Submitted by Igor Miranda (engigordantas@gmail.com) on 2018-01-12T19:20:36Z No. of bitstreams: 1 Tese - Igor Miranda - Versão Final com Capa.pdf: 4371607 bytes, checksum: 8044fe0ec518f4129d73e83eb19e44ba (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2018-01-15T15:26:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese - Igor Miranda - Versão Final com Capa.pdf: 4371607 bytes, checksum: 8044fe0ec518f4129d73e83eb19e44ba (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-15T15:26:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Igor Miranda - Versão Final com Capa.pdf: 4371607 bytes, checksum: 8044fe0ec518f4129d73e83eb19e44ba (MD5) / Os sistemas de detecção de disparos de arma de fogo baseados em monitoramento acústico têm se mostrado ferramentas eficazes no combate à violência urbana. Entretanto, as soluções disponíveis no mercado têm apresentado custos elevados, tornando a tecnologia pouco acessível. Reduzir o custo de implementação dos numerosos sensores acústicos presentes nesse tipo de sistema pode representar uma redução do custo global. As principais funcionalidades de um sensor acústico são a detecção de explosões e a estimação a direção de chegada da frente de onda, que são implementadas por meio de diversas operações de Processamento Digital de Sinais (PDS). Uma estratégia que tem sido utilizada em sistemas similares, como na área de ultrassom, para redução da complexidade dos algoritmos é o processamento de sequências binárias provenientes de conversores Analógico/Digital (A/D) sigma-delta sem realizar a demodulação. Essa abordagem, apesar de vantajosa, ainda não foi devidamente explorada na literatura científica para aplicações de acústica e detecção de tiros. Este trabalho teve como objetivo explorar e desenvolver técnicas de PDS para otimizar a utilização de conversores A/D sigma-delta em sistemas de detecção de disparos de arma de fogo, visando reduzir o custo desses sistemas em comparação aos convencionais através da diminuição da complexidade das operações. Métodos de propósito gerais para o processamento de sequências sigma-delta foram introduzidos, dentre eles estão um algoritmo para detecção de sinais impulsivos e dois algoritmos para o cálculo eficiente da transformada discreta de Fourier. Com base nesses algoritmos, foram desenvolvidas técnicas para explorar a diversidade espacial de dois microfones na detecção de explosões e na estimação da direção de chegada. Todos os algoritmos e métodos desenvolvidos foram validados através de simulações ou experimentos com dados de disparos de arma de fogo reais, apresentando resultados satisfatórios.

[pt] Este trabalho de tese trata do emprego de arranjos de antenas em ambientes de comunicação móvel,dando-se ênfase ao canal de dados reverso do Sistema IS-95. Propõe-se dois estimadores: um para a direção de chegada dos sinais e outro para outros dados. Inicialmente é apresentado um estudo sobre arranjos de antenas e dos principais detalhes do sistema IS-95,especialmente a multiplicidade de acesso via divisão por códigos (CDMA).Aborda-se em seguida o problema da estimação da direção da chegada(DOA), onde se constata que os algoritmos mais conhecidos na literarura especializada, tais como Atraso-e-Soma, Capon, MUSIC e ESPRIT, não apresentam desempenho satisfatório quando empregados em ambiente CDMA. Por isso, propõe-se uma versão do método de estimação de máxima verossimilhança (ML) que utiliza a técnica denominada de EM (-Expectation Maximization-).Seu emprego permitir fracionar o problema de otimização multidimensional gerado pelo estimador ML, em últimas estimações de menor dimensão,simplificando sobremaneira a solução. O estimador proposto além da DOA,permite ainda estimar a atenuação e a defasagem dos sinais incidentes. Através de simulações, constata-se que este estimador EM apresenta um desempenho bastante satisfatório.Para tornar mais completa a análise, faz-se ainda uma comparação da variância do erro na estimação da DOA comolimitante de Cramér-Rao. Em presença de multipercursos, propõe-se quatro versões de um estimador de dados, sendo que uma delas utiliza a estrutura de treliça e objetiva a decisão