels shows that the PLC technology on-the-shelf (designed for in-home PLC) is also useful for aircraft applications.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-23T12:51:48Z No. of bitstreams: 1 vinciuslagrotarodriguesdacosta.pdf: 1396401 bytes, checksum: cb024a49d0816c8df51709de3243f9be (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-23T13:03:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vinciuslagrotarodriguesdacosta.pdf: 1396401 bytes, checksum: cb024a49d0816c8df51709de3243f9be (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T13:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vinciuslagrotarodriguesdacosta.pdf: 1396401 bytes, checksum: cb024a49d0816c8df51709de3243f9be (MD5) Previous issue date: 2017-12-15 / Esta dissertação descreve o protótipo de um transceptor banda estreita (narrowband - NB) hybrid power line communication (PLC)/Wireless (NB hybrid PLC/Wireless), o qual utiliza a rede de energia elétrica e o ar, em paralelo, para transmissão de dados, visando aplicações de redes inteligentes (smart grid - SG) e Internet das Coisas (Internet of Things - IoT). Nesse protótipo é introduzida uma versão aprimorada e adaptada do padrão IEEE 1901.2, contemplando a subcamada de controle de acesso ao meio (medium access control - MAC) e da camada física (physical - PHY) para transmissão de dados por ambos os meios de comunicação. O aprimoramento é baseado no uso da transformada de Hilbert para a recuperação da informação em quadratura em ambos os canais, possibilitando a estimação do desvio de frequência entre os clocks do transmissor e do receptor. Uma das adaptações no padrão IEEE 1901.2 é a introdução do protocolo de roteamento, o qual possibilita o transceptor a se comunicar com nós a dois ou mais saltos de distância entre eles. A outra adaptação é a implementação de uma técnica de correção de pacotes com erro a nível de camada de enlace, a qual combina os pacotes com erros recebidos pelas interfaces PLC e/ou wireless e corrige-os, dentro de uma certa capacidade. Importante ressaltar que o transceptor NB hybrid PLC/Wireless é capaz de interoperar com o transceptor NB PLC baseados no padrão IEEE 1901.2. O protótipo do transceptor NB hybrid PLC/Wireless é implementado usando um dispositivo field-programmable gate array (FPGA) usando uma linguagem descritiva de hardware (hardware description language - HDL), buscando-se a economia de recursos de hardware. Os resultados numéricos discutem o tempo necessário para execução da técnica de correção de pacotes com erros, levando em consideração as restrições de tempo do padrão IEEE 1901.2. Além disso, uma análise de taxa de dados na camada PHY mostra que a implementação está de acordo com o padrão IEEE 1901.2 e pode perfeitamente satisfazer as necessidades de aplicações para SG e IoT. Ademais, a análise do uso de recursos de hardware e do consumo de energia mostram que o protótipo do transceptor NB hybrid PLC/Wireless demanda menos que uma vez e meia os recursos de hardware e o consumo de energia do protótipo do transceptor NB PLC. / This thesis focuses on a prototype of the so-called narrowband (NB) hybrid power line communication (PLC)/Wireless transceiver, which jointly uses power line and wireless channels, in parallel, for data communication related to smart grid (SG) and Internet of Things (IoT) applications. To build the prototype, it is introduced an enhanced and adapted version of the IEEE 1901.2 Standard to implement the medium access control (MAC) sublayer and the physical (PHY) layer to transmit data through both channels. The enhancement is based on the use of the Hilbert transform to recover the quadrature information from both channels, enabling to estimate the frequency deviation between the transmitter and receiver’s clocks. One adaptation in the IEEE 1901.2 Standard is the introduction of a routing protocol, which enables the transceivers to communication with nodes two hops or farther from each other. The other adaptation is the implementation of a packet error correction technique at the link layer level, which combines packets with errors received from PLC and wireless media and correct them, under certain constraint. Moreover, relevant is the fact that the NB hybrid PLC/Wireless transceiver is compatible with the NB PLC transceiver based on the IEEE 1901.2 Standard. The NB hybrid PLC/Wireless transceiver prototype is implemented in a field-programmable gate array (FPGA) device and details about the implementation, using a hardware description language (HDL), are provided, highlighting the pursuit of hardware resource savings. Numeric results discuss the time analysis of the packet error correction technique, calculating its maximum capacity of correction taking into account the IEEE 1901.2 Standard time constraints. Furthermore, a PHY layer data-rate analysis shows that the implementation agree with the IEEE 1901.2 Standard and can perfectly satisfy the needs of SG and IoT applications. In addition, the hardware resource usage and power consumption analysis show that the NB hybrid PLC/Wireless transceiver prototype demands less than one and a half times the hardware resource usage and power consumption of the NB PLC transceiver prototype.

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.