Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-05-22T14:49:02Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ArcaboucoAprovisionamentoQos.pdf: 2402283 bytes, checksum: 538c75b15b62e851587e9c898048d628 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Samira Prince(prince@ufpa.br) on 2012-05-22T14:49:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ArcaboucoAprovisionamentoQos.pdf: 2402283 bytes, checksum: 538c75b15b62e851587e9c898048d628 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-05-22T14:49:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao_ArcaboucoAprovisionamentoQos.pdf: 2402283 bytes, checksum: 538c75b15b62e851587e9c898048d628 (MD5) license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Recentemente a sociedade está vivendo em meio a um aglomerado de dispositivos móveis com múltiplas interfaces sem fio que permitem que clientes móveis domésticos e corporativos solucionem problemas rotineiros no menor espaço de tempo e em diversas localizações. Por outro lado, a disponibilidade de diversas tecnologias de acesso sem fio como: Wi-Fi (Wireless Fidelity), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) e LTE (Long Term Evolution), proporcionam um cenário heterogêneo com diversas oportunidades de conectividade para o usuário de dispositivos com múltiplas interfaces. Alguns dos desafios atuais no contexto da concepção da então denominada NGN (Next Generation Networks) são o desenvolvimento de arcabouços e mecanismos que viabilizem tanto o suporte adequado à Qualidade de Serviço (QoS – Quality of Service) e à Qualidade de Experiência (QoE – Quality of Experience) para aplicações multimídia, quanto a garantia de equidade entre vazões de diferentes aplicações em ambiente heterogêneo. Esta dissertação propõe um arcabouço para o aprovisionamento de QoS e QoE em redes sem fio heterogêneas formada por redes WiMAX e Wi-Fi. Especificamente, nossa solução provê mapeamento estático de QoS entre as classes de serviços WiMAX e categorias de acesso Wi-Fi. Além disso, nossa proposta também combina funcionalidades de equidade entre vazões com a solução de mapeamento, a fim de alcançar um bom compromisso tanto para o operador da rede, quanto para o usuário, através de uma nova metodologia de coleta e calculo de vazão agregada e algoritmo de decisão de handover vertical. A avaliação quantitativa da proposta foi realizada através de modelos de simulação no ns-2 (Network Simulator). Os resultados de desempenho demonstram a eficiência da arquitetura em termos de métricas de QoS (vazão, vazão média e atraso) e QoE (PSRN - Peak Signal to Noise Ratio, SSIM - Structural Similarity Index e VQM - Video Quality Metric). / Recently, the society is living amid an agglomerate of mobile devices with multiple wireless interfaces that allow mobile customers home and business solve routine problems in the shortest time and in several locations. On the other hand, the availability of various wireless access technologies such as Wireless Fidelity (Wi-Fi), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) and Long Term Evolution (LTE), provide a heterogeneous scenario with several connectivity opportunities for the user of devices with multiple interfaces. Some of the current challenges in framing the so called Next Generation Networks (NGN) are the development of frameworks and mechanisms that enable both adequate support for Quality of Service (QoS) and Quality of Experience (QoE) for multimedia applications, and assurance equity among throughputs of different applications in a heterogeneous environment. This dissertation proposes a framework for provisioning of QoS and QoE in heterogeneous wireless networks consisting of WiMAX and Wi-Fi networks. Specifically, our solution provides static mapping of QoS between classes of service WiMAX and access categories Wi-Fi. In addition, our proposal also combines features of equity among throughputs with the mapping solution in order to achieve a good tradeoff for both, for the network operator and for the user, through a new methodology for collection and calculation of aggregate throughput and algorithm for Vertical Handover Decision (VHD). The quantitative evaluation of the proposal was carried out using simulation models in Network Simulator (NS-2). The performance results demonstrate the efficiency of the framework in terms of QoS (throughput, average throughput and delay) and QoE (Peak Signal to Noise Ratio, Structural Similarity Index and Video Quality Metric) metrics.

Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-09-24T16:28:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ModeloCrossLayer.pdf: 1242585 bytes, checksum: c165231746e6f6b1c257623cd008ccdc (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2012-09-28T13:08:24Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ModeloCrossLayer.pdf: 1242585 bytes, checksum: c165231746e6f6b1c257623cd008ccdc (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-28T13:08:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ModeloCrossLayer.pdf: 1242585 bytes, checksum: c165231746e6f6b1c257623cd008ccdc (MD5) Previous issue date: 2011-11 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de ajustar dados obtidos através de campanhas de medição por meio de um protótipo de um cenário da tecnologia WiMAX. As campanhas de medição foram feitas na Universidade Federal do Pará. Foram utilizadas antenas WiMAX, sendo uma como servidor, localizada em cima do prédio do Laboratório de Planejamento de Redes de Alto Desempenho (LPRAD), e a outra, receptora, que ficou em cima de um móvel para que os pontos fossem coletados. O método de ajuste utilizado foi o dos Mínimos Quadrados Lineares. Por meio dos dados coletados, aplica-se o método e estuda seu comportamento, verificando o quanto a otimização foi eficiente nos casos apresentados. A utilização da tecnologia em questão como acesso à Internet em alguns programas como o NAVEGAPARÁ, a busca de melhoramentos ou criação de modelos de propagação e a análise cross-layer das métricas utilizadas no trabalho, como a influência da relação sinal-ruído na perda de quadros, são fatores motivadores para a pesquisa desta dissertação. / This dissertation work aims to create a mathematical model that performs the adjustment of data obtained from measurement campaigns using a prototype of a WiMAX scenario. The measurement campaigns were made at the Federal University of Para, using equipment which would enable such work. WiMAX antennas were used, one as a server, located in the building up of High Performance Network Planning Laboratory (LPRAD), and the other receiver, who was on top of a vehicle so that the points were collected. The adjustment method used was the Linear Least Squares. Through the collected data, the method is applied and their behavior is studied, checking how the optimization was effective in the cases presented. The use of relevant technology such as Internet access in some programs like NAVEGAPARÁ, the search for improvements or creation of propagation models and cross-layer analysis of the metrics used in the work, as the influence of signal to noise ratio in the loss frame, are motivating factors for this dissertation research.

Résumé Dans les futurs réseaux mobiles, différentes technologies d'accès radio, telles que GSM, UMTS, WiMAX, WIFI coexisteront. Pour réaliser un handover vertical sans couture (handover inter-RAT) entre ces technologies, des architectures d'interconnexion et des moyens pour gérer le handover inter-RAT sont proposés. Afin de proposer une solution efficace, nous allons d'abord analyser la solution " Fast MIPv6 (FMIPv6) ". Les analyses numériques démontrent les défauts de FMIPv6 et les exigences de handover inter-RAT. En considérant une architecture de couplage intégré (integrated coupling), nous proposons une nouvelle sous-couche commune d'interconnexion (IW sublayer) au niveau 2 sur le RNC (Radio Network Controller) et le MS (Mobile Station) pour offrir un handover inter-RAT sans couture entre les systèmes UMTS et WiMAX. Cette sous-couche IW permet d'éliminer la perte des paquets et de réduire la latence de handover. Ces paramètres sont des éléments importants communs à la plupart des scénarios de handover inter-RAT. Cette sous-couche IW est également étendue à l'architecture de couplage serré (tight coupling). En outre, deux types de solution basées sur TCP Proxy, qui utilisent la sous-couche IW, sont également introduites sur le RNC pour résoudre deux problèmes rencontrés avec l'utilisation du trafic TCP dans un handover inter-RAT: le " BDP mismatch " et le " spurious RTO (Retransmission TimeOut) ". Le premier type de solution basé sur TCP Proxy est adapté aux scénarios où le handover est fréquent, tandis que le deuxième type de solution basé sur TCP Proxy est conçu pour les scénarios où le handover est occasionnel. Par rapport aux autres solutions de handover vertical, les résultats de simulation montrent que notre deuxième type de solution a le mérite de maintenir la pile de protocole TCP existante inchangée. Les solutions classiques de handover inter-RAT sont généralement réalisées au niveau 2 ou au-dessus, parce qu'il n'y a pas de module commun à la couche physique pour les deux systèmes, ou en raison de la distance géographique des systèmes. Mais pour les futurs systèmes LTE et WiMAX dans à l'architecture " integrated coupling ", ce n'est pas le cas, parce qu'ils ont un certain nombre de techniques physiques communes, telles que MIMO et OFDM. Deux modules nommés " precoder " et " combiner " sont proposés respectivement sur les BSs (stations de base) et sur le MS au niveau physique afin d'exploiter au maximum la diversité des deux réseaux d'accès radio et de réaliser un " soft " handover inter-RAT. Ce " soft " handover inter-RAT au niveau physique est entièrement nouveau à notre connaissance.