sequencial dos dados. O desenvolvimento de tais estimadores faz uso de bases de espaços vetoriais para representar as funções de walsh, sendo que as operações aritméticas convencionais . Através de simulações constata-se que essas versões apresentam diferentes relações entre de desempenho e custo computacional, o que permite flexibilidade na adequação do seu emprego. / [en] This thesis deals with antenna arrays when used in mobile communication environment, but the emphasis is on the reverse data link of IS-95. Two estimators are proposed: one for the direction-of-arrival (DOA) and other for the data. Initially, study of the antenna arrays is presented together with the main details of the IS-95 System, especially the details related to the code division multiple access (CDMA). After that, the problem of dirction- of-arrival estimation is discussed. It is shown that mostly of the known estimators, such as Delay-and-Sum, Capon, MUSIC and ESPRIT, do not offer reasonable performance when used in CDMA environment. Therefore, a new Maximum- Likelihood (ML) method is proposed using the so-called Expectation Maximization (EM) algorithm. The main advantage of using such approach is due to the fact that multidimensional optimization required by ML estimation can be split into several problems of lower dimension, thus simplifying the solution. The proposed estimator, besides the DOA estimation, also allows the estimation of attenuation and phase shift of the arriving signals. Simulations show that EM-estimator offers a fair performance when compared to other methods. In order to properly access the statistical significance of this study, the of DOA-estimation erro´s variance is compared with the Cramér-Rao Lower Bound (CRLB). Under a multipath environment, four versions of a data estimator are proposed, and one of them do employ trellis. In the development of such estimators, vector basis are used to represent the Walsh functions and the module-2 operations are replaced by convenient ordinary arithmetic operations. By means of simulation, it is shown that these versions present different levels of performance and computational cost thus allowing to choose the method according to the environmentn conditions. / [es] Este trabajo de tese trata del empleo de arreglos de antenas en ambientes de comunicación móvil, con énfasis en el canal de datos reverso del Sistema IS-95. Se proponen dos estimadores: uno para la dirección de llegada de las señales y otro para el resto de los datos. Inicialmente se presenta un estudio sobre arreglos de antenas y los principales detalles del sistema IS-95,especialmente la multiplicidad de acceso vía división por códigos (CDMA). Se aborda el problema de la estimación de la dirección de llegada(DOA), donde se constata que los algoritmos más conocidos en la literarura especializada, tales como Atraso-y-Suma, Capon, MUSIC y ESPRIT, no tiene un desempeño satisfactorio cuando son utilizados en ambiente CDMA. Por eso, se propone una versión del método de estimación de máxima verosimilitud(ML) que utiliza la técnica denominada de EM (-Expectation Maximization-).Su empleo permite fraccionar el problema de optimización multidimensional generado por el estimador ML, en estimaciones de menor dimensión,simplificando la solución. El estimador propuesto, además de la DOA, permite estimar la atenuación y el defasaje de las señales incidentes. A través de simulaciones, se constata que el estimador EM tiene un desempeño bastante satisfactorio. Para un análisis más completo se comparan las varianza del error en la estimación de la DOA como límite de Cramér-Rao. En presencia de multitrayectoria, se proponen cuatro versiones de un estimador de datos, donde una de ellas utiliza la extructura de celosía y objetiva la decisión secuencial de los datos. El desarrollo de tales estimadores utiliza bases de espacios vectoriales para representar las funciones de walsh, con las operaciones aritméticas convencionales . A través de simulaciones se observa que esas versiones presentan diferentes relaciones entre de desempeño y el costo computacional, que permite flexibilidad en la adecuación de su empleo.

