CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In the lastest years, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has been widely associated with cooperative radio techniques. In this context, a study about the effects of the high peak-to-average power ratio (PAPR), a well known OFDM problem, has a great relevance. This dissertation proposes an analytical formulation for the outage probability and symbol error rate (SER) in a cooperative OFDM system with one relay using fixed and selective decode-and-forward (DF) retransmission protocols, considering the nonlinear distortions inserted by the source and relay power amplifiers (PA). In the considered model, the receiver exploits the signal received directly from the source as well as the the signal transmitted through the relay using the maximum ratio combing (MRC) technique. The effects of the nonlinearities in the considered system are studied by verifying their impact in the system diversity order and by analysing how much they deteriorate the received signal. The presented analysis applies to any kind of memoryless amplifier. The proposed theoretical expressions are validated by means of computer simulations in different scenarios. / Nos Ãltimos anos, a tÃcnica de multiplexaÃÃo por divisÃo de frequÃncias ortogonais (OFDM, do inglÃs Orthogonal Frequency Division Multiplexing) vem sendo associada a tÃcnicas de rÃdio cooperativo. Contudo, ao realizar esta associaÃÃo, à de grande importÃncia que sejam avaliados os efeitos da alta razÃo entre a potÃncia mÃdia e potÃncia de pico (PAPR, do inglÃs Peak-to-Average Power Ratio) no desempenho do sistema, problema bastante conhecido em sistemas OFDM. Esta dissertaÃÃo propÃe uma formulaÃÃo analÃtica para a probabilidade de outage e para a taxa de erro de sÃmbolo (SER, do inglÃs Symbol Error Rate) em um sistema de comunicaÃÃo cooperativo OFDM com um relay utilizando os protocolos de retransmissÃo decodifica-e-encaminha (DF, do inglÃs Decode-and-Forward) fixo e seletivo, considerando os efeitos das nÃo linearidades inseridas por amplificadores de potÃncia (PA, do inglÃs Power Amplifier) na fonte e no relay. No modelo proposto, o receptor considerado explora tanto o sinal recebido diretamente da fonte como aquele proveniente do relay, combinando-os utilizando a tÃcnica de combinaÃÃo de razÃo mÃxima (MRC, do inglÃs Maximum Ratio Combining). Serà apresentado um estudo dos efeitos das nÃo linearidades no sistema, o qual à vÃlido para qualquer tipo de amplificador nÃo linear sem memÃria, verificando seu impacto na ordem de diversidade do sistema e a deterioraÃÃo aplicada ao sinal recebido. SimulaÃÃes computacionais comprovam a validade das expressÃes teÃricas propostas em diversos cenÃrios.

Neste trabalho, apresentamos uma anÃlise numÃrica para a obtenÃÃo de portas lÃgicas totalmente Ãpticas, baseadas em um Acoplador Direcional NÃo-Linear Duplo SimÃtrico (NLDC) em fibras de cristais fotÃnicos (PCF) sem perda, trabalhando com pulsos ultracurtos de 100 fs(femtosegundos), para a obtenÃÃo de portas lÃgicas E/OU, sob ModulaÃÃo por PosiÃÃo de Pulsos (PPM). A investigaÃÃo à realizada atravÃs de simulaÃÃes numÃricas, utilizando-se o mÃtodo de Runge-Kutta de quarta ordem. Considerando a operaÃÃo das portas lÃgicas, foram utilizadas as quatro possÃveis combinaÃÃes para dois pulsos nas entradas das fibras 1 e 2, modulados pela posiÃÃo temporal (PPM) nos nÃveis lÃgicos 0 ou 1. Foram investigados, inicialmente, os efeitos de uma variaÃÃo no parÃmetro de ajuste PMM (ε) no deslocamento do pulso de saÃda em cada uma das fibras; em seguida, foram investigados os efeitos da diferenÃa de fase(ΔФ) entre os pulsos sÃlitons fundamentais de entrada, devidamente modulados, no deslocamento do pulso de saÃda em cada uma das fibras. Nas duas aplicaÃÃes, foram levados em consideraÃÃo a dispersÃo de velocidade anÃmala de grupo (GVD), a dispersÃo de segunda ordem (β2), a