Avec l'arrivée des systèmes radio mobiles de troisième et de quatrième génération, les standards de communications ont tendance à occuper plus de bande pour pouvoir assurer des services de voix, de données et de multimédia. En parallèle, le terminal mobile doit être reconfigurable pour couvrir à la fois le service cellulaire et la connectivité de données. Dans ce contexte, la tendance est d'intégrer les fonctions radio et bandes de base sur le même substrat en utilisant la technologie CMOS afin de réduire la surface, le coût de fabrication et la consommation des terminaux sans fils. Récemment, de nouvelles architectures de réception radio dites " échantillonnées " sont apparues (TexasInstruments, STMicroelectronics, UCLA). Dans ce cas, l'échantillonnage est fait directement sur le signal RF et la majorité du traitement de signal se fait en temps-discret par des capacités commutées. L'évolution de la technologie CMOS et la miniaturisation des transistors rendent la conception analogique de plus en plus difficile (capacités parasites, bruit, linéarité, etc.). De nouveaux effets parasites apparaissent comme la fuite de grille qui inquiète désormais les technologues et les concepteurs de circuits. D'un autre côté, des contraintes de dynamique surgissent avec la diminution des tensions d'alimentation et le bruit des circuits numériques de plus en plus denses augmente considérablement. Le but de ce travail de thèse est de répondre à la question de la portabilité de la solution échantillonnée, en étudiant l'impact des différents effets parasites cités précédemment sur les performances radio de la solution. Ainsi, les critères de portabilité qui sont considérés sont la reconfigurabilité, l'immunité aux effets parasites, l'adaptation à la baisse des tensions d'alimentation, la surface, la consommation et la facilité de conception. Ce travail de thèse a été basé sur des études théoriques et sur des simulations d'une solution échantillonnée de réception radio. Afin d'affronter réellement les problématiques de portabilité, un portage d'une chaîne de réception échantillonnée Wi-Fi/WiMAX de CMOS 65nm à 45nm a été réalisé. Les résultats de mesures obtenus sur ce circuit donnent une grande confiance vis-à-vis des performances radio de la solution échantillonnée et constituent un premier élément de réponse concret à la question de portabilité étudiée.

