SILVA, C. F. M. Contemporary electromagnetic spectrum reuse techniques: tv white spaces and D2D communications. 128 f. 2015. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-29T12:13:57Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_cfmsilva.pdf: 8667655 bytes, checksum: a7e392b18bd01de3be64a22b8ff9906b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T14:31:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_cfmsilva.pdf: 8667655 bytes, checksum: a7e392b18bd01de3be64a22b8ff9906b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T14:31:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_cfmsilva.pdf: 8667655 bytes, checksum: a7e392b18bd01de3be64a22b8ff9906b (MD5) Previous issue date: 2015-12-12 / Over the last years, the wireless broadband access has achieved a tremendous success. With that, the telecommunications industry has faced very important changes in terms of technology, heterogeneity, kind of applications, and massive usage (virtual data tsunami) derived from the introduction of smartphones and tablets; or even in terms of market structure and its main players/actors. Nonetheless, it is well-known that the electromagnetic spectrum is a scarce resource, being already fully occupied (or at least reserved for certain applications). Tra- ditional spectrum markets (where big monopolies dominate) and static spectrum management originated a paradoxal situation: the spectrum is occupied without actually being used! In one hand, with the global transition from analog to digital Television (TV), part of the spectrum previously licensed for TV is freed and geographically interleaved, originating the consequent Television White Spaces (TVWS); on the other hand, the direct communications between devices, commonly referred as Device-to-Device (D2D) communications, are attracting crescent attention by the scientific community and industry in order to overcome the scarcity problem and satisfy the increasing demand for extra capacity. As such, this thesis is divided in two main parts: (a) Spectrum market for TVWS: where a SWOT analysis for the use of TVWS is performed giving some highlights in the directions/actions that shall be followed so that its adoption becomes effective; and a tecno-economic evaluation study is done considering as a use-case a typical European city, showing the potential money savings that operators may reach if they adopt by the use of TVWS in a flexible market manner; (b) D2D communications: where a neighbor discovery technique for D2D communications is proposed in the single-cell scenario and further extended for the multi-cell case; and an interference mitigation algorithm based on the intelligent selection of Downlink (DL) or Uplink (UL) band for D2D communications underlaying cellular networks. A summary of the principal conclusions is as follows: (a) The TVWS defenders shall focus on the promotion of a real-time secondary spectrum market, where through the correct implementation of policies for protection ratios in the spectrum broker and geo-location database, incumbents are protected against interference; (b) It became evident that an operator would recover its investment around one year earlier if it chooses to deploy the network following a flexible spectrum market approach with an additional TVWS carrier, instead of the traditional market; (c) With the proposed neighbor discovery technique the time to detect all neighbors per Mobile Station (MS) is significantly reduced, letting more time for the actual data transmission; and the power of MS consumed during the discovery process is also reduced because the main processing is done at the Base Station (BS), while the MS needs to ensure that D2D communication is possible just before the session establishment; (d) Despite being a simple concept, band selection improves the gains of cellular communications and limits the gains of D2D communications, regardless the position within the cell where D2D communications happen, providing a trade-off between system performance and interference mitigation. / Nos últimos anos, o acesso de banda larga atingiu um grande sucesso. Com isso, a indústria das telecomunicações passou por importantes transformações em termos de tecnologia, heterogeneidade, tipo de aplicações e uso massivo (tsunami virtual de dados) em consequência da introdução dos smartphones e tablets; ou até mesmo na estrutura de mercado e os seus principais jogadores/atores. Porém, é sabido que o espectro electromagnético é um recurso limitado, estando já ocupado (ou pelo menos reservado para alguma aplicação). O mercado tradicional de espectro (onde os grandes monopólios dominam) e o seu gerenciamento estático contribuíram para essa situação paradoxal: o espectro está ocupado mas não está sendo usado! Por um lado, com a transição mundial da Televisão (TV) analógica para a digital, parte do espectro anteriormente licenciado para a TV é libertado e geograficamente multiplexado para evitar a interferência entre sinais de torres vizinhas, dando origem a «espaços em branco» na frequência da TV ou Television White Spaces (TVWS); por outro lado, as comunicações diretas entre usuários, designadas por comunicações diretas Dispositivo-a-Dispositivo (D2D), está gerando um crescente interesse da comunidade científica e indústria, com vista a ultrapassar o problema da escassez de espectro e satisfazer a crescente demanda por capacidade extra. Assim, a tese está dividida em duas partes principais: (a) Mercado de espectro eletromagnético para TVWS: onde é feita uma análise SWOT para o uso dos TVWS, dando direções/ações a serem seguidas para que o seu uso se torne efetivo; e um estudo tecno-econômico considerando como cenário uma típica cidade Europeia, onde se mostram as possíveis poupanças monetárias que os operadores conseguem obter ao optarem pelo uso dos TVWS num mercado flexível; (b) Comunicações D2D: onde uma técnica de descoberta de vizinhos para comunicações D2D é proposta, primeiro para uma única célula e mais tarde estendida para o cenário multi-celular; e um algoritmo de mitigação de interferência baseado na seleção inteligente da banda Ascendente (DL) ou Descendente (UL) a ser reusada pelas comunicações D2D que acontecem na rede celular. Um sumário das principais conclusões é o seguinte: (a) Os defensores dos TVWS devem-se focar na promoção do mercado secundário de espectro electromagnético, onde através da correta implementação de politicas de proteção contra a interferência no broker de espectro e na base de dados, os usuários primário são protegidos contra a interferência; (b) Um operador consegue recuperar o seu investimento aproximadamente um ano antes se ele optar pelo desenvolvimento da rede seguindo um mercado secundário de espectro com a banda adicional de TVWS, em vez do mercado tradicional; (c) Com a técnica proposta de descoberta de vizinhos, o tempo de descoberta por usuário é significativamente reduzido; e a potência consumida nesse processo é também ela reduzida porque o maior processamento é feito na Estação Rádio Base (BS), enquanto que o usuário só precisa de se certificar que a comunicação direta é possível; (d) A seleção de banda, embora seja um conceito simples, melhora os ganhos das comunicações celulares e limita os das comunicações D2D, providenciando um compromisso entre a performance do sistema e a mitigação de interferência.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-05T19:41:36Z No. of bitstreams: 1 2015_VictorHugoLázaroLopes.pdf: 1655014 bytes, checksum: 007f72392e42811d0c4aa675857eab5c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-19T18:36:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_VictorHugoLázaroLopes.pdf: 1655014 bytes, checksum: 007f72392e42811d0c4aa675857eab5c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-19T18:36:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_VictorHugoLázaroLopes.pdf: 1655014 bytes, checksum: 007f72392e42811d0c4aa675857eab5c (MD5) / Embora as faixas do espectro eletromagnético destinadas às aplicações do grande público estejam quase todas licenciadas, estudos realizados revelam que o espectro é subutilizado. Tendo em vista que o sensoriamento de espectro é a principal funcionalidade que habilita as redes de rádios cognitivos (RC) a usarem as melhores oportunidades no espectro, diversos esforços têm sido empregados buscando-se melhorar o compromisso entre sensoriamento da rede primária e capacidade de transmissão da rede secundária, de forma a superar as limitações das abordagens clássicas, tal como o sensoriamento serial, que requer a interrupção da transmissão para a realização do sensoriamento. Neste sentido, este trabalho apresenta um método de sensoriamento de espectro contínuo e paralelo à transmissão para redes de rádios cognitivos MIMO, em que havendo múltiplos usuários primários (UPs) e usuários secundários (USs) transmitindo no mesmo canal de interesse, os sinais recebidos dos USs possam ser cancelados da matriz de sinais recebidos, com o emprego das técnicas dos mínimos quadrados (Least Squares - LS) e análise de componentes independentes (Independent Component Analysis - ICA), que realizam a completa estimação dos sinais dos múltiplos usuários secundários transmissores, possibilitando o cancelamento destes sinais antes deles chegarem ao detector de energia. Este trabalho demonstra que em ambientes de redes de RCs, nos quais o sensoriamento ocorre de forma paralela à transmissão, a existência de outros usuários secundários transmitindo no canal de interesse gera complicações na detecção dos usuários primários, e que este problema pode ser contornado com o uso das técnicas de cancelamento aqui descritas. Para validar o sistema proposto, simulações foram realizadas utilizando-se o método de Monte Carlo, de forma a verificar o desempenho do sensoriamento após o cancelamento dos sinais dos secundários, em diversos cenários, para cada uma das técnicas empregadas. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Although the electromagnetic spectrum bands intended for applications from the general public have been almost all licensed, studies show that spectrum is under-utilized. Considering that spectrum sensing is the main feature that enables the cognitive radio networks (CR) to use the best opportunities in the spectrum, various efforts have been employed seeking to improve the compromise between the primary network sensing and transmission capacity of the secondary network, in order to overcome the limitations of traditional approaches, such as the serial sensing, which requires the interruption of the transmission to perform the sensing. In this sense, this work presents a method of continous spectrum sensing and parallel to the transmission for MIMO cognitive radio networks, in which having multiple primary users (PUs) and secondary users (SUs) transmitting on same channel of interest, the received signals of SUs they can be canceled from the matrix of received signals, by employing of the techniques of Least Squares (LS) and Independent Component Analysis (ICA), that perform a complete estimation of signals from multiple transmitters secondary users, enabling the cancellation of these signals before they reach the energy detector. This work demonstrates that in RC network environments, in which sensing occurs parallel to the transmission, the existence of other secondary users transmitting on the channel of interest creates complications in the detection of the primary users, and that this problem can be solved with the use of cancellation techniques described here. To validate the proposed system, simulations were performed using the Monte Carlo method, in order to check the performance of sensing after cancellation of signals of the secondary users, in various scenarios, by each of the employed techniques.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-07T18:53:34Z No. of bitstreams: 1 TELES DE SALES BEZERRA - DISSERTAÇÃO PPGCC 2017..pdf: 20064982 bytes, checksum: 40cc1a5d9429d5090373078fb560639d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-07T18:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TELES DE SALES BEZERRA - DISSERTAÇÃO PPGCC 2017..pdf: 20064982 bytes, checksum: 40cc1a5d9429d5090373078fb560639d (MD5) Previous issue date: 2017-12-21 / Capes / Os Sistemas de Comunicações móveis sem fio estão em uma crescente em relação a demanda por infraestrutura de comunicação, explicado pelo aumento do fornecimento de serviços aos usuários nas últimas décadas. Um dos recursos que está em escassez é o uso da banda, em que diversas técnicas tentam reutilizá-la, na tratativa de aumentar a disponibilidade de uso do espectro. Uma das opções de expansão do espectro, e consequentemente dos atuais serviços de redes móveis é o uso de outras faixas do espectro eletromagnético, que ainda não eram utilizadas nas comunicações móveis, como as ondas milimétricas. As comunicações que operam nas faixas de ondas milimétricas enfrentam obstáculos técnicos, como a necessidade de evolução de equipamentos específicos, problemas de cobertura e o quanto esses aspectos afetam a Qualidade de Serviço (QoS), em resumo, a viabilidade da comunicação requer uma avaliação cuidadosa. Há receio de que comunicações por ondas milimétricas sejam muito menos favoráveis que o uso de espectros mais usuais, principalmente nos problemas relacionados a cobertura. Projetistas de redes contam com diversas ferramentas para prever as características do ambiente, com o intuito de prever dificuldades na cobertura de sinal, para isso, fazem uso de modelos de previsão de perdas. Neste trabalho foi realizado um estudo sobre os problemas de cobertura e propagação de ondas milimétricas em ambientes urbanos fechados, sendo um prédio de escritórios e um shopping center. Para tanto, foram utilizados diversos modelos de previsão de perdas, a partir dos quais foi possível identificar que mesmo com o uso de modelos de perdas recomendados para ondas milimétricas, a minimização dos erros na predição é pequena, e comparada com modelos genéricos. / Wireless Mobile Communications Systems are on the rise in demand for resources, explained by the increased provision of services to users over the past few decades. One of the resources that is in shortage is the use of the band, in which several techniques try to reuse it, in the attempt to increase the availability of use of the spectrum. One of the options for spectrum expansion, and consequently of current mobile network services, is the use of other bands in the electromagnetic spectrum that were not yet used in mobile Communications such as millimeter waves. Communications that operate in the millimeter wave bands face technical obstacles, such as the need to evolve specific equipment, coverage problems and how these aspects affect Quality of Service, in short, the viability of communication requires a careful evaluation. There are fears that millimeter-wave Communications are far less favorable than the use of more usual spectra, especially in coverage-related problems. Network designers rely on several tools to predict the characteristics of the environment, in order to predict difficulties in signal coverage. For this, they use loss prediction models. In this work was carried out a study on the problems of coverage and propagation of millimeter waves in closed urban environments, being an office building and a shopping center. For this, several loss prediction models were used, through which we can identify that even with the use of recommended loss models for millimeter waves, the minimization of prediction errors is small, and compared with generic models.