[pt] Este trabalho apresenta os resultados da investigação da utilização da Técnica de Sondagem em Frequência na estimação de dispersividade Espaço-Temporal do Canal Rádio Móvel. Modifcações na técnica clássica de varredura em frequência foram implementadas: um conjunto de antenas denominado array foi construído e calibrado e um algoritmo de pós-processamento do sinal medido foi testado. Foi realizada uma campanha de medidas em três ambientes diferentes para averiguar a aplicabilidade do conjunto. Foram obtidos bons resultados, demonstrando a efciência da metodologia de medidas aplicada. / [en] This work presents the results of an investigation of the use of the Frequency Sounding technique in Mobile Radio Channel`s Space-Time Dispersion characterization. Hence, some changes in the classical Frequency Sounding Technique were employed: a set of antennas was built and calibrated and an algorithm for signal pos processing was tested. A measurement campaign was carried out on three different environments to test the applicability of the set as a whole. Very good results showed the efficiency of the measurements methodology applied.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OsmarADJ.pdf: 1159660 bytes, checksum: 65307a903dfe1a1f71297194d1c7e2a5 (MD5) Previous issue date: 2004-12-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / This dissertation presents a new proposal for the Direction of Arrival (DOA) detection problem for more than one signal inciding simultaneously on an antennas array with linear or planar geometry by using intelligent algorithms. The DOA estimator is developed by using techniques of Conventional Beam-forming (CBF), Blind Source Separation (BSS), and the neural estimator MRBF (Modular Structure of Radial Basis Functions). The developed MRBF estimator has its capacity extended due to the interaction with the BSS technique. The BSS makes an estimation of the steering vectors of the multiple plane waves that reach the array in the same frequency, that means, obtains to separate mixed signals without information a priori. The technique developed in this work makes possible to identify the multiple sources directions and to identify and to exclude interference sources / Esta disserta??o apresenta uma nova proposta para os problemas de detec??o de dire??o de chegada para mais de um sinal incidindo simultaneamente sobre um arranjo de antenas de geometria planar ou linear empregando algoritmos inteligentes. O estimador de DOA ? desenvolvido utilizando as t?cnicas de Conforma??o de Feixes Digital Convencional (CBF - Conventional Beamforming), de Separa??o Cega de Fontes (BSS {Blind Source Separation) e o estimador neural MRBF (Modular Structure of Radial Basis Functions). O estimador MRBF desenvolvido tem sua capacidade ampliada gra?as ?a intera??o com a t?cnica BSS, a qual faz uma estima??o dos vetores de guiamento das m?ltiplas ondas planas que alcan?am o arranjo na mesma freq??ncia, isto ?, consegue separar sinais misturados sem informa??es a priori. A t?cnica desenvolvida neste trabalho possibilita identificar a dire??o de m?ltiplas fontes e identificar e excluir as fontes de interfer?ncia

[pt] Em sistemas de comunicações móveis, a modulação digital em fase (PSK)é amplamente utilizada em esquemas de transmissão em rádio-propagação. Trabalhos anteriores consideraram alguns métodos baseados no critério de máxima verossimilhança (MV) para estimação de direção-de-chegada de sinais genéricos que atingem um conjunto (array) de sensores. Esta tese propõe um novo estimador MV para a direção-de-chegada, desenvolvido especificamente para sistemas de comunicação PSK. Dois modelos de transmissão são concebidos para estimação dos parâmetros: um mais idealizado, considerando todas as portadoras alinhadas no tempo com o receptor, e outro que considera este desalinhamento na forma de retardo. O número de parâmetros a serem conjuntamente estimados é significativamente reduzido ao se calcular o valor esperado dos sinais medidos no array de antenas com relação µas fases de modulação (dados de informação). O desempenho do estimador em vários cenários simulados é apresentado e comparado ao desempenho do estimador MV clássico desenvolvido sem considerar uma estrutura específica para o sinal. Limitantes de Cramér-Rao para os cenários de portadora única também são calculados. O método proposto se mostra mais robusto por apresentar melhor desempenho que o estimador MV clássico em todas as simulações. / [en] In mobile communication systems, phase shift keying (PSK) modulation is widely used in digital transmission schemes. Previous works have considered several maximum likelihood (ML) methods for the direction-of-arrival (DOA) estimation of generic signals reaching a phased-array of sensors. This thesis proposes a new ML DOA estimator designed to be used in PSK communication systems. Two transmission models are considered for parameter estimation: a simpler one, considering all carrier clocks time-aligned with the receiver clock, and another that considers this misalignment as a delay for each carrier. The number of parameters to be jointly estimated is significantly reduced when the expected value of the antenna array measured signals with respect to the modulation phases is evaluated. The estimator performance in several simulation scenarios is presented and compared to the performance of a classic ML estimator designed for all sorts of signal models. Cramér-Rao bounds for single carrier scenarios are also evaluated. The proposed method robustly outperforms the classic ML estimator in all simulations.