dispersÃo de terceira ordem (β3) e os efeitos nÃo-lineares SPM, SS e IRS. Os resultados indicam que à possÃvel a obteÃÃo de portas lÃgicas OU utilizando um controle de fase para um pulso de entrada. / In this work, we present a numerical analysis for obtaining all-optical logic gates based on a Directional Coupler Nonlinear Symmetric Double (NLDC) in photonic crystal fibers (PCF) without loss, working with ultrashort pulses of 100 fs (femtoseconds) , to obtain gates AND / OR under Pulse Position Modulation (PPM). Research is conducted through numerical simulations, using the Runge-Kutta fourth order. Considering the operation of logic gates were used the four possible combinations to the inputs of two pulses fibers 1 and 2, the temporal position modulated (PPM) in the logic levels 0 or 1. Were investigated initially, the effects of a change in tuning parameter PMM (ε) in the displacement of the output pulse in each fiber, then we investigated the effects of the phase difference (ΔФ) between pulses of fundamental solitons input, suitably modulated, at offset output pulse in each fiber. In both applications, were considered anomalous dispersion of group velocity (GVD), second order dispersion (β2), the third-order dispersion (β3) and nonlinear effects SPM, SS and IRS. The results indicate that it is possible to achievement OR logic gate using phase control to an input pulse.

A crescente disponibilizaÃÃo de serviÃos atravÃs da Internet vem impondo uma demanda cada vez maior por recursos de processamento no lado servidor favorecendo a utilizaÃÃo dos Clusters de Computadores e das Grades Computacionais. Em paralelo, a engenharia de software traz novos paradigmas, como a OrientaÃÃo a ServiÃos, que impÃem novos desafios a serem tratados pelos fornecedores de serviÃos. A convergÃncia destes fatores deu origem as Arquiteturas de Grades Computacionais Orientadas a ServiÃos. Neste trabalho à apresentada uma proposta de arquitetura em grades computacionais orientada a serviÃos, denominada GDSAC (Grid â DiffServ Admission Control), que trata de aspectos ligados à QoS (Quality of Service) e a diferenciaÃÃo de serviÃos. A arquitetura G-DSAC à uma extensÃo da arquitetura WS-DSAC (Web Servers â DiffServ AdmissionControl). Està extensÃo compreende a concepÃÃo de uma soluÃÃo voltada para grades computacionais que à capaz de garantir os SLAs (Service Level Agreements) estabelecidos com os consumidores de serviÃos utilizando de forma otimizada os recursos de processamento disponibilizados na grade. A soluÃÃo permite ainda a diferenciaÃÃo de serviÃos no que diz respeito aos tempos de resposta oferecidos aos clientes, usuÃrios finais e serviÃos consumidores. A nova arquitetura introduz um bloco de funcionalidades em uma plataforma de grade computacional orientada a serviÃos formada por multclusters. Esse bloco permite a publicaÃÃo e localizaÃÃo de serviÃos, autenticaÃÃo e classificaÃÃo de requisiÃÃes e o escalonamento das mesmas dentro da grade de acordo com a classe de serviÃo a qual pertencem. Foi tambÃm implementado um protÃtipo que permitiu a realizaÃÃo de experimentos em uma plataforma real de testes visando avaliar a capacidade da soluÃÃo em atingir os objetivos por ela proposto

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais e dielÃtricas da fase monoclÃnica da cerÃmica ferroelÃtrica Na2Nb4O11 com adiÃÃo de Ãxido de bismuto (Bi2O3) nas proporÃÃes de 2, 5 e 10% em massa. Os pÃs Na2Nb4O11 foram produzidos pelo mÃtodo convencional de reaÃÃo em estado sÃlido. ApÃs a calcinaÃÃo, as amostras foram prensadas na forma de pastilhas cilÃndricas e, em seguida, sinterizadas. O estudo da estrutura e da composiÃÃo das amostras foi feito atravÃs de difraÃÃo de raios-X e Refinamento Rieteveld e um estudo da morfologia foi realizado atravÃs de Microscopia EletrÃnica de Varredura onde visualmente, as amostras lembram as medidas de densidade obtidas atravÃs da