En esta tesis se desarrolla una arquitectura de control que involucra un CPG y dos pares controlador-identificador neurales para un robot planar bípedo, que es capaz de caminar en superficies planas sin conocer el modelo dinámico del robot, con este controlador se logra que un robot bípedo simulado camine dinámicamente por una superficie plana, con un caminar continuo y estable, la símilaridad biológica con el caminar humano es bastante aparente y el caminar se ve bastante natural, aunque lento. Se presentan también simulaciones sobre modelos comunes para el equilibrio humano, consiguiendo controlarlos exitosamente. también se desarrolla una extensión al caso de múltiples entradas y múltiples salidas del esquema de control con redes neurales diagonales recurrentes basado en modelos, demostrando que este nuevo controlador tiene la capacidad de efectuar tanto la cinemática inversa, como la dinámica inversa de un manipulador, cumpliendo objetivos de control que son medidas del rendimiento de la planta

En esta tesis se desarrolla una arquitectura de control que involucra un CPG y dos pares controlador-identificador neurales para un robot planar bípedo, que es capaz de caminar en superficies planas sin conocer el modelo dinámico del robot, con este controlador se logra que un robot bípedo simulado camine dinámicamente por una superficie plana, con un caminar continuo y estable, la símilaridad biológica con el caminar humano es bastante aparente y el caminar se ve bastante natural, aunque lento. Se presentan también simulaciones sobre modelos comunes para el equilibrio humano, consiguiendo controlarlos exitosamente. también se desarrolla una extensión al caso de múltiples entradas y múltiples salidas del esquema de control con redes neurales diagonales recurrentes basado en modelos, demostrando que este nuevo controlador tiene la capacidad de efectuar tanto la cinemática inversa, como la dinámica inversa de un manipulador, cumpliendo objetivos de control que son medidas del rendimiento de la planta

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[pt] A presente tese se dedica ao estudo do sistema de comunicação sem fio MIMO-GFDM-IM. Este sistema, por apresentar atratividades como elevada eficiência espectral, eficiência energética e resiliência ao canal de propagação multipercurso, é de interesse para os futuros sistemas de comunicação. Antecedendo o estudo deste sistema, o modelo de sinais e sistemas para MIMO-GFDM é desenvolvido com base no modelo MIMOOFDM e estratégias de detecção para o sistema são propostas. Uma nova proposta para a detecção MIMO-GFDM, baseada em duas fases de filtragem, é apresentada, resultando em atrativa relação desempenho de detecção e complexidade computacional. O modelo de sistema apresentado é então estendido para incluir a modulação de índice como portadora de informação, resultando no sistema MIMO-GFDM-IM. Inicialmente considerando sistemas ponto-a-ponto, são avaliados diferentes propostas de detectores baseados no processamento da matriz de canal completa e também para os detectores de complexidade reduzida, sob a ótica de desempenho de detecção e complexidade computacional. Por fim, é considerado o sistema MIMO-GFDM-IM no uplink de um sistema multiusuário. / [en] This thesis is dedicated to the study of the MIMO-GFDM-IM wireless communication system. This system, due to its attractiveness such as high spectral efficiency, energy efficiency and resilience to the multipath propagation channel, is of interest for future communication systems. Preceding the study of this system, the model of signals and systems for MIMOGFDM is developed based on the MIMO-OFDM model and detection strategies for the system are proposed. A new proposal for MIMO-GFDM detection, based on two filtering phases, is presented, resulting in an attractive relation between detection performance and computational complexity. The presented system model is then extended to include index modulation as an information carrier, resulting in the MIMO-GFDM-IM system. Initially considering point-to-point systems, different proposals for detectors based on processing the complete channel matrix and also for detectors of reduced complexity are evaluated, from the perspective of detection performance and computational complexity. Finally, the MIMOGFDM-IM system is considered in the uplink of a multiuser system.