<p>Digital front-end and Turbo decoder are the two key components in the digital wireless communication system. This thesis will discuss the implementation issues of both digital front-end and Turbo decoder.The structure of digital front-end for multi-standard radio supporting wireless standards such as IEEE802.11n, WiMAX, 3GPP LTE is investigated in the thesis. A top-to-down design methods. 802.11n digital down-converter is designed from Matlab model to VHDL implementation. Both simulation and FPGA prototyping are carried out.As another significant part of the thesis, a parallel Turbo decoder is designed and implemented for 3GPPLTE. The block size supported ranges from 40 to 6144 and the maximum number of iteration is eight.The Turbo decoder will use eight parallel SISO units to reach a throughput up to 150Mits.</p>

Les systèmes sur puces dans le domaine des communications numériques deviennent extrêmement diversifiés et complexes avec la constante émergence de nouveaux standards et de nouvelles applications. Dans ce domaine, le turbo-décodeur est l'un des composants les plus exigeants en termes de calcul, de communication et de mémoire, donc de consommation d'énergie. Outre les exigences de performances croissantes, les nouveaux systèmes de communications numériques imposent une interopérabilité multi-standard qui introduit la nouvelle exigence de flexibilité de l'implémentation. Dans ce contexte, des travaux récents ont proposé l'utilisation du nouveau concept de processeurs à jeu d'instructions dédié à l'application (ASIP). Un tel modèle d'architecture permet au concepteur d'affiner librement le compromis flexibilité/performance tel que requis par l'application considérée. Toutefois, l'efficacité architecturale des processeurs dédiés à l'application est directement liée au jeu d'instruction défini ainsi qu'au taux d'utilisation des étages de pipeline. La plupart des travaux proposés récemment ne considèrent pas ces aspects explicitement. Par conséquent, ce travail de thèse s'inscrit dans l'objectif principal d'unifier l'approche orientée sur la flexibilité et celle orientée sur l'optimalité dans la conception de décodeurs de canal. Dans cet objectif, plusieurs contributions ont été proposées : (1) conception d'un turbo-décodeur multi-standard basé sur le concept ASIP assurant une efficacité architecturale élevée en bit/cycle/iteration/mm2, (2) optimisation de la vitesse de reconfiguration dynamique de l'ASIP proposé supportant tous les paramètres spécifiés dans les normes 3GPP-LTE/WiMAX/DVB-RCS, (3) conception d'entrelaceurs ARP et QPP de faible complexité pour le schéma de décodage de type papillon avec la technique de compression de treillis de type Radix4 et (4) proposition et mise en oeuvre d'un prototype FPGA de système de communication complet intégrant le turbo-décodeur multi-standard proposé. De plus, une première contribution a été proposée vers la conception d'une architecture multi-ASIP flexible et extensible supportant le décodage des turbocodes et des codes LDPC.

De nombreuses techniques de codage de canal sont spécifiées dans les nouvelles normes de communications numériques, chacune adaptée à des besoins applicatifs spécifiques (taille de trame, type de canal de transmission, rapport signal-à-bruit, bande-passante, etc.). Si l'on considère les applications naissantes multi-mode et multi-standard, ainsi que l'intérêt croissant pour la radio logicielle et la radio cognitive, la combinaison de plusieurs techniques de correction d'erreur devient incontournable. Néanmoins, des solutions optimales en termes de performance, de consommation d'énergie et de surface sont encore à inventer et ne doivent pas être négligées au profit de la flexibilité. Dans ce contexte, ce travail de thèse a exploré le modèle d'architecture multi-ASIP dans le but d¿unifier l'approche orientée sur la flexibilité et celle orientée sur l'optimalité dans la conception de décodeurs de canal flexibles. En considérant principalement les applications exigeantes de décodage itératif des turbocodes et des codes LDPC, des architectures multi-ASIP de décodeurs de canal sont proposées ciblant une grande flexibilité combinée à une haute efficacité architecturale en termes de bits/cycle/iteration/mm2. Différentes solutions architecturales et différentes approches de conception sont explorées pour proposer trois contributions originales. La première contribution concerne la conception d'un décodeur LDPC/Turbo multi-ASIP extensible, flexible et haut débit. Plusieurs objectifs de conception sont atteints en termes d'extensibilité, de partage de ressources, et de vitesse de configuration. Le décodeur proposé, nommé DecASIP, supporte le décodage des codes LDPC et turbocodes spécifiés dans les normes WiFi, WiMAX et LTE. L'extensibilité apportée par l'approche multi-ASIP basée sur des réseaux sur puces (NoC) permet d'atteindre les besoins en haut débit des normes actuelles et futures. La deuxième contribution concerne la conception d'un ASIP paramétré pour le turbo-décodage (TDecASIP). L'objectif étant d'étudier l'efficacité maximale atteignable pour un turbo décodeur basé sur le concept ASIP en maximisant l¿exploitation du parallélisme de sous-blocs. En outre, avec cette architecture nous avons démontré la possibilité de concevoir des c¿urs de traitement paramétrables et dédiés à l¿application en utilisant le flot de conception ASIP existant. La troisième contribution correspond à la conception d'un ASIP optimisé pour le décodage des codes LDPC (LDecASIP). Comme pour TDecASIP, l'objectif étant d'étudier l'efficacité maximale atteignable pour un décodeur de codes LDPC basé sur le concept ASIP en augmentant le degré de parallélisme et la bande passante des mémoires. Une quatrième contribution principale de cette thèse porte sur le prototypage matériel. Une plateforme de communication complète intégrant 4-DecASIP pour le décodage de canal a été prototypé sur une carte à base de circuits FPGA. À notre connaissance, c'est le premier prototype FPGA publié de décodeur de canal flexible supportant le décodage des turbocodes et des codes LDPC avec une architecture multi-ASIP intégrant des NoC. De plus, une intégration ASIC de ce décodeur a été réalisée par le CEA-LETI dans la puce MAG3D visant des applications de communications pour la 4G. Ces résultats démontrent le cycle de conception rapide et l'efficacité offerte par l'approche de conception basée sur le concept ASIP dans ce domaine d'application, permettant ainsi d¿affiner les compromis de conception par rapport aux divers objectifs ciblés.

As trends in broadband wireless communications applications demand faster development cycles, smaller sizes, lower costs, and ever increasing data rates, engineers continually seek new ways to harness evolving technology. The zero intermediate frequency receiver architecture has now become popular as it has both economic and size advantages over the traditional superheterodyne architecture.<p> Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is a popular multi-carrier modulation technique with the ability to provide high data rates over echo ladened channels. It has excellent robustness to impairments caused by multipath, which includes frequency selective fading. Unfortunately, OFDM is very sensitive to the carrier frequency offset (CFO) that is introduced by the downconversion process. The objective of this thesis is to develop and to analyze an algorithm for blind CFO recovery suitable for use with a practical zero-Intermediate Frequency (zero-IF) OFDM telecommunications system.<p> A blind CFO recovery algorithm based upon characteristics of the received signal's power spectrum is proposed. The algorithm's error performance is mathematically analyzed, and the theoretical results are verified with simulations. Simulation shows that the performance of the proposed algorithm agrees with the mathematical analysis.<p> A number of other CFO recovery techniques are compared to the proposed algorithm. The proposed algorithm performs well in comparison and does not suffer from many of the disadvantages of existing blind CFO recovery techniques. Most notably, its performance is not significantly degraded by noisy, frequency selective channels.