picnometria. A caracterizaÃÃo dielÃtrica foi realizada na faixa de radiofrequÃncias e de microondas. Em ambos os casos, foi realizado um estudo das propriedades em relaÃÃo à variaÃÃo da temperatura para possÃvel aplicaÃÃo em dispositivos de RF e MW. Nosso interesse foi obter dielÃtricos cerÃmicos com permissividade dielÃtrica alta, baixas perdas dielÃtricas e estabilidade tÃrmica. Nas medidas realizadas em temperatura ambiente de 25ÂC obtivemos um alto valor da permissividade dielÃtrica (εâr = 250,9) com o NN10Bi (10% de Bi2O3) em 10 kHz e um valor da tangente de perda, relativamente baixo (tanδ = 1,80.10-2) com o NN2Bi (2% de Bi2O3) em 1 MHz. Em temperatura variÃvel e numa frequÃncia fixa de 100 kHz, obtivemos um alto valor da permissividade dielÃtrica com εâr = 440,78 a 440ÂC com o NN2Bi e um valor de perda dielÃtrica em torno de 1,81.10-1 a 280ÂC com o NN10Bi. A medida do coeficiente de temperatura da frequÃncia de ressonÃncia mostrou a possibilidade de atingir a estabilidade tÃrmica = 0 com o aumento do nÃvel de adiÃÃo de Bi2O3. Para o NN00 obtivemos um tauf = -3378,42 ppm/ÂC. Com a adiÃÃo do Bi2O3, este valor vai se aproximando do zero e atinge tauf = -250,04 ppm/ÂC para o NN10Bi. As medidas na faixa de microondas foram obtidas utilizando-se o mÃtodo Hakki-Coleman. Uma simulaÃÃo numÃrica foi realizada com cada amostra verificando-se a reciprocidade com os dados experimentais. Neste estudo obtivemos uma cerÃmica NN10Bi, Ãtil para a aplicaÃÃo em dispositivos de antenas omnidirecionais de baixo ganho, em sistemas de comunicaÃÃes via satÃlite, internet sem fio, radar, forno de microondas, recepÃÃo de rÃdio e em projetos de espaÃonaves. / In this present work, Na2Nb4O11, ferroelectric ceramics have been investigated by their monoclinic phase structural and dielectric properties have been enhanced by the addition of 2, 5 and 10 wt% Bismuth. Na2Nb4O11 powders have been produced by conventional solid-state reaction method. Milling process was carried out by using a high energy planetary mill. The calcined powders were thoroughly weighted and pressed using an axial press to make cylinder pellets for sintering. The single-phase Na2Nb4O11 was determined by X-Ray Diffraction (XRD) technique and Rietveld refinement method, while morphology, crystal structure and phase composition were determined via Scattering Electron Microscopy (SEM) where the samplesâ crystal structure micrographs show nearly the density measures obtained by Pycnometry technique. Dielectric characterization was carried out over a radiofrequency (RF) and microwave (MW) range. Both cases, we have studied the properties related to temperature variation for likely applications to RF and MW devices. We have focused on obtaining dielectric ceramics with high dielectric permittivity, low dielectric loss and near-zero temperature coefficient of resonant frequency. Room temperature measures at 25ÂC have had a high permittivity value = 250.9) for NN10Bi (10% of Bi2O3) at 10 kHz and a dielectric loss, relatively low value 1.80 10-2 for NN2Bi (2% of Bi2O3) at 1MHz. Varying temperature and fixed frequency at 100 kHz, we have obtained a high dielectric permittivity value 440.78 at 440ÂC) for NN2Bi and a dielectric loss about 1,81.10-1 at 280ÂC for NN10Bi. Near-zero temperature coefficient of resonant frequency has shown possibility of reaching thermal stability = 0 as increasing Bi2O3 addition level. For NN00 we have obtained = - 3378.42 ppm/oC. More Bi2O3 addition provides = - 250.04 ppm/oC for NN10Bi. Microwave measures were carried out using Hakki Coleman technique. A numerical simulation was also achieved for each sample for verifying the similarity to experimental data. In this study we have obtained NN10Bi ceramics, applicable for low-gain antenna devices, for satellite communication systems, wireless internet, radar, microwave oven, radio frequency receptor and spacecraft designing.

