CNPq;CAPES / Neste trabalho é investigado o uso de codificação analógica conjunta fonte-canal em uma rede de sensores sem fio onde a fonte de informação é alimentada pelo destino por meio de transmissões de rádio frequência. É assumido que o destino não possui restrições energéticas. Logo após coletar energia do destino, a fonte transmite sua informação utilizando a energia recebida. As fases de transferência de energia e de transmissão de informação são multiplexadas no tempo. Como uma fração do intervalo de transmissão é utilizado para transferência de energia, as amostras da fonte são armazenadas e comprimidas utilizando tanto códigos analógicos paramétricos quanto não paramétricos com compressão de dimensão (ou largura de banda) N:K para transmiti-las utilizando a fração do intervalo restante. São analisados tanto esquemas com largura de banda casadas e não casadas entre fonte e canal. Além disso, é investigado também o parâmetro de compartilhamento de tempo ótimo o qual otimiza o desempenho da transmissão analógica. Por fim, é demonstrado que os esquemas analógicos propostos podem superar um sistema digital em termos de relação sinal-distorção. / We investigate the use of discrete-time analog joint source channel coding (JSCC) in a wireless sensor network (WSN) where the source of information is wirelessly powered by the destination, which does not have energy constraints. Right after harvesting energy from the destination, the source transmits its information using the energy harvested. Wireless energy transfer and information transmission are multiplexed via a time-switching protocol. As a fraction of the time slot is spent for energy transfer, the source samples are saved and compressed using either parametric or non-parametric N:K dimension compression analog JSCC to transmit the information in the remaining fraction of the time slot. We analyze both matched and unmatched source and channel bandwidths. Moreover, we investigate the time-sharing parameter that optimizes the analog system performance and show that the proposed analog scheme can outperform a fully digital system.

A dissertação apresentada utiliza a representação de treliça mínima e seccionada para a decodificação de códigos turbo, analisando os impactos da aplicação desta técnica no desempenho (taxa de erro em função da relação sinal ruído) em um canal AWGN e avaliando a redução de complexidade de processamento. O processo de decodificação proposto utilizará a teoria de minimização de treliça proposta em (MCELIECE, 1996) e a teoria de seccionamento de treliça proposto em (VARDY, 1998). Decodifica-se utilizando o algoritmo max-log-MAP (VUCETIC; YUAN, 2000). Desenvolve-se uma métrica de complexidade baseada no número de operações e mostra-se técnicas para escolher-se seccionamentos que são simples e apresentam pouca ou nenhuma perda de desempenho em função da decodificação convencional. / We present a technique for reducing the turbo decoding complexity based on minimal and sectionalized trellises. A novel complexity metric is proposed and the complexity of all possible sectionalizations for some selected codes is evaluated. We use the minimal trellis representation proposed in (MCELIECE, 1996) for BCJR decoding and conclude that one can find less complex sectionalizations (when compared to the conventional trellis) which show small or none performance degradation.

CNPq / Nesta tese abordamos técnicas de diversidade espacial e cooperativa em dois tipos de sistemas de comunicação sem fio: sistemas digitais e sistemas analógicos. No âmbito dos sistemas digitais, consideramos a transmissão entre nós de uma rede de sensores sem fio. Uma vez que estas redes são caracterizadas por um grande número de nós, cuja quantidade de energia disponível é restrita, focamos em esquemas eficientes sob o ponto de vista do consumo de energia. Para tanto, analisamos protocolos cooperativos e técnicas com múltiplas antenas procurando delinear a real eficiência dessas técnicas em cenários práticos de redes de sensores sem fio, onde levamos em consideração questões como condição de linha de visada entre os nós, o consumo dos circuitos de transmissão e recepção, a presença ou não do canal de retorno, restrições de perda de pacotes e atraso, além de possíveis não linearidades no consumo das baterias dos dispositivos. Nossos resultados mostram que algumas das conclusões da literatura podem se inverter quando parâmetros mais adequados são levados em conta. Além disso, detalhamos as regiões mais eficientes de operação para cada método de transmissão nas referidas redes. Por outro lado, no âmbito dos sistemas analógicos, consideramos sistemas de codificação analógica conjunta fonte-canal que realizam uma compressão da largura de banda. Tais sistemas têm apelo em cenários