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-11-12T20:02:55Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jonas Augusto Kunzler - 2015.pdf: 5934373 bytes, checksum: a736817202816bba60673f1a39184580 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-13T10:40:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jonas Augusto Kunzler - 2015.pdf: 5934373 bytes, checksum: a736817202816bba60673f1a39184580 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-13T10:40:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Jonas Augusto Kunzler - 2015.pdf: 5934373 bytes, checksum: a736817202816bba60673f1a39184580 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-04-14 / New technologies that have emerged from the transistor advent enabled digital signal processing techniques were aggregated to systems operated or partially in analog improving performance of these systems. Added to this the use of sensor arrangements which made it possible to identify the directions of signals of interest and are used in critical areas of knowledge, such as in tracking radar systems; in astronomy; in sonar systems; mobile communications; the estimation of direction of arrival; in seismology and medical diagnosis and treatment. This work aims to study specific features of an estimation method of direction of arrival based on a linear array of sensors with special attention to mobile communications. Some methods have been proposed in order to get the position of a source of electromagnetic waves and can cite the MUSIC, the MODEX and SEAD, the latter of fundamental importance to this work because it is the basis of conducted research and because it is a new method, lacked further clarification with regard to the differential spectrum, their origin, meaning and importance, as well as obtaining an analytical expression to describe their conduct on the variables that compose the system. Based on eigenvalue decomposition of the correlation matrix has been observed that the differential spectrum is basically a matrix norm calculation, with the largest eigenvalue of the matrix is ​​also standard 2-induced vector. It was proposed to use the Frobenius norm which is simpler to be computed, and consequently requires less computational effort. Moreover, the behavior of the angular spectrum calculated using the Frobenius norm is fully described by the sum of cosines with the formulation described for each part which composes the calculation of the standard. Through this outcome was possible to analyze aspects related to angular resolution, the number of signal sources, the number of sensors, the influence of noise and the correlation between sources. / Novas tecnologias que surgiram a partir do advento transistor permitiram técnicas de processamento digital de sinais fossem agregadas a sistemas que operavam ou parcialmente de forma analógica aprimorando o desempenho desses sistemas. Soma-se a isto a utilização de arranjos de sensores que possibilitaram a identificação das direções dos sinais de interesse e são empregados em importantes áreas do conhecimento, como por exemplo, em sistemas de rastreamento por radar; na Astronomia; em Sistemas sonares; nas comunicações móveis; na estimação de direção de chegada; na sismologia e no diagnóstico e tratamento médico. Este trabalho tem como objetivo estudar características específicas de um método de estimação de direção de chegada baseado em um arranjo linear de sensores com atenção especial em comunicações móveis. Alguns métodos foram propostos com o fim de obter a posição de uma fonte de ondas eletromagnéticas, podendo-se citar o MUSIC, o MODEX e o SEAD, este último de fundamental importância para este trabalho, pois, ele é a base da investigação conduzida e por se tratar de um método novo, carecia de mais esclarecimentos no que diz respeito ao espectro diferencial, sua origem, significado e importância, como também a obtenção de uma expressão analítica que descrevesse seu comportamento em função das variáveis que compões o sistema. Baseado na decomposição em autovalores da matriz de correlação observou-se que o espectro diferencial é basicamente um cálculo de norma matricial, sendo que o maior autovalor da matriz é também a norma 2 induzida por vetor. Propôs-se a utilização da norma de Frobenius que é mais simples de ser calculada e, consequentemente, exige menos esforço computacional. Além disso, o comportamento do espectro angular calculado com a norma de Frobenius é totalmente descrito através da soma de cossenos com a formulação descrita para cada parcela que compõe o cálculo da norma. Através deste resultado foi possível analisar aspectos referentes à resolução angular, ao número de fontes de sinal, ao número de sensores, à influência do ruído e à correlação entre as fontes.