nÃo hà / Geradores quÃnticos de nÃmeros aleatÃrios (GQNA) tÃm importantes aplicaÃÃes em protocolos criptogrÃficos, jogos e loterias, entre outros. Em contraste com geradores de nÃmeros pseudoaleatÃrios baseados em software, a sequÃncia de nÃmeros gerada à verdadeiramente aleatÃria. A maioria dos GQNA encontrados na literatura à baseado em dispositivos optoeletrÃnicos, como fontes de fÃtons Ãnicos e detectores de fÃtons. Nesta direÃÃo, a presente dissertaÃÃo trata da teoria e experimento de GQNAs baseados em sistemas fotÃnicos, considerando geradores com variÃveis discretas e contÃnuas. Em particular, trÃs problemas foram considerados: 1) um novo modelo de GQNA de variÃvel contÃnua utilizando a polarizaÃÃo da luz foi proposto. 2) a anÃlise de desempenho de um GQNA usando apenas um detector de fÃtons, levando em consideraÃÃo o afterpulsing e o tipo de estado quÃntico da luz utilizado, coerente ou tÃrmico, foi realizada. 3) um GQNA com distribuiÃÃo binomial foi construÃdo. / Quantum random number generators (QRNG) have important applications in cryptographic protocols, gaming and lotteries, among others. In contrast to pseudo-random number generators based on software, the sequence of random numbers generated is truly random. Most QRNG found in the literature are based on optoelectronic devices like single-photon sources and single-photon detectors. In this direction, the present dissertation deals with the theory and experiment QRNG based photonic systems, taking into account QRNG using discrete and continuous variables. In particular, three issues were considered: 1) a new model of continuous variable QRNG based on light polarization was proposed. 2) The performance of a QRNG employing only one single-photon detector, taking into account the afterpulsing and the quantum light state used, coherent or thermal, was realized. 3) A QRNG with binomial distribution was built.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho discute o cÃlculo numÃrico da medida de entrelaÃamento atravÃs da minimizaÃÃo da entropia de Shannon. Este à um problema de otimizaÃÃo e que se torna Ãrduo quando o nÃmero de nÃveis do sistema quÃntico e o nÃmero de partes aumentam. Um algoritmo genÃtico à apresentado para o cÃlculo da medida de entrelaÃamento de qutrits. / This work discusses the numerical calculation of the measure of entanglement by minimizing the Shannon entropy. This is an optimization problem and it becomes hard when the number of quantum levels of the system and the number of parts increase. A genetic algorithm is presented for calculating the measure of entanglement of qutrits.

