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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.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-04-18T18:31:55Z No. of bitstreams: 1 mateusdelimafilomeno.pdf: 952346 bytes, checksum: 0eb883e1ceabb6c297f58be445761d84 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-04-19T13:28:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mateusdelimafilomeno.pdf: 952346 bytes, checksum: 0eb883e1ceabb6c297f58be445761d84 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T13:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mateusdelimafilomeno.pdf: 952346 bytes, checksum: 0eb883e1ceabb6c297f58be445761d84 (MD5) Previous issue date: 2018 / Esta dissertação tem como objetivo discutir as comunicações cooperativas híbrida e não híbrida aplicadas a sistemas de comunicação de dados em banda larga e em ambientes residenciais. Nesse sentido, o modelo de canal com retransmissor único em dois estágios é investigado para sistemas de comunicação em banda larga através da rede de energia elétrica. Este modelo de canal cooperativo é formado pela concatenação de dois canais com retransmissor único, cobrindo enlaces de comunicação de dados com até dois saltos. Além disso, um modelo de canal híbrido com retransmissor único, utilizando rede elétrica e ar, é analisado para sistemas de comunicação de dados em banda larga em que enlaces de até um salto são considerados. Expressões de taxas de dados alcançáveis ergódicas são derivadas para os modelos de canais cooperativos híbridos e não híbridos, a fim de compará-los. Devido às características de canais e ruído das redes de energia elétrica, os resultados numéricos são baseados em um conjunto de dados constituído por estimativas de canais e medições de ruído cobrindo a faixa de frequência de 1, 7 a 100 MHz e diferentes posições do nó retransmissor. Para os canais sem fio, o modelo HIPERLAN/2 com a mesma largura de banda é utilizado, considerando uma freqüência central de 5 GHz, enquanto o ruído aditivo é considerado branco gaussiano. Com relação aos sistemas de comunicação através da rede energia elétrica, mostra-se que o modelo de canal com retransmissor único em dois estágios é a melhor opção quando o enlace da fonte ao destino encontra-se severamente degradado (por exemplo, alta atenuação de sinal devido à longa distância entre nós fonte e destino e/ou presença de ruído de alta potência). Quando a degradação do canal não é acentuada, o modelo de canal de dois saltos é mais apropriado. Acerca dos sistemas híbridos, constata-se que, quando o retransmissor está no meio do caminho entre fonte e destino, o modelo de canal híbrido com retransmissor único apresenta o melhor desempenho em termos de taxa de dados alcançável ergódica, enquanto o modelo de canal híbrido de um salto oferece os melhores resultados para outros casos. / This dissertation aims to discuss hybrid and non-hybrid cooperative communications applied to in-home broadband data communication systems. In this sense, the two-stage single-relay channel model is investigated for in-home broadband power line communication systems. This cooperative channel model consists of the concatenation of two single-relay channels, covering data communication links with up to two hops. Moreover, a hybrid power line/wireless single-relay channel model is analyzed for broadband data communication systems, considering one-hop links. Ergodic achievable data rate expressions are derived for both hybrid and non-hybrid cooperative channel models in order to compare them. Due to channel and noise characteristics of electric power grids, numerical results are based on a data set constituted by power line channel estimates and additive noise measurements covering the frequency band from 1.7 up to 100 MHz and different relay positions. For wireless channels, the HIPERLAN/2 model with the same bandwidth is used, but at a central frequency of 5 GHz, while the additive noise is considered to be Gaussian white. Regarding only power line communication systems, it is shown that the two-stage single-relay channel model is the best option when the source-to-destination link is severely degraded (e.g., high signal attenuation due to the long distance between source and destination nodes and/or high-power noise presence). When the channel degradation is not severe, the two-hop channel model is more appropriate. Concerning hybrid systems, it is observed that, when the relay is halfway between source and destination nodes, the hybrid single-relay channel model presents the best performance in terms of ergodic achievable data rate, while the hybrid one-hop channel model yields the best results for other cases.