[pt] Por anos, o tema da localização de terminais móveis são estudados. Inicialmente de caráter militar, tais estudos já são de grande interesse da sociedade civil. Com o crescimento explosivo do tráfego gerado pelo uso da telefonia móvel, os sistemas de localização tornam-se um forte chamariz de renda das empresas de telefonia móvel. Vários podem ser os serviços baseados em localização, entretanto, dentre eles, os chamados serviços de emergência, tem sido fonte de grande debate internacional. Isto porque, na década passada,os Estados Unidos, através de seu órgão regulador, fixou prazos para que operadoras de telefonia móvel naquele país fossem capazes de obter, com uma certa precisão, a localização de chamadas de emergência, o chamado E911. Contudo, para tal, existem vários modos e técnicas de obtenção da localização, das quais destacam-se as técnicas baseadas em diferença de tempos de chegada, do inglês Time Diference of Arrival - TDoA-. Técnicas estas baseadas na solução de equações hiperbólicas para ofertarem a localização de uma dada estação móvel. Daí, sistemas baseados em TDoA serem também chamados de Sistemas Hiperbólicos. Apegando-se a tais fatos, este estudo explora o tema no intuito de implementar um novo método para a solução de sistemas hiperbólicos de localização. Tal método é caracterizado pela otimização nas medidas de diferenças de tempos de chegada estimadas pelo sistema, que através desta otimização fornecem a localização da estação móvel com uma considerável precisão. / [en] The issue about Mobile Location Systems have been studied for a long time.At first, it was circumscribed to the militar area, but nowadays it has been spread along civil society needs. Due to the boom of the cellular mobile technology, location system may become necessary for the cellular mobile company. Location based services may vary. However, the emergency calls service have been discussed by international companies. This has happened because, last decade, the United States has obliged the wireless carriers to locate accurately emergency calls accurately, called E911. But, for this do happen, there are several ways and techniques to get accuracy location,among which we can highlight time diference of arrival -TDOA-. These techniques are based on hiperbolic equations solutions that offer the location of a mobile. This is why the systems based on TDOA are called Hiperbolic Systems. This dissertation has tried develop new analysis for the hiperbolic system of location. This dissertation is marked by optimization of the TDOA measures, which may offer accuracy location of the station mobile.

[pt] Este trabalho consiste de um estudo do comportamento de sinais de rádio propagando-se em um ambiente móvel celular com características urbanas. Este estudo é dividido em duas partes: realização de medidas de cobertura e análise dos dados obtidos. Na primeira parte, uma portadora em 900MHz, sem modulação, é transmitida. Um laboratório móvel, especialmente montado para este trabalho, é utilizado para medir e armazenar o valor instantâneo da potência do sinal recebido. Na segunda parte, realiza-se análise dos dados. Determina- se o valor médio do sinal e sua variabilidade. No estudo da média do sinal, faz-se uma análise comparativa entre os resultados medidos e as predições de modelos de cobertura propostos. Observa-se como estes modelos se adequam à região em questão, escolhida devido às suas características de relevo bastante acidentado. O estudo da variabilidade do sinal ao redor do seu valor médio é feito considerando-se as componentes lenta e rápida do sinal recebido separadamente. As características estatísticas da componente de desvanecimento lento são comparadas com o modelo de distribuição Log-normal. Para as estatísticas da componente de desvanecimento rápido são feitas comparações com as distribuições de Rayleigh e de Rice, neste caso quando existe linha de visada entre transmissor e receptor. Os resultados, sumarizados nas conclusões do trabalho, apresentam aspectos interessantes bem diferentes dos resultados encontrados na literatura. Sempre que possível, justificativas para estas são diferenças são propostas. / [en] This thesis presents a study of propagating radio signals through a cellular mobile urban environment. The study is divided on two parts: a measurement campaign and collected data pocessing and analysis. On the first part, a 900 MHZ carrier without modulation is transmitted. A mobile station, specially built for this work, collects and stores the instantaneous value of the receiving power signal. On the second part, all the data processing and analysis is accomplished. The study concentrates on the signal mean value over a sector of few wavelengths and its variability. The measured mean value compared with those obtained by the most used coverage models. The adequacy of the models from these very peculiar topography region is determined. The study of signal variability is done separating the fast and slow components of the received signal. The statistics of the slow fading component is compared with the assumed log- normal distribuition. For the statistics of the fast fading components, comparisons with Rayleigh and Rice distribuitions are made. The results, summarised on the conclusion, present very interessing aspects different from those on the literature. Whenever is possible, expalnations for these differences are proposed.