[pt] Esta tese desenvolve técnicas avançadas de processamento de sinais com arranjos de sensores, tanto para arranjos completamente calibrados quanto parcialmente calibrados. São propostas novas geometrias de arranjos esparsos baseadas em subarranjos lineares esparsos, bem como são desenvolvidos novos algoritmos de estimativa de direção de chegada (DOA) para sinais eletromagnéticos de banda estreita, utilizando-se a teoria de processamento estatístico. Os algoritmos propostos, denominados Generalized Coarray MUSIC (GCA-MUSIC) e Generalized Coarray Root MUSIC (GCA-rMUSIC), expandem a técnica clássica denominada Multiple Signal Classification (MUSIC) para configurações de subarranjos esparsos. Técnicas de projeto de subarranjos lineares esparsos foram propostas, assim como uma análise dos graus de liberdade dos subarranjos (sDoF) em função dos graus de liberdade do arranjo completo (DoF). Além disso, desenvolvem-se versões com tamanho de Janela Variável (VWS) desses algoritmos, que incorporam técnicas de suavização espacial com abertura variável. Esses métodos proporcionam estimativas de direção de alta precisão e conseguem estimar um número maior de fontes do que o número de sensores físicos em cada subarranjo, explorando estruturas de coarranjo específicas. A análise de desempenho demonstra que o GCA-MUSIC e o GCA-rMUSIC, juntamente com suas variantes VWS, melhoram a precisão no contexto de arranjos parcialmente calibrados, onde podem existir incertezas de calibração. Além disso, são apresentadas variantes VWS do algoritmo Coarray MUSIC (CA-MUSIC) para arranjos totalmente calibrados (coerentes), permitindo estratégias de suavização adaptáveis para um desempenho aprimorado. Além do desenvolvimento algorítmico, foram derivadas as Matrizes de Informação de Fisher (FIMs) para o conjunto completo de parâmetros deste modelo de dados generalizado, incluindo tanto as relações de parâmetros consigo próprios quanto cruzados. Essas matrizes levam em consideração as direções das fontes, potências das fontes, potência do ruído e as componentes reais e imaginárias de todos os parâmetros de calibração, representando cenários com fontes correlacionadas e descorrelacionadas. Este trabalho avança significativamente a compreensão teórica dos limites de desempenho da estimativa de direções, fornecendo uma quantificação mais rigorosa dos limitantes de Cramér-Rao. Esses limitantes são particularmente relevantes em cenários com arranjos parcialmente calibrados e fontes descorrelacionadas, conforme demonstrado utilizando-se modelos de dados baseados no produto de Khatri-Rao. / [en] This thesis explores advanced array signal processing techniques for both fully and partially calibrated arrays. We introduce novel sparse array geometries based on sparse linear subarrays and develop new direction-of-arrival (DOA) estimation algorithms for narrowband electromagnetic signals, framed within statistical signal processing principles. The proposed algorithms, named Generalized Coarray MUSIC (GCA-MUSIC) and Generalized Coarray Root MUSIC (GCA-rMUSIC), extend the classical Multiple Signal Classification (MUSIC) framework to sparse subarrays configurations. Sparse linear subarray design techniques were proposed, as well as an analysis of the degrees of freedom of subarrays (sDoF) as a function of degrees of freedom of the whole array (DoF). Additionally, we develop Variable Window Size (VWS) versions of these algorithms, which incorporate flexible spatial smoothing apertures. These methods provide high-accuracy DoA estimates and offer the key advantage of resolving more sources than the number of physical sensors in each subarray by exploiting coarray structures. Performance analysis demonstrates that GCA-MUSIC and GCA-rMUSIC, along with its VWS variants, improve accuracy in the context of partially-calibrated arrays, where calibration uncertainties may exist. Furthermore, VWS variants of the Coarray MUSIC (CA-MUSIC) algorithm are presented for fully calibrated (coherent) arrays, enabling adaptable smoothing strategies for enhanced performance. In addition to algorithmic development, we compute the Fisher Information Matrices (FIMs) for the complete set of parameters in this generalized data model, including both self and cross-coupled parameter relationships. These matrices account for source directions, source powers, noise power, and the real and imaginary components of all calibration parameters, representing both correlated and uncorrelated source scenarios. This work significantly advances the theoretical understanding of DoA estimation performance limits by providing a more rigorous quantification of the Cramér-Rao bounds. These bounds are particularly relevant in scenarios with partially calibrated arrays and uncorrelated sources, as demonstrated using the Khatri-Rao product-based data model.