Redes de sensores sem Fio (RSSFs) sÃo fruto dos recentes avanÃos nas tecnologias de sistemas micro-eletro-mecÃnicos, circuitos integrados de baixa potÃncia e comunicaÃÃo sem fio de baixa potÃncia. Estes avanÃos permitiram a criaÃÃo de minÃsculos dispositivos computacionais de baixo custo e baixa potÃncia, capazes de monitorar grandezas fÃsicas do ambiente e estabelecer comunicaÃÃo uns com os outros. Estes dispositivos, denominados nÃs sensores, sÃo dotados de um microcontrolador simples, elementos sensores, rÃdio transceptor e fonte de alimentaÃÃo. O sistema operacional (SO) à um componente essencial de um projeto de uma aplicaÃÃo para RSSFs. Em relaÃÃo ao modelo de concorrÃncia, podem-se dividir os SOs em duas categorias: baseados em eventos e baseados em threads. O modelo baseado em eventos cria diculdades ao programador para controlar os uxos de execuÃÃo e nÃo se ajusta a problemas com longos perÃodos de computaÃÃao. Por outro lado, o modelo baseado em threads tem alto consumo de memÃria, mas fornece um modelo de programaÃÃo mais simples e com bons tempos de resposta. Dentro desse contexto, esta dissertaÃÃo propÃe um novo SO para RSSFs, chamado SKMotes, que explora as facilidades de programaÃÃo do modelo threads aliadas à baixa ocupaÃÃo de memÃria. Este SO utiliza um modelo de concorrÃncia baseado em threads, mas nÃo completamente preemptivo, pois em dado momento apenas um subconjunto das threads do sistema està executando no modo preemptivo baseado em prioridades. O restante das threads permanece em espera, ocupando apenas um contexto mÃnimo de execuÃÃo, que nÃo contempla a pilha de dados. O principal objetivo desse modelo à prover tempos de resposta baixos para threads de alta prioridade, ao mesmo tempo que garante baixo consumo de energia e ocupaÃÃo de memÃria mais baixa do que kernels preemptivos. Estas caracterÃsticas permitem que o SKMotes seja empregado em aplicaÃÃees de RSSFs que utilizem um conjunto de tarefas orientadas à E/S e a longos perÃodos de computaÃÃo. Por exemplo, aplicaÃÃes de RSSFs que realizem funÃÃes de compressÃo de dados, criptografia, dentre outras. A avaliaÃÃo de desempenho do SO proposto foi realizada em um ambiente de testes, baseado em uma FPGA, projetado para esta dissertaÃÃo, que permite realizar mediÃÃes da utilizaÃÃo da CPU e do tempo de resposta das threads, ao mesmo tempo em que interage com a plataforma do nà sensor atravÃs da interface de comunicaÃÃo serial. Este ambiente de testes pode ser reutilizado em diferentes cenÃrios de avaliaÃÃo de desempenho de sistemas computacionais baseados em microcontroladores. Os testes de avaliaÃÃo de desempenho mostram que, para os casos de teste realizados, o SKMotes apresenta ocupaÃÃo do processador equivalente Ãs soluÃÃes baseadas em multithreading preemptivo, mas com consumo de memÃria de dados, em mÃdia, 20% menor. AlÃm disso, o SKMotes à capaz de garantir tempos de respostas, em mÃdia, 34% inferiores Ãs soluÃÃes baseadas em kernels de eventos. Quando se avalia apenas os casos de teste que possuem threads orientadas à E/S e a longos perÃodos de computaÃÃo, o tempo de resposta chega a ser, em mÃdia, 63% inferior ao apresentado por kernels baseados em eventos.

FundaÃÃo de Amparo a Pesquisa do Estado do Piauà / A prediÃÃo de dados nÃo enviados ao sorvedouro à uma tÃcnica usada para economizar energia em RSSF atravÃs da reduÃÃo da quantidade de dados trafegados. PorÃm, os dispositivos devem rodar mecanismos simples devido as suas limitaÃÃes de recursos, os quais podem gerar erros indesejÃveis e isto pode nÃo ser muito preciso. Este trabalho propÃe um mÃtodo baseado na correlaÃÃo espacial e temporal multivariada para melhorar a precisÃo da prediÃÃo na reduÃÃo de dados de Redes de Sensores Sem Fio (RSSF). SimulaÃÃes foram feitas envolvendo funÃÃes de regressÃo linear simples e regressÃo linear mÃltipla para verificar o desempenho do mÃtodo proposto. Os resultados mostram um maior grau de correlaÃÃo entre as variÃveis coletadas em campo, quando comparadas com a variÃvel tempo, a qual à uma variÃvel independente usada para prediÃÃo. A precisÃo da prediÃÃo à menor quando a regressÃo linear simples à usada, enquanto a regressÃo linear mÃltipla à mais precisa. AlÃm disto, a soluÃÃo proposta supera algumas soluÃÃes atuais em cerca de 50% na prediÃÃo da variÃvel umidade e em cerca de 21% na prediÃÃo da variÃvel luminosidade. / Prediction of data not sent to the sink node is a technique used to save energy in WSNs by reducing the amount of data traffic. However, sensor devices must run simple mechanisms due to its constrained resources, which may cause unwanted errors and this may not be very accurate. This work proposes a method based on multivariate spatial and temporal correlation to improve prediction accuracy in data reduction for Wireless Sensor Networks (WSN). Simulations were made involving simple linear regression and multiple linear regression functions to assess the performance of the proposed method. The results show a higher correlation between gathered inputs when compared to variable time, which is an independent variable widely used for prediction and forecasting. Prediction accuracy is lower when simple linear regression is used, whereas multiple linear regression is the most accurate one. In addition to that, the proposed solution outperforms some current solutions by about 50% in humidity prediction and 21% in light prediction.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A diminuiÃÃo dos custos de hardware associado ao aumento da capacidade de processamento dos dispositivos portÃteis tem causado um crescimento muito acelerado do mercado consumidor no Brasil e no mundo, de maneira que estes dispositivos tornaram-se uma parte indispensÃvel no nosso cotidiano. Contudo, o crescente fator de miniaturizaÃÃo de componentes gerou problemas em relaÃÃo à interaÃÃo eficiente com perifÃricos de entrada e saÃda tradicionais, como os cursores e o teclado. Assim, para evitar custos adicionais, uma alternativa à utilizar componentes jà existentes no dispositivo, como sua cÃmera integrada. Neste contexto, o objetivo geral desta tese à o desenvolvimento de um novo algoritmo para a interaÃÃo humano-dispositivo portÃtil multiplataforma baseado em fluxo Ãptico. Embora o fluxo Ãptico de Horn (1981) ser conhecido por ser um algoritmo de extrema complexidade computacional, nesta tese à proposto um conjunto de adaptaÃÃes neste algoritmo para tornar possÃvel seu processamento em tempo real em dispositivos portÃteis. O algoritmo proposto à desenvolvido em C ANSI e embarcado em dispositivos com sistemas operacionais Qualcomm REX, Symbian e Android. O algoritmo implementado à comparado com mÃtodos presentes na literatura especializada para detecÃÃo de movimentos atravÃs de simulaÃÃes computacionais e testes de usabilidade. Os resultados mostram que o algoritmo proposto possui um baixo esforÃo computacional associado a uma efetiva detecÃÃo de movimentos, mostrando que à possÃvel o uso do mÃtodo de Fluxo Ãptico como sensor para interaÃÃo em sistemas embarcados. AlÃm disto, atravÃs da metodologia de implementaÃÃo proposta nesta tese, à possÃvel utilizar as funcionalidades desenvolvidas em diversos tipos de sistemas operacionais. / The decrease in hardware costs associated with improvement of processing power of embedded devices has caused a rapid growth of the consumer market, which make these devices an indispensable part of our daily life. However, the miniaturization of these components leads to problems in the usability of mobile devices, especially with traditional input interfaces, such as the cursors and keyboard. One solution to avoid this kind of problem without increase production cost of these devices is use resources available, like the embedded camera. Following this idea, the objective of this thesis is the development of a new multi-platform human-handheld interaction algorithm based in optical flow. Although the traditional optical flow algorithms have high computational effort, in this thesis, adaptations and optimizations of this algorithm are proposed to overcome hardware limitations of embedded systems. The proposed algorithm is implemented in ANSI C and is embedded at devices with Android, Rex and Symbian OS. The implemented algorithm is compared with traditional motion detection algorithm through computational simulations and usability tests. The results shown that the proposed algorithm associates a low computational effort associated with effective motion detection. So it is possible to use the optical flow as sensor to interact with handheld devices. Furthermore, through the implementation methodology of this thesis, is possible use the developed functionalities in various operational systems.

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