[pt] Este trabalho é um estudo sobre radio-localização de terminais móveis em sistemas de tecnologia TDMA. Pela legislação americana e também pela extrema competitividade entre operadores de telefonia na conquista de novos mercados e de provisão de novos serviços, técnicas que permitam a localização do terminal móvel têm sido intensamente pesquisadas. Uma dessas técnicas usa o tempo de chegada (TOA) para estimar a posição do móvel. Como não se tem acesso à medida original de TOA, deve-se estimar TOA a partir de TA (Timing Advance). O valor de TA é enviado pela ERB a EM por meio de um canal de sinalização, que é designado a partir de um conjunto finito de valores discretos que permite que se extraia contornos circulares em torno de cada antena de recepção, a posição do móvel é melhor na interseção de todos aqueles contornos estimados. O erro resultante na estimação do TOA pode ser grande pela ação do erro aleatório e se o TA errado for selecionado. Dado que se sabe somente o TA, o problema é encontrar um estimador e seu erro para o TOA real. Embora a literatura cite diversos processos para solução desse problema, a título de distinguir entre estes e o aqui proposto, denominaremos o processo aqui discutido de Refinamento Sucessivo da Incerteza. / [en] This work is a study about radiolocation of mobile terminals in TDMA systems. In agreement with the American legislation and also because of the extreme competitiveness among wireless operators in order to conquer new markets and provision new services, techniques that allow the localization of the mobile terminal have been intensely researched. One of these techniques uses time of arrival (TOA) to estimate the mobile position. Since the original TOA measurement is not accessible, TOA should be estimated from TA (Timing Advance). The value of TA is sent by the BTS to the MS by means of a signaling channel, which is assigned from a set of discrete values that allows one to draw circular contours around each receiving antenna, the location of the mobile is the best intersection of all those estimated contours. The resultant error in estimated TOA might be large by random error and if the wrong TA will be selected. Given that only TA is know, the problem is to find an estimator and its error for the actual TOA. Although literature mentions diverse processes to solve this problem, in order to distinguish between these and the considered here, we will call the process discussed here of Successive Refinement of the Uncertainty.

[pt] Um aspecto muito importante a ser considerado no dimensionamento e planejamento de sistemas de comunicações rádio celulares móveis e de rádio acesso, é a determinação da cobertura, para o que tem sido propostos, na literatura técnica, vários métodos de cálculo. O cálculo de cobertura dos sistemas wireless, e sua otimização, requerem o desenvolvimento de programas de computação, que se constituem numa poderosa ferramenta para o planejamentos de sistemas. No presente trabalho, são analisados diversos fatores que devem ser considerados nesse dimensionamento e planejamento de sistemas wireless, com ênfase na análise e desenvolvimento de algoritmos apropriados para a determinação da distância de cobertura dos sistemas de rádio acesso WLL (wireless Local Loop) e do sistema LMDS. Os resultados são apresentados através da análise dos diversos fatores que influenciam na área de cobertura destes sistemas. Os algoritmos foram implementados, com auxílio de programadores, no programa NETDimension, que foi utilizado para gerar alguns exemplos de planejamento. / [en] A very important aspect that must be considered in the dimensioning and planning of a cellular mobile and acess radio communication systems is the coverage prediction. The technical literaute several methods of calculations have been proposed. The coverage calculation of wireless systems, and its optimization, require the development of computer programs, that are powerful tools for systems planning. In this work, a wide range of factors that must be considered in the planning of wireless systems are analyzed, with emphasis in the development of algorithms for coverage prediction in WLL (Wireless Local Loop) and LMDS systems. The results are presented and several factors, which have influence in the coverage area of these systems, are analyzed. The algorithms were implemented with help of programmers, in the NETDimension software, and examples of design of radio acess systems developed usign the software are presented.