Les dernières décennies ont connu l'apogée des transmissions hertziennes, et celles à venir connaîtront incontestablement le développement et le déploiement intense de systèmes de communications sans-fil. Dès à présent, il est possible de communiquer par onde sur petite et très petite distance (LAN et PAN). Les populations se sont familiariséesavec les interfaces bluetooth (IEEE802.15) présentes dans la majorité des objetscommuniquant (ordinateur portable, téléphone, PDA, etc...). Les foyers s'équipentmaintenant facilement et à bas prix d'interfaceWi-Fi (IEEE802.11), afin de profiter d'uneutilisation nomade de leur accès internet. Ainsi, la forte croissance dumarché des offresinternet combinée avec celle du marché des téléphones mobiles ont habitués un large spectre d'utilisateurs à communiquer sans fil. Ce contexte sociologique et financier encourage donc l'arrivée de solutions nouvelles répondant à des besoins latents. Parmi ceux-là, le marché met en évidence le manque de système de communication sur moyenne distance (MAN). Les réseaux ad-hoc peuvent répondre à ce genre de besoin. Mais àce jour, les performances sont trop faibles pour les besoins des utilisateurs et elles dépendenttrop fortement de la densité desmachines nomades. Aussi, le consortiumIEEEcherche au travers de sa norme IEEE802.16 à fournir un système complet de communicationsans-fil sur moyenne distance (MAN). Appelé aussiWiMAX, ce système se basesur une architecture composée d'une station de base (BS) et de nombreux mobiles utilisateurs(SS). Le standard IEEE802.16 définit les caractéristiques de la couche physiqueet de la couche MAC. Il décrit l'ensemble des interactions et événements pouvant avoirlieu entre la station de base et les stations mobiles. Enfin, le standard fournit différents paramètres et variables servant aux mécanismes de communication. Comme tout nouveau standard émergeant, la norme IEEE802.16 ne profite pas d'un état de l'art aussi développé que celui du IEEE802.11 par exemple. Aussi, de nombreuses études et idées sont à développer.En premier lieu, nous effectuons un large rappel de la norme WiMAX et en particulier le IEEE802.16e. Associé à cela, nous dressons un état de l'art des travaux traitant des aspects et perspectives liés au sujet de notre étude.Par la suite, nous proposons un modèle novateur de performance des communicationsIEEE802.16e. Au travers de ce modèle, nous développons une étude générale et exhaustive des principaux paramètres de communication. L'étude explicite l'impact deces paramètres ainsi que l'influence de leur évolutions possibles. De cela, nous critiquonsla pertinence de chacun d'eux en proposant des alternatives de configurations.5En sus, nous proposons un mécanisme novateur favorisant le respect de qualité de service(QoS) sur couche AC.Nous développons un principe original d'établissement de connexion favorisant l'accès aux communications sensibles aux délais de transmission.Dans une dernière partie, nous déterminons la capacité d'un système IEEE802.16 à gérer les arrivées et départs des utilisateurs. Tout en y associant une étude de performance d'un nouvel algorithme de contrôle d'admission. Cet algorithme d'admission vise à remplir des objectifs multiples : empêcher les famines de ressources sur les trafics les moins prioritaires, favoriser l'admission des utilisateurs en maintenant une gestion optimale de la ressource radio. Notre étude aboutit à une modélisation et une critique des variations de paramètre associés à ce nouvel algorithme. Nous y intégrons par la suite le principe de mobilité où les utilisateurs ont la capacité de se mouvoir au sein d'une cellule. Cette intégration se fait en y associant des mécanismes originaux afin d'assurer la pérennité du service aux utilisateurs mobiles.

As trends in broadband wireless communications applications demand faster development cycles, smaller sizes, lower costs, and ever increasing data rates, engineers continually seek new ways to harness evolving technology. The zero intermediate frequency receiver architecture has now become popular as it has both economic and size advantages over the traditional superheterodyne architecture.<p> Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is a popular multi-carrier modulation technique with the ability to provide high data rates over echo ladened channels. It has excellent robustness to impairments caused by multipath, which includes frequency selective fading. Unfortunately, OFDM is very sensitive to the carrier frequency offset (CFO) that is introduced by the downconversion process. The objective of this thesis is to develop and to analyze an algorithm for blind CFO recovery suitable for use with a practical zero-Intermediate Frequency (zero-IF) OFDM telecommunications system.<p> A blind CFO recovery algorithm based upon characteristics of the received signal's power spectrum is proposed. The algorithm's error performance is mathematically analyzed, and the theoretical results are verified with simulations. Simulation shows that the performance of the proposed algorithm agrees with the mathematical analysis.<p> A number of other CFO recovery techniques are compared to the proposed algorithm. The proposed algorithm performs well in comparison and does not suffer from many of the disadvantages of existing blind CFO recovery techniques. Most notably, its performance is not significantly degraded by noisy, frequency selective channels.