nos quais a complexidade e atraso podem ser fatores limitantes. Nesse caso, procuramos primeiramente aplicar o que já existe na literatura no contexto de canais sem fio, para então focar em esquemas cooperativos e de múltiplas antenas que reduzam a distorção no receptor, buscando aproximar o desempenho desses sistemas ao seu limite teórico. Nossos resultados mostram uma melhoria de desempenho quando a diversidade espacial e cooperativa são utilizadas. Além disso, a solução analógica proposta se aproxima do limitante superior de desempenho de um sistema digital prático, com a vantagem de oferecer menor complexidade e atraso, além de maior flexibilidade no projeto do sistema. / In this thesis we discuss spatial diversity and cooperative diversity techniques for two types of wireless communication systems: digital systems and analog systems. In the context of digital systems, we consider the transmission between nodes of a wireless sensor network. Since these networks are characterized by a large number of nodes, with limited amount of energy, we focus on efficient schemes from the point of view of the energy consumption. For this purpose, we analyze cooperative protocols and multiple antenna techniques trying to delineate the real effectiveness of these techniques in practical wireless sensor networks scenarios, where we consider issues such as line of sight, the energy consumption of the transmit and receive circuits, the availability or not of a feedback channel, packet loss and delay constraints, and possible nonlinearities in the battery consumption. Our results show that some of the conclusions of the literature can change if some of these parameters are taken into account. Furthermore, we detail the most efficient operation regions for each transmission method in such networks. On the other hand, in the context of analog systems, we consider analog joint source-channel coding systems performing bandwidth compression. Such systems are suitable for scenarios in which the complexity and delay can be limiting factors. In this case, we first apply some of the already existing concepts of the literature to the context of wireless channels, and then focus on cooperative schemes and multiple antenna techniques to reduce the distortion at the receiver, while trying to approximate the performance of these systems to their theoretical limit. Our results show a performance improvement when spatial and cooperative diversity are used. Moreover, the proposed analog solution approaches the upper bound performance of a practical digital system, with the advantage of lower complexity and delay, and more flexibility in the system design.

CNPq;CAPES / Neste trabalho é investigado o uso de codificação analógica conjunta fonte-canal em uma rede de sensores sem fio onde a fonte de informação é alimentada pelo destino por meio de transmissões de rádio frequência. É assumido que o destino não possui restrições energéticas. Logo após coletar energia do destino, a fonte transmite sua informação utilizando a energia recebida. As fases de transferência de energia e de transmissão de informação são multiplexadas no tempo. Como uma fração do intervalo de transmissão é utilizado para transferência de energia, as amostras da fonte são armazenadas e comprimidas utilizando tanto códigos analógicos paramétricos quanto não paramétricos com compressão de dimensão (ou largura de banda) N:K para transmiti-las utilizando a fração do intervalo restante. São analisados tanto esquemas com largura de banda casadas e não casadas entre fonte e canal. Além disso, é investigado também o parâmetro de compartilhamento de tempo ótimo o qual otimiza o desempenho da transmissão analógica. Por fim, é demonstrado que os esquemas analógicos propostos podem superar um sistema digital em termos de relação sinal-distorção. / We investigate the use of discrete-time analog joint source channel coding (JSCC) in a wireless sensor network (WSN) where the source of information is wirelessly powered by the destination, which does not have energy constraints. Right after harvesting energy from the destination, the source transmits its information using the energy harvested. Wireless energy transfer and information transmission are multiplexed via a time-switching protocol. As a fraction of the time slot is spent for energy transfer, the source samples are saved and compressed using either parametric or non-parametric N:K dimension compression analog JSCC to transmit the information in the remaining fraction of the time slot. We analyze both matched and unmatched source and channel bandwidths. Moreover, we investigate the time-sharing parameter that optimizes the analog system performance and show that the proposed analog scheme can outperform a fully digital system.