[pt] A predição da área de cobertura de um sistema celular CDMA é um dos pontos mais importantes no planejamento deste tipo de sistema. Esta dissertação visa englobar todos os aspectos relevantes para o planejamento e dimensionamento de sistemas CDMA, desenvolvendo uma metodologia de cálculo de cobertura que simultaneamente atenda aos modelos de propagação existentes e as condições de interferência. A metodologia desenvolvida foi implementada no programa denominado NetDimension, que está sendo desenvolvido pelo Centro de Estudos em Telecomunicações (CETUC) da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC/Rio) no âmbito do programa de Softex. Na última parte da dissertação são apresentados alguns exemplos de cálculos de cobertura que foram realizados através do NetDimension, cujos resultados são expressos graficamente, facilitando a análise pelo usuário. / [en] CDMA cellular system coverage prediction is one of the most important issues in the planning of this type of system. This dissertation intends to discuss all the important aspects fo the planning and desing of CDMA systems, developing a coverage prediction methodology that simultaneously comply with the existent propagation models and the interference conditions. The developed methodology was implemented in the program named NetDimension, that is being developed by the Telecommunications Studies Center (CETUC) of the Rio de Janeiro Catholic University (PUC/RJ). In the last part of the dissertation some examples of coverage calculations are presented, which were performed using the software NetDimension. The results are expressed graphically, facilitating the analysis by the user.

Made available in DSpace on 2016-04-04T18:31:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joao Marcos Menon .pdf: 3167428 bytes, checksum: 96cc8c447b8b6a9f07be5f85fb5733dc (MD5) Previous issue date: 2006-06-13 / Research regarding voice and data dimensioning models applied to Telecommunication Networks. For circuit switched voice networks dimensioning, the Erlang formulas are used. When it comes to newer data networks, a packet based dimensioning is required, and the complexity is significantly increased due to the diversity of applications and its multiple features. This work goes from the mathematical model (proposed by Erlang) applied to circuit switched voice networks to a mathematical model applicable to data services and packet based network dimensioning. User and application requirements are detailed as well as the correlation between them, which is key to understanding the dimensioning model. The mathematical model is applied (and a study case is presented) to an existing 3G technology (1xEVDO) in Brazil using practical input values. A computer program is generated to run prompt tests or different study cases. Then, the obtained results for the given case are measured in the field to validate the packet based network dimensioning model. Computer simulations are run to test the edge of the 1xEVDO technology with the aid of appropriate software containing queuing theory concepts. The experiments permit the correct visualization of the possible values that can be obtained and should be ignored on the dimensioning of a packet based network. Although ITU s 1xEVDO technology is used for the experiments, the dimensioning model is proposed to be applicable to any technology which needs packet based dimensioning and has data applications (i.e. other ITU 3G technologies such as UMTS and IEEE technologies such as wifi e wimax). The model is constructed, applied to study cases, tested on the field with practical values, promptly validated and pushed to the edge during simulations. / Pesquisa sobre os modelos de dimensionamento de rede de voz e de dados aplicados nas redes de telecomunica??es. Para a aplica??o de voz, as redes s?o dimensionadas a circuito, realiza-se um resgate do dimensionamento desse servi?o utilizando-se as f?rmulas de Erlang. Destaca-se, em seguida, que as novas redes de dados requerem um dimensionamento baseado a pacotes e a complexidade aumenta significativamente devido a diversidade das aplica??es e de suas m?ltiplas caracter?sticas. Evolui-se, do modelo matem?tico proposto por Erlang, aplic?vel ?s redes de voz baseado em circuito, at? um modelo matem?tico aplic?vel aos servi?os de dados a ser utilizado no dimensionamento das redes a pacotes. Detalham-se os requisitos dos usu?rios e das aplica??es, bem como a correla??o entre eles, que ? a chave para o entendimento do modelo de dimensionamento. Aplica-se o modelo matem?tico (gera-se um case) para a tecnologia 3G existente em opera??o no Brasil no momento, 1xEVDO com valores de entrada utiliz?veis na pr?tica. Gera-se um programa para ensaios pontuais ou diferentes cases. Medem-se em campo os resultados obtidos do case utilizado para valida??o do modelo de dimensionamento de rede a pacotes. Para os extremos da tecnologia, 1xEVDO, s?o ensaiados com a utiliza??o de um simulador de um software aderente e alinhado a teoria das filas. Promovem-se ensaios que permitem a vis?o correta dos valores poss?veis de serem obtidos e que devem ser ignorados no dimensionamento de uma rede a pacotes. Destaca-se que, apesar de se haver utilizado a tecnologia 1xEVDO do ITU para ensaio, o modelo de dimensionamento ? proposto a ser aplicado em qualquer tecnologia que necessite de dimensionamento baseado em pacotes e com aplica??es de dados (demais da terceira gera??o do ITU como UMTS e do IEEE como wifi e wimax). O modelo ? conceituado, aplicado em case, testado em campo com valores pr?ticos, convalidado pontualmente e extremado em simula??o.

This thesis describes fundamental approaches to quantify rate versus power consumption tradeoffs for cascaded communication systems. The discussion is bolstered by a large number of in-situ channel measurements, which are used in discussions of the power consumption of future massively broadband cellular systems. Chapter one provides an introduction. Chapter two discusses power consumption trends in modern communication systems. Chapter three introduces the consumption factor framework. Chapter four discusses the channel measurement campaign. Chapter five concludes the thesis, and uses the measurement results to estimate power consumption and capacity of future cellular systems. In addition, chapter five extends the consumption factor theory and draws fundamental conclusions about the energy price per bit for a general cascaded communication system. / text

Managing interference is the main technical challenge in wireless networks. Multiple input multiple output (MIMO) methods are key components to overcome the interference bottleneck and deliver higher data rates. The most efficient MIMO techniques require channel state information (CSI). In practice, this information is inaccurate due to errors in CSI acquisition, as well as mobility and delay. CSI inaccuracy reduces the performance gains provided by MIMO. When compounded with uncoordinated intercell interference, the degradation in MIMO performance is accentuated. This dissertation investigates the impact of CSI inaccuracy on the performance of increasingly complex interference limited networks, starting with a single interferer scenario, continuing to a heterogeneous network with a femtocell overlay, and finishing with a clustered multicell coordination model for randomly deployed transmitting nodes. First, this dissertation analyzes limited feedback beamforming and precoded spatial multiplexing over temporally correlated channels. Assuming uncoordinated interference from one dominant interferer, using Markov chain convergence theory, the gain in the average successful throughput at the mobile user is shown to decrease exponentially with the feedback delay. The decay rate is amplified when the user is interference limited. Interference cancellation methods at the receiver are shown to mitigate the effect of interference. This work motivates the need for practical MIMO designs to overcome the adverse effects of interference. Second, limited feedback beamforming is analyzed on the downlink of a more realistic heterogeneous cellular network. Future generation cellular networks are expected to be heterogeneous, consisting of a mixture of macro base stations and low power nodes, to support the increasing user traffic capacity and reliability demand. Interference in heterogeneous environments cannot be coordinated using traditional interference mitigation techniques due to the on demand and random deployment of low power nodes such as femtocells. Using tools from stochastic geometry, the outage and average achievable rate of limited feedback MIMO is computed with same-tier and cross-tier interference, and feedback delay. A hybrid fixed and random network deployment model is used to analyze the performance in a fixed cell of interest. The maximum density of transmitting femtocells is derived as a function of the feedback rate and delay. The detrimental effect of same-tier interference is quantified, as the mobile user moves from the cell-center to the cell-edge. The third part of this dissertation considers limited coordination between randomly deployed transmitters. Building on the established degrading effect of uncoordinated interference on practical MIMO methods, and the analytical tractability of random deployment models, interference coordination is analyzed. Using multiple antennas at the transmitter for interference nulling in ad hoc networks is first shown to achieve MIMO gains using single antenna receivers. Clustered coordination is then investigated for cellular systems with randomly deployed base stations. As full coordination in the network is not feasible, a random clustering model is proposed where base stations located in the same cluster coordinate. The average achievable rate can be optimized as a function of the number of antennas to maximize the coordination gains. For multicell limited feedback, adaptive partitioning of feedback bits as a function of the signal and interference strength is proposed to minimize the loss in rate due to finite rate feedback. / text

[pt] Neste trabalho, foi desenvolvido um algoritmo para a solução de uma equação integral que possa ser aplicado de forma eficiente na previsão da cobertura de sistemas celulares. Este algoritmo compara-se com o algoritmo proposto originalmente e com a mesma aplicação baseada na técnica de traçado de raios. A técnica de traçado de raios utiliza o método das imagens no traçado dos raios pertencentes a trinta diferentes classes, caracterizadas pela multiplicidade e pelos tipos e ordens das interações com o terreno. Os coeficientes de reflexão e de difração são calculados pelas equações clássicas de Fresnel e pelas equações da Teoria Uniforme da Difração, respectivamente, modificadas para considerar a rugosidade do terreno. Ambos os algoritmos foram aplicados para calcular a intensidade de campo ao longo de um perfil de terreno e em uma região montanhosa do sul do Estado de Minas Gerais. Os resultados são comparados entre si e com os resultados de medidas, quando disponíveis. Esta comparação considera tanto os resultados obtidos quanto os tempos de processamento necessários em ambos os casos. / [en] In this work an algorithm for the solution of an integral equation, which can efficiently be applied to estimate the coverage areaof a cellular system, has been developed. This algorithm is compared with the original proposed algorithm and also woth Ray tracing Techiniques for the same applications. The Ray Tracing Tecniques uses the image Tecnique to trace thirty different classes of rays, which are characterised by multiplicity of the paths and also the nature of graund. The coefficients of reflection and diffraction have been calculeted by using the classical Fresnel and the Uniform Theory of Diffraction equations respectively, and have been modified to include the roufhness of the ground. Both algorithms have been used to calculate the fiels intensity along a land profile and also a mountainous region South comparison takes into consideration the quality of the results as well as the processing time of both algorithms.

[pt] Este trabalho é uma contribuição para um melhor entendimento de questões de planejamento e operação de sistemas móveis celulares.Através da implementação de um modelo de simulação simples e eficiente, são analisadas cinco configurações diferentes de um mesmo sistema móvel celular. O modelo de simulação é composto de um modelo de rede (baseado no modelo de referência de rede do padrão IS- 41-C), de fluxos de mensagens entre as entidades funcionais da rede e de modelos de geração de tráfego de mensagens. O sistema móvel celular analisado atende à população da região metropolitana do estado do Rio de Janeiro, proporcionando uma visão mais realista dos resultados fornecidos pelo modelo de simulação e permitindo um melhor entendimento das questões de planejamento e operação envolvidas. / [en] This dissertation is a contribution towards a better unders tanding of mobile cellular systems planning and operation issues.Five different configurations of the same mobile cellular system are analyzed, through the implementation of a simple and efficient simulation model. The simulation model is composed by a network model (based on the IS-41-C network reference model), message flows between the network functional entities and message traffic models. The cellular system analyzed could serve the population of the metropolitan region of the Rio de Janeiro state, as suring a more realistic view of the results provided by the simulation model, and allowing a better understating of the related planning and operation issues. / [es] Este trabajo es una contribución a un mejor entendimiento de cuestiones de planificación y operación de sistemas móviles celulares. A través de la implementación de un modelo de simulación simple y eficiente, son analizadas cinco configuraciones diferentes de un mismo sistema móvil celular. EL modelo de simulación está compuesto de un modelo de red (basado en el modelo de referencia de red del padrón IS- 41-C), de flujos de mensajes entre las entidades funcionales de la red y de modelos de generación de tránsito de mensajes. EL sistema móvil celular analizado atiende a la población de la región metropolitana del estado del Rio de Janeiro, proporcionando una visión mas realista de los resultados obtenidos por el modelo de simulación y permitiendo un mejor entendimento de las cuestiones de planificación y operación involucradas.