[pt] O problema de localização de estações móveis pessoais em sistemas celulares de comunicações vem recebendo grande atenção nos últimos anos, tanto por questões ligadas à segurança como por suas amplas aplicações comerciais no desenvolvimento de novos serviços e aplicações. Nesta dissertação foi desenvolvido um ambiente de simulação de localização de estações móveis em ambiente micro celulares empregando um programa de traçado de raios pelo método da força bruta (lançamento de raios), já disponível, para estimar os comprimentos de percursos e tempos de chegada entre diversas estações rádio base e a estação móvel em cenários urbanos modelados por sólidos multifacetados. Os perfis de retardo gerados por este programa são usados como dados de entrada para um programa desenvolvido nesta dissertação que estima a localização dos móveis utilizando os métodos de Taylor e de Chan. O processo desenvolvido foi testado em ambientes de geometria simples fornecendo resultados bastante consistentes e mostrando que a técnica de traçado de raios é uma ferramenta útil para a simulação e desenvolvimento de algoritmos de localização, cujo teste em situações reais exige grande volume de medidas de alta complexidade cujos exemplos na literatura técnica são escassos. Com base nas simulações foi investigadas a influência do número de estações rádio base na precisão das estimativas de localização e realizada uma comparação do desempenho dos métodos em situações com visibilidade (LOS) e sem visibilidade (NLOS). Foi analisado ainda o efeito da altura das estações na precisão dos resultados de localização. / [en] The location of mobile terminals in mobile cellular systems has been receiving increasing attention in the last few years. This interest in focused not only in security aspects but also in the development of new services for commercial application. In this Dissertation a simulation environment for mobile stations location in microcellular systems was developed. The simulation tools include a ray tracing software, previously implemented using the ray launching technique, to estimate the path lengths and time of arrival of signals from the mobile station to several radio base stations, and new software implementing terminal location methods using the Taylor linearization and the Chan methods. The simulation tools were tested in scenarios of simple geometry producing consistent results and showing that ray tracing can be a useful tool for simulation and development of location algorithms. The simulations allowed the investigation of location precision dependence on the number of radio bases employed and the evaluation of the estimation methods in visibility (LOS) and non- visibility (NLOS) conditions. The influence of base station antennas heights was also investigated.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho se propÃe a investigar e propor diferentes tÃcnicas de estimaÃÃo de canal de mÃltiplas entradas e mÃltiplas saÃdas (MIMO) para sistemas de comunicaÃÃo multiusuÃrio operando em regime de interferÃncia em cenÃrio de mÃltiplas cÃlulas. AtenÃÃo particular à dada ao caso onde as estaÃÃes rÃdio-base sÃo equipadas com arranjos de antenas apresentando grande quantidade de antenas, configurando o que se tem referido na literatura como sistemas de comunicaÃÃo MIMO de grande dimensÃo (VL-MIMO, do inglÃs: very large MIMO). Algumas destas tÃcnicas exploram as propriedades das grandes matrizes aleatÃrias e sÃo menos afetadas pela contaminaÃÃo de pilotos. Nesta dissertaÃÃo, os parÃmetros do canal VL-MIMO sÃo estimados a partir de uma decomposiÃÃo em autovalores (EVD, do inglÃs: eigenvalue-decomposition) da matriz de covariÃncia na saÃda do arranjo de antenas receptoras. Esta tÃcnica se mostra menos sensÃvel à presenÃa de interferÃncia do que outras que nÃo exploram propriedades especÃficas da matriz de canal VL-MIMO, como à o caso da soluÃÃo clÃssica dos mÃnimos quadrados (LS, do inglÃs: least-squares). Nesse contexto, propÃe-se ainda uma soluÃÃo para o fator de ambiguidade multiplicativa do mÃtodo baseado em EVD, utilizando um simples produto de Khatri-Rao. Na segunda parte desta dissertaÃÃo, as propriedades dos sistemas VL-MIMO sÃo empregadas num problema de localizaÃÃo de fontes, a fim de determinar a direÃÃo de chegada (DOA) dos sinais incidentes sobre o arranjo, provenientes da cÃlula em questÃo. Explorando o subespaÃo de representaÃÃo dos sinais interferentes, propÃe-se o uso de um algoritmo de classificaÃÃo de tipo MUSIC para estimar a matriz de canal de forma cega. O mÃtodo proposto converte os altos ganhos de resoluÃÃo dos arranjos VL-MIMO em capacidade de reduÃÃo de interferÃncia, podendo fornecer estimativas do canal adequadas, mesmo sob nÃveis fortes de interferÃncia e tambÃm em casos onde os sinais do usuÃrio desejado e dos interferentes sÃo altamente correlacionados espacialmente. Extensas campanhas de simulaÃÃo computacional foram realizadas, dandoum carÃter exploratÃrio a esta dissertaÃÃo no sentido de abranger diferentes cenÃrios e avaliar as tÃcnicas investigadas em comparaÃÃo com soluÃÃes jà consolidadas, permitindo assim a elaboraÃÃo de um panorama mais completo de caracterizaÃÃo dos problemas de estimaÃÃo de parÃmetros no caso VL-MIMO. / The aim of this dissertation is mainly to investigate and propose different channel estimation techniques for a multicell multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) communication system. Particular attention is payed to the case that is referred to as very large (VL) MIMO (VL-MIMO) arrays, where the base stations are equipped with a great (or even huge) number of antenna sensors. Some of these techniques exploit properties issued from the (large) Random Matrices Theory and are therefore less affected by the so-called pilot contamination effect. In this work, the parameters of the VL-MIMO channel are estimated from the eigenvalue decomposition (EVD) of the output covariance matrix of the receive antenna array. This technique is more robust to the interference of signals from other cells compared with methods that do not exploit the specific properties of the VL-MIMO channel matrix, which is the case of the classical least squares (LS) solution. In this context, this work also proposes a simpler way to resolve the scaling ambiguity remaining from the EVD-based method using the Khatri-Rao product. The second part of this dissertation exploits the VL-MIMO properties on a source localization problem, aiming to determine the direction of arrival (DoA) of the signals impinging on the antenna array from a given desired cell. Based on the subspace representation of the outer cell interference signals, we propose a new blind MUSIC-like classification algorithm to estimate the channel matrix. The proposed technique convert the high resolution gains of the VL-MIMO arrays into ability to reduce power of undesired signals, yielding good channel estimates even under high interference power levels, and including cases where desired and undesired signals are strongly correlated. Computer simulations have been done in order to cope with different situations and propagation scenarios, thus yielding an exploratory character to our research and allowing us to evaluate and assess the investigated algorithms, comparing them to consolidated solutions in order to establish a complete overview of the parameter estimation problem in the VL-MIMO case.