Orientador: Yuzo Iano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T03:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ponchet_AndredaFontoura_M.pdf: 26328595 bytes, checksum: c9274a3ea90909625472bd920293d379 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A codificação distribuída de vídeo constitui um novo paradigma em compressão de vídeo frente aos codificadores híbridos da família MPEG-x e H.26x. Nesses codificadores, a estimação de movimento é a principal etapa do processo de compressão do sinal de vídeo. Desta forma, a codificação demanda um alto custo computacional exigindo desempenho do codificador. Neste trabalho é apresentado um codec de vídeo baseado na teoria da codificação distribuída com perdas. O compressor apresentado codifica os quadros ímpares e os quadros pares separadamente utilizando códigos turbo e a transformada wavelet. O processo de decodificação é feito de forma iterativa e explora a dependência estatística entre os quadros da seqüência de vídeo original. Esta abordagem permite uma redução bastante significativa no tempo de processamento envolvido na compressão do sinal de vídeo, tornando viável a implementação deste tipo de codificador em dispositivos com recursos escassos de processamento e memória. Os resultados obtidos em simulações comprovam o bom desempenho do codec proposto em relação ao padrão estado da arte em compressão de vídeo, o H.264/AVC / Abstract: Distributed video coding is a new paradigm for video compression in opposition over the existing video coding standards like MPEG-x and H.26x families. These codecs make use of motion estimation algorithms, the main part of the compression process of the video signal. Hence, the compression process demands a high computational cost and high performance of the encoder. The present work proposes a video compression scheme based on the lossy distributed source coding theory. The proposed compressor encodes the odd frames and the even frames separately using turbo codes and the discrete wavelet transform. The decoding process is performed in an iterative manner and explores the statistical dependency of the video frames of the original sequence. This approach gives a great encoding runtime reduction and allows the implementation at devices with limited computation power and memory. Simulation results show the good performance of the proposed codec in comparison with the state of the art video compression standard H.264/AVC / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Walter da Cunha Borelli, Emilia de Mendonça Rosa Marques / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T08:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaFilho_JoaoCoelho_D.pdf: 842540 bytes, checksum: 07a4f12e39ce13ce6c183f2983fbe70f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Esta tese apresenta contribuições aos esquemas de modulação codificada para os códigos de treliça sobre partições de reticulados. Uma das principais contribuições é a construção dos códigos de treliça sobre novas partições de reticulados e também em cadeias de partições. Para otimizar a procura dos códigos de treliça ótimos, é construído um algoritmo de procura. É proposta uma classe de equivalência utilizada para excluir as matrizes geradoras de códigos equivalentes, sendo que esta classe de equivalência quando aplicada ao algoritmo de procura dos códigos de treliça ótimos diminui a quantidade de matrizes geradoras a ser investigada. Apresentam-se, vários exemplos de códigos de treliça sobre reticulados quociente nos espaços bi-dimensional, tridimensional e tetra-dimensional com satisfatórios ganhos de codificação e menor energia média das constelações de sinais. / Abstract: This thesis presents some contributions to the coded modulation schemes for the trellis codes based on lattices partitioning. One of the main contributions is the construction of the trellis codes based on novel lattices partitioning and also on chains partitioning. In order to optimize the search for the optimum trellis codes, a search algorithm was proposed. An equivalence class is proposed to exclude the generator matrix of equivalent codes. This equivalence class, when applied to the search algorithm for optimum trellis codes, reduces quite strongly the number of generator matrices to be investigated. Several examples of trellis codes on lattices quotient are shown in bi-dimensional, three-dimensional and tetra-dimensional spaces with satisfactory coding gain and lower average energy of the signal constellations. / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Sueli Irene Rodrigues Costa, Jose Plinio de Oliveira Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-13T23:35:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torezzan_Cristiano_D.pdf: 2362096 bytes, checksum: 1680bc5fc7cb94a63b0b11b50ac5a1c4 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Códigos esféricos em espaços euclidianos n-dimensionais são conjuntos finitos de pontos sobre superfícies esféricas e têm sido amplamente estudados em conexão com a transmissão de sinais sobre um canal Gaussiano. Para este propósito deseja-se maximizar a distância mínima entre dois pontos quaisquer do código, o que está fortemente relacionado com o problema mais geral do empacotamento em esferas, o qual contempla aplicações em outras áreas. Na primeira parte deste trabalho estudamos códigos esféricos gerados como órbita