[pt] Este estudo propõe diferentes métodos de processamento de transmissão a nível de símbolo para diversas configurações MIMO multiusuário. Primeiro, dois pré-codificadores a nível de símbolo são desenvolvidos considerando uma estrita restrição de potência por antena e modulação PSK para informações de estado de canal perfeito e imperfeito. Então, uma configuração MIMO em larga escala é considerada onde o consumo de energia dos front ends de radiofrequência produz um gargalo para a realização de sistemas MIMO com eficiência energética. Com isso, recursos de redução de energia, como sinalização de envelope constante e quantização de baixa resolução, são aplicados para permitir implantações de baixo custo, com baixo impacto ambiental e melhor cobertura. Neste contexto, a formulação da mínima probabilidade de erro de símbolo é considerada como o critério de projeto para o caso de símbolos de dados QPSK e, para modulação PSK arbitrária, o estudo propõe a nova formulação de mínima probabilidade de erro de símbolo vinculada ao limitante da união. Com base nestes critérios, o estudo propõe diferentes pré-codificadores de baixa resolução a nível de símbolo, baseados no método de busca parcial gananciosa e no algoritmo proposto de branch-and-bound qualidade de serviço. Finalmente, é considerado um sistema MIMO multiusuário virtual com modulação PSK realizado através da utilização de um transmissor baseado em superfícies inteligentes reconfiguráveis. Com esta estrutura, este estudo considera modelos de superfície inteligentes reconfiguráveis de alta resolução e com mudança de fase discreta. Com essas estruturas, o estudo deriva problemas de minimização de potência a nível de símbolo sob restrições de qualidade de serviço. Tanto a probabilidade de erro de símbolo quanto a probabilidade de erro de símbolo vinculada ao limitante da união são consideradas para a formulação da qualidade do serviço. Os problemas são resolvidos utilizando um método de bissecção e um método branch-and-bound para elementos refletores de alta e baixa resolução, respectivamente. / [en] This study proposes different symbol-level transmit processing methods for diverse multiuser MIMO setups. First, two symbol-level precoders are developed considering a strict per-antenna power constraint and PSK modulation for perfect and imperfect channel state information. Then, a large-scale MIMO setup is considered where the energy consumption of the radio frequency front ends yields a bottleneck for realizing energy efficient MIMO systems. With this, power reduction features such as constant envelope signaling and low-resolution quantization are applied to enable low-cost deployments, with low environmental impact, and better coverage. In this context, the minimum symbol-error probability formulation is con sidered as the design criterion for the case of QPSK data symbols, and, for arbitrary PSK modulation, the study proposes the novel minimum union bound symbol-error probability formulation. Based on these criteria the study proposes different low-resolution symbol-level precoders based on the partial greedy search method and the proposed quality-of-service branch and bound algorithm. Finally, a virtual multiuser MIMO system with PSK modulation realized via the reconfigurable intelligent surface-based passive transmitter setup is considered. Under this framework, this study considers both high-resolution and discrete phase shift reconfigurable intelligent surface models. With these frameworks, the study derives symbol-level power minimization problems under quality of service constraints. Both the symbol-error probability and union-bound symbol-error probability are considered for the quality of service formulation. The problems are solved by utilizing a bisection method and a branch-and-bound method for high and low-resolution reflecting elements, respectively.

[pt] Na primeira parte desta tese, são desenvolvidos dois esquemas de detecção por listas para sistemas MIMO multiusuário. As técnicas propostas usam uma única transformação de redução de reticulado (LR) para modificar a matriz de canal entre os usuários e a estação base (BS). Após a transformação LR, um candidato confiável do sinal transmitido é obtido usando um detector de cancelamento sucessivo de interferências (SIC). No detector em múltiplos ramos com redução de reticulado e cancelamento sucessivo de interferências (MB-LR-SIC) proposto, um número fixo de diferentes ordenamentos para o detector SIC gera uma lista de possíveis candidatos para a informação transmitida. O melhor candidato é escolhido usando o critério maximum likelihood (ML). No detector por listas de tamanho variável (VLD) proposto, um algoritmo que decide se o candidato atual tem uma boa qualidade ou se é necessário continuar procurando por um candidato melhor nos ordenamentos restantes é utilizado. Os resultados numéricos mostram que os esquemas propostos têm um desempenho quase ótimo com uma complexidade computacional bem abaixo do detector ML. Um esquema de detecção e decodificação iterativa (IDD) baseado no algoritmo VLD é também desenvolvido, produzindo um desempenho próximo a um sistema mono usuário (SU) livre de interferências. Na segunda parte desta tese, uma técnica de detecção desacoplada de sinais (DSD) para sistemas MIMO massivo é proposta. Esta técnica permite que o sinal composto recebido na BS seja separado em sinais independentes, correspondentes a diferentes classes de usuários, viabilizando assim o uso dos procedimentos de detecção propostos na primeira parte desta tese em sistemas MIMO massivos. Um modelo de sinais para sistemas MIMO massivo com antenas centralizadas e/ou antenas distribuídas operando em redes heterogêneas de quinta geração é proposto. Uma análise baseada na soma das taxas e um estudo de custo computacional para DSD são apresentados. Os resultados numéricos ilustram o excelente compromisso desempenho versus complexidade obtido com a técnica DSD quando comparada com o esquema de detecção conjunta tradicional. / [en] In the first part of this thesis, we introduce two list detection schemes for the uplink scenario of multiuser multiple-input multiple-output (MUMIMO) systems. The proposed techniques employ a single lattice reduction (LR) transformation to modify the channel matrix between the users and the base station (BS). After the LR transformation, a reliable candidate for the transmitted signal vector, provided by successive interference cancellation (SIC) detection is obtained. In the proposed multi-branch lattice reduction SIC (MB-LR-SIC) detector, a fixed number of different orderings, generates a list of SIC detection candidates. The best candidate is chosen according to the maximum likelihood (ML) selection criterion. For the proposed variable list detection (VLD) scheme, an algorithm to decide if the current candidate has good quality or if it is necessary to further explore different orderings to improve the detection performance is employed. Simulation results indicate that the proposed schemes have a near-optimal performance while keeping its computational complexity well below that of the ML detector. An iterative detection and decoding (IDD) scheme based on the VLD algorithm is also developed, producing an excellent performance that approaches the single user (SU) scenario. In the second part of this thesis, a decoupled signal detection (DSD) technique which allows the separation of uplink signals, for each user class, at the base station (BS) for massive MIMO systems is proposed. The proposed DSD allows to implement the detection procedures proposed in the first part of this thesis in massive MIMO scenarios. A mathematical signal model for massive MIMO systems with centralized and distributed antennas in the future fifth generation (5G) heterogeneous cellular networks is also developed. A sum-rate analysis and a study of computational cost for DSD are also presented. Simulation results show excellent performance of the proposed DSD algorithm when combined with linear and SIC-based detectors.