[pt] No cenário atual das telecomunicações móveis, os arranjos de antenas voltaram a receber grande atenção dos pesquisadores, especialmente quando esquemas adaptativos de modificação de seus diagramas de radiação são utilizados. Uma das aplicações que exploram o potencial dos arranjos de antenas é o seu uso como forma de aumentar consideravelmente a eficiência espectral dos sistemas móveis atuais e da próxima geração. A outra aplicação em evidência está voltada para sistemas de localização de posição, pois algumas das técnicas conhecidas envolvem a estimação de ângulos-de-chegada usando arranjos de antenas. Diante destas possibilidades, cresce em importância o estudo das variações do canal de propagação rádio móvel no domínio em que o uso dos arranjos de antenas atua: o espacial. O presente trabalho procura contribuir para o contexto em questão, com uma investigação experimental do canal real rádio-móvel nos domínios temporal (retardos) e espacial (ângulos-de-chegada). No que se refere ao contexto nacional, contribuições similares baseadas em simulações já são encontradas; baseadas em medidas não. Em particular, sondagens na faixa de 1,8 GHz em ambientes internos típicos foram realizadas. Duas técnicas distintas de sondagem temporalespacial foram implementadas, tomando por base uma sonda de canal faixa-larga montada e testada com sucesso, como contribuição principal de uma dissertação de mestrado recentemente apresentada por um integrante do mesmo grupo de pesquisa ao qual esta tese está vinculada. Uma das técnicas sintetiza o arranjo realizando as sondagens com uma única antena que é sucessivamente deslocada para ocupar as posições correspondentes às dos elementos do arranjo. A outra técnica emprega um arranjo real. Em ambas, a configuração mais simples para um arranjo foi utilizada: a linear uniforme. As sondagens não forneciam diretamente os espectros espaciais-temporais. As estimativas dos espectros foram processadas posteriormente, aplicando técnicas como o correlograma para o domínio do retardo, e quatro técnicas distintas para o domínio espacial, que foi o foco principal deste trabalho: duas convencionais; e duas paramétricas, com potencial de aumentar a resolução das estimativas, assumindo hipóteses razoáveis sobre as respostas esperadas. De posse das respostas espectrais estimadas, comparações com estimativas teóricas permitiram uma análise de desempenho das técnicas utilizadas. Adicionalmente à investigação experimental do canal espacial, procurou-se verificar o potencial da aplicação da teoria de wavelets ao estudo do canal rádiomóvel. Em especial, uma das principais aplicações daquela teoria foi testada como técnica de pós-processamento das respostas espectrais no domínio do retardo. A supressão de ruído por decomposição wavelet foi aplicada a um vasto conjunto de medidas de canal disponíveis, fruto de trabalhos anteriores do grupo de pesquisa ao qual esta tese está vinculada, com resultados expressivos. / [en] In the present mobile communications scenario, researchers have turned once again special attention to antennae arrays, particularly when adaptive schemes are employed to modify its radiation patterns. One of its main applications results in considerable increases to the spectral efficiency of present and next generation mobile systems. The other major application is headed towards position location systems, since some of the known techniques comprise angle-of-arrival estimation using antennae arrays. Under such possibilities, mobile radio propagation channel variations studies grow in relevance, specially regarding the antennae arrays main domain of action: the spatial domain. The present work tries to contribute to the overstated context, experimentally investigating the actual mobile radio channel over the temporal (delays) and spatial (angles of arrival) domains. Regionally speaking, similar contributions based on simulations are already found, but none based on measurements. In special, 1.8 GHz indoor soundings have been carried out. Two different temporal spatial sounding techniques have been deployed, based on na available wideband channel sounder successfully assembled and tested as the major contribution of a MSc. dissertation recently presented by a member of the same research team to which this thesis belongs. One of such techniques sinthesyzes the array carrying the sounding out with a single antenna, which is successively moved to occupy the spots corresponding to the array elements. The other method employs an actual array. For both cases, the simplest array configuration has been used: the uniform linear one. Space-time spectra were not directly available in real time during the soundings. Its estimates have been processed later, applying techniques such as the correlogram over the delay domain, and four distinct methods over the spatial domain, the main focus of the present work. Two conventional methods have been used, as well as two parametric ones, potentially capable to increase the estimates resolution, assuming reasonable hypotheses regarding the expected responses. With the estimated spectral responses in hands, comparisons with theoretical estimates allowed a performance assessment of the employed methods. In addition to the spatial channel experimental investigation, the wavelets theory potential of application to the mobile-radio channel study has been checked out. Notably, one of the wavelets theory major applications has been tested as a post-processing technique to improve delay-domain spectral responses. Wavelet decomposition based de-noising has been applied to a huge measurements ensemble, available as the product of previous works of the research group to which this thesis is attached, leading to remarkable results.