de um vetor unitário sob a ação de um grupo comutativo de matrizes ortogonais, os denominados códigos de grupo comutativo. Propomos um método para obter o melhor código de grupo comutativo n-dimensional de ordem M, que baseia-se na associação entre tais códigos em dimensão 2k e reticulados k-dimensionais. Utilizando fatorações matriciais conhecidas, como as formas normais de Hermite e Smith, demonstramos que é possível reduzir o número de casos a serem analisados através da identificação de códigos isométricos que podem ser descartados. O problema da busca do vetor inicial ótimo para códigos de grupo comutativo é formalmente estabelecido com um problema de programação linear e utilizado em uma das etapas do método. Apresentamos resultados numéricos, incluindo tabelas com códigos de grupo comutativo ótimos em várias dimensões. Outra contribuição deste trabalho é a introdução de uma nova família de códigos esféricos, na qual os pontos são alocados sobre a superfície da esfera unitária 2k-dimensional em camadas de toros planares. Em cada uma das camadas deste código, pode-se estabelecer um código de grupo para a geração dos sinais e utilizar os resultados acima mencionados. Além de limitantes, inferior e superior, para o número de pontos, um método para construção destes códigos é apresentado explicitamente e alguns exemplos são construídos. Os resultados mostram que tais códigos têm desempenho comparável aos melhores códigos esféricos estruturados conhecidos, com destaque para uma potencial vantagem no processo de codificação/decodificação, decorrente da homogeneidade, estrutura de grupo e associação a reticulados na metade da dimensão / Abstract: Spherical codes in Euclidean spaces are finite sets of points on the surface of a multidimensional sphere and have been widely studied in connection with the signal transmission over a Gaussian channel. For this purpose one fundamental issue is to maximize the minimum distance between two code points, what is strongly related to the more general problem of sphere packing. In the first part of this work we study spherical codes generated as orbit of a initial vector under the action of a commutative group of orthogonal matrices, the so called commutative group codes. A method for searching the best n-dimensional commutative group code of order M is presented. Based on the well known Hermite and Smith normal form decomposition of matrices, and also on the relation between 2k-dimensional com- mutative group codes and k-dimensional lattices, we show that it is possible to reduce the number of cases to be analyzed through the identification of isometric codes which can be discarded. The initial vector problem for these codes is formally established as a linear programming problem and used as a sub-routine of the method. Numerical results are presented, including tables of good commutative groups codes in several dimensions. Other contribution of this work is a new class of spherical codes, constructed by placing points on flat tori layers. The codebook on each torus can be generated by a commutative group of orthogonal matrices, using the results previously mentioned. Upper and lower bounds on performance are derived and a systematic method for constructing the codes is presented. Some examples are constructed and the results exhibit good performance when compared to the best known structured spherical codes, with some advantage in the encoding/decoding process, due to the homogeneity, group structure and the relation with lattices in the half of the dimension / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Orientadores: Yuzo Iano, Ana Lucia Mendes Cruz Silvestre da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:02:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Lucasde_M.pdf: 5052260 bytes, checksum: 34b1fa9e0e25d00990c118c6c93f964c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O campo de análise e compressão de imagens tem recebido especial atenção da comunidade científica recentemente por abranger os principais sistemas de TV digital, comunicações via satélite e comunicações móveis. Neste contexto, as Transformadas Wavelets Discretas (TWD) surgem como uma ferramenta poderosa e suas inúmeras vantagens permitiram sua inserção em importantes padrões tais como JPEG2000, MPEG4 e MPEG7. O método lifting realiza a TWD sub-amostrando o sinal antes do processo de filtragem, implicando em rápido processamento por fazer uso das similaridades entre filtros passa-alta e passa-baixa, acelerando o cálculo dos coeficientes. Na literatura, ganhos aritméticos teóricos de diferentes proporções foram obtidos sobre o método tradicional, destacando-se os trabalhos de Daubechies e Sweldens e de Reichel. O objetivo desta pesquisa consiste em estender esta discussão de resultados teóricos quando implementados através de ferramentas, interpretada e compilada, focando no tempo de processamento necessário para a realização (decomposição e reconstrução) de diferentes imagens estáticas empregando wavelets pertencentes às famílias de Daubechies, Symlets e Biortogonais. Medidas de PSNR foram utilizadas de forma a corroborar a perfeita implementação do lifting, dado que o mesmo não pode implicar em deterioração na imagem reconstruída. / Abstract: The field of analysis and compression of images has been received special attention of the scientific community because of including in the main systems of digital TV, satellite communications and mobile communications. In this context, the Discrete Transform Wavelet (TWD) arise how a powerful tool and its many advantages allowed your insertion in important standards such as JPEG2000, MPEG4 and MPEG7. The lifting method realizes the TWD sub-sampling the signal before the filtering, resulting in faster processing by using the similarities between high and low pass filters, speeding up the calculation of coefficients. In the literature, arithmetic theoretical gains of different proportions were obtained on the traditional method, especially the works of Daubechies and Sweldens and of Reichel. The objective of this research is to extend this discussion of theoretical results when implemented through tools, interpreted and compiled, targeting the processing time required to perform (decomposition and reconstruction) of different images using wavelets belonging to the families of Daubechies, and Symlets Biortogonais. Measures of PSNR were used to corroborate the perfect implementation of the lifting, since that cannot result in deterioration in the reconstructed image. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Celso de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T06:34:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mataveli_LuisOtavio_M.pdf: 877476 bytes, checksum: afc5fb9153e7311af03669d45d798a73 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O desempenho dos sistemas de comunicação sem fio que utilizam a técnica de múltiplo acesso CDMA é limitado pela interferência. A proposição de um algoritmo de escolha de seqüências de espalhamento foi feita para buscar uma diminuição na interferência média do sistema. Nos padrões atuais, como CDMA2000 e WCDMA, não são definidos nenhum critério para escolha das seqüências. Por isso, nesta dissertação será analisado o desempenho do algoritmo de escolha de seqüências de espalhamento proposto anteriormente juntamente com o uso de códigos corretores de erro em canais com desvanecimento seletivo em freqüência. Será analisado o comportamento das seqüências Walsh, Gold e m-deslocadas. O algoritmo analisado apresenta bons resultados sem o uso de codificação, mas, como maneira de analisar um sistema mais próximo do real, serão utilizados os códigos convolucionais e turbo. Palavras-chave: Algoritmo de busca, sistemas CDMA, espalhamento espectral, códigos convolucionais, códigos turbo. / Abstract: The performance of wireless communication systems that use the multiple access code division technique, CDMA, is interference-limited. A sequence selection algorithm allows a reduction in the mean interference of the system. In the standards like CDMA2000 and WCDMA no algorithm is defined for choosing the sequences. For this reason, in this dissertation we evaluate the performance of the proposed spread sequences selection algorithm together with error correcting codes over frequency selective fading channels. It is analyzed the behavior of Walsh, Gold, and shifted-m sequences. The algorithm had shown good results without channel coding, but to analyze a system similar to a real one, convolutional and turbo codes are going to be used. Key words: Selection algorithm, CDMA systems, spread spectrum, convolutional codes, turbo codes. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Renato Baldini Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T18:44:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_EsdrasNicoletto_M.pdf: 1304733 bytes, checksum: 2cb2376bee70ca7af476d5b2635189f0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Comunicação cooperativa faz uso da natureza de radiodifusão das comunicações sem fio, utilizando nós intermediários como retransmissores para produzir diversidade em um enlace de comunicação ponto a ponto. Esta diversidade permite que se aumente a capacidade, a velocidade (taxa) e o desempenho do sistema de comunicação. O processo de codificação de canal, que explora de forma inteligente a diversidade produzida pela comunicação cooperativa, é denominado de cooperação codificada. Para a obtenção de sistemas mais eficientes de comunicação entre dois pontos, a cooperação codificada pode utilizar ou adaptar várias técnicas conhecidas de codificação de canal, tais como: codificação convolucional, turbo, LDPC, RS (Reed-Solomon), etc. O objetivo deste trabalho é explorar as características da comunicação cooperativa associadas á técnica de codificação LDPC (Low Density Parity Check), com alfabeto binário, de forma a obter sistemas mais simples, confiáveis e eficientes / Abstract: Cooperative communications make use of the nature of wireless communications broadcasting, by using intermediate nodes as relays to introduce diversity into a communication link. This diversity allows an increase in capacity, speed and performance of the system. The process of channel coding, named cooperative coding, explores wisely the diversity of cooperative communications. The cooperative coding can use or adapt many known techniques of coding channel as convolutional coding, turbo, LDPC, RS, etc., to reach more efficiency between two nodes. The goal of this work is to exploit the characteristics of cooperative communications associated to LDPC (Low Density Parity Check) coding technique, with binary alphabet, to obtain simpler, reliable and efficient systems / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica