Una de las principales interrogantes en la minería corresponde a la estimación del recurso geológico que, en la etapa evaluativa, determina la cantidad de reservas y condiciona el potencial económico del yacimiento. La predicción de corto plazo resulta problemática cuando sólo se cuenta con datos de largo plazo. El objetivo general del presente trabajo de título es diseñar y evaluar un algoritmo que simule la extracción de un banco, prediciendo la variabilidad de la ley de alimentación a planta para distintos modelos geoestadísticos. Para ello, se define una metodología para simular la extracción y se implementa una rutina computacional acorde a la metodología propuesta. La primera parte del trabajo consiste en una descripción del formalismo geoestadístico, técnicas de estimación y simulación geoestadística. Además, se hace una revisión bibliográfica de lo realizado en cuanto a planificación minera, modelos de leyes que incorporan información de corto y largo plazo y estudios sobre simulación de la extracción. Se continúa presentando la metodología desarrollada para simular la extracción de un banco minero y cómo se aplica ésta para estudiar la capacidad de distintos métodos geoestadísticos de largo plazo para predecir la variabilidad de alimentación a planta en el corto plazo. Finalmente, se desarrolla un caso de estudio para aplicar la metodología propuesta, utilizando datos reales de una mina a cielo abierto de cobre. Si bien la metodología propuesta para simular la extracción resulta ser una solución simplificada del problema, es capaz de reproducir los rasgos más importantes de la extracción real. Se concluye que la capacidad predictiva mostrada por kriging ordinario utilizando datos de largo plazo es muy inferior a la capacidad predictiva expuesta por la simulación mediante el método secuencial Gaussiano, con y sin incorporación de estadísticas de múltiples puntos. Asimismo, el estudio no muestras pruebas concluyentes de una superioridad en la capacidad predictiva entre la simulación secuencial Gaussiana tradicional y la simulación secuencial Gaussiana que incorpora estadísticas de múltiples puntos.

Made available in DSpace on 2015-05-15T11:46:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 816279 bytes, checksum: 28c5081e37dbd539abb463a0ed89b87c (MD5) Previous issue date: 2012-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this paper we studied surfaces with constant mean curvature and surfaces with constant Gaussian curvature in the Sol space which are invariant under the action of two one-parameter subgroups of isometries of the ambient space. Furthermore, we classify the surfaces that satisfy a relationship of type k1 = mk2, where k1 and k2 are the principal curvatures of the surface and m ∈ R. / O presente trabalho aborda um estudo das superfícies com curvatura média constante e das superfícies com curvatura Gaussiana constante no espaço Sol que são invariantes sob a ação de dois grupos a 1-parâmetro de isometrias do espaço ambiente. Além disso, classificamos as superfícies que satisfazem uma relação do tipo k1 = mk2, onde k1 e k2 são as curvaturas principais da superfície e m ∈ R.

In x-ray imaging, the x-ray radiation must be the minimum necessary to achieve the required diagnostic objective, to ensure the patients safety. However, low-dose acquisitions yield images with low quality, which affect the radiologists image interpretation. Therefore, there is a compromise between image quality and radiation dose. This work proposes an image restoration framework capable of restoring low-dose acquisitions to achieve the quality of full-dose acquisitions. The contribution of the new method includes the capability of restoring images with quantum and electronic noise, pixel offset and variable detector gain. To validate the image processing chain, a simulation algorithm was proposed. The simulation generates low-dose DBT projections, starting from fulldose images. To investigate the feasibility of reducing the radiation dose in breast cancer screening programs, a simulated pre-clinical trial was conducted using the simulation and the image processing pipeline proposed in this work. Digital breast tomosynthesis (DBT) images from 72 patients were selected, and 5 human observers were invited for the experiment. The results suggested that a reduction of up to 30% in radiation dose could not be perceived by the human reader after the proposed image processing pipeline was applied. Thus, the image processing algorithm has the potential to decrease radiation levels in DBT, also decreasing the cancer induction risks associated with the exam. / Em programas de rastreamento de câncer de mama, a dose de radiação deve ser mantida o mínimo necessário para se alcançar o diagnóstico, para garantir a segurança dos pacientes. Entretanto, imagens adquiridas com dose de radiação reduzida possuem qualidade inferior. Assim, existe um equilíbrio entre a dose de radiação e a qualidade da imagem. Este trabalho propõe um algoritmo de restauração de imagens capaz de recuperar a qualidade das imagens de tomossíntese digital mamária, adquiridas com doses reduzidas de radiação, para alcançar a qualidade de imagens adquiridas com a dose de referência. As contribuições do trabalho incluem a melhoria do modelo de ruído, e a inclusão das características do detector, como o ganho variável do ruído quântico. Para a validação a cadeia de processamento, um método de simulação de redução de dose de radiação foi proposto. Para investigar a possibilidade de redução de dose de radiação utilizada na tomossíntese, um estudo pré-clínico foi conduzido utilizando o método de simulação proposto e a cadeia de processamento. Imagens clínicas de tomossíntese mamária de 72 pacientes foram selecionadas e cinco observadores foram convidados para participar do estudo. Os resultados sugeriram que, após a utilização do processamento proposto, uma redução de 30% de dose de radiação pôde ser alcançada sem que os observadores percebessem diferença nos níveis de ruído e borramento. Assim, o algoritmo de processamento tem o potencial de reduzir os níveis de radiação na tomossíntese mamária, reduzindo também os riscos de indução do câncer de mama.

Robust state estimation solutions must deal with faulty measurements, called outliers, and unknown data associations, which lead to multiple feasible hypotheses. Take, for instance, the scenario of tracking two indistinguishable targets based on position measurements, where each measurement could refer to either of the targets or even be a faulty reading. Common estimation methods model the state as having a unimodal distribution, so they are called unimodal methods. Likewise, multimodal methods model the state as a multimodal distribution. Difficult problems, such as autonomous underwater vehicle (AUV) navigation relying on acoustic localization, frequently involve recurring outliers. In these situations, the correct hypothesis only emerges as the most likely one when a substantial number of measurements are considered. Robust solutions for these problems need to consider multiple hypotheses simultaneously, which, in turn, calls for the representation of multimodal distributions. In this work, a novel approximate inference method is presented, called the Gaussian mixture sum-product algorithm (GM-SPA), as it implements the sum-product algorithm (SPA) for Gaussian mixtures. The GM-SPA can exactly represent under-constrained linear measurements and approximate important non-linear models, such as range measurements and 2D pose kinematics. The outlier robustness of the GM-SPA is tested and compared against the particle filter (PF) and multimodal incremental smoothing and mapping (MMiSAM), both of which are non-parametric methods. Robustness, accuracy, and run-time are improved in simulation tests. The test problems include 1D localization with unknown data association, 3D linear target tracking with correlated outliers, and 2D range-only pose estimation with Gaussian mixture noise. / Robusta lösningar för tillståndsuppskattning måste kunna hantera felaktiga mätningar, så kallade outliers, och okända dataassociationer, vilket leder till flera möjliga hypoteser. Ta till exempel scenariot att spåra två likadana mål baserat på positionsmätningar, där varje mätning kan tillhöra något av målen eller till och med vara en felaktig avläsning. Vanliga skattningsmetoder modellerar tillståndet som en unimodal fördelning, och kallas därför unimodala metoder. På samma sätt modellerar multimodala metoder tillståndet som en multimodal fördelning. Svåra problem, som navigering av autonoma undervattensfarkoster (AUV) med hjälp av akustisk lokalisering, involverar ofta upprepade outliers. I dessa situationer framstår den korrekta hypotesen som den mest sannolika först när ett stort antal mätningar beaktas. Robusta lösningar för dessa problem måste ta hänsyn till flera hypoteser samtidigt, vilket i sin tur kräver representation av multimodala fördelningar. I detta arbete presenteras en ny approximativ inferensmetod, kallad Gaussian mixture sum-product algorithm (GM-SPA), eftersom den implementerar sum-product algorithm (SPA) för gaussiska blandningar. GM-SPA kan representera underbegränsade linjära mätningar exakt och approximera viktiga icke-linjära modeller, till exempel avståndsmätningar eller 2D-posekinematik. GM-SPA:s robusthet mot outliers testas och jämförs med partikelfiltret (PF) och multimodal incremental smoothing and mapping (MM-iSAM), som båda är icke-parametriska metoder. Robusthet, noggrannhet och körtid förbättras i simuleringstester. Simulerade tester inkluderar 1D-lokalisering med okänd dataassociation, 3D linjär målföljning med korrelerade outliers och 2D-ställningsuppskattning av endast räckvidd med Gaussiskt blandningsljud. / Soluções robustas para estimação de estado devem lidar com medidas defeituosas, chamadas de outliers, e com associações de dados desconhecidas, que levam a múltiplas hipóteses possíveis. Considere-se, por exemplo, o cenário de rastreamento de dois alvos indistinguíveis com base em medidas de posição, em que cada medida pode-se referir a qualquer um dos alvos ou até mesmo ser uma leitura defeituosa. Métodos de estimação comuns modelam o estado como tendo uma distribuição unimodal, sendo assim chamados de métodos unimodais. Da mesma forma, métodos multimodais modelam o estado como uma distribuição multimodal. Problemas difíceis, como a navegação de veículos subaquáticos autónomos (AUVs) baseada em localização acústica, frequentemente envolvem outliers recorrentes. Nestas situações, a hipótese correta apenas surge como a mais provável quando um número substancial de medidas é considerado. Soluções robustas para estes problemas precisam de considerar múltiplas hipóteses simultaneamente, o que, por sua vez, exige a representação de distribuições multimodais. Neste trabalho, é apresentado um novo método de inferência aproximada, chamado Gaussian mixture sum-product algorithm (GM-SPA), pois implementa o sum-product algorithm (SPA) para misturas Gaussianas. O GM-SPA pode representar exatamente medidas lineares sub-determinadas e aproximar modelos não lineares importantes, como medidas de distância e cinemática de pose 2D. A robustez a outliers do GM-SPA é testada e comparada com o filtro de partículas (PF) e com multimodal incremental smoothing and mapping (MM- -iSAM), ambos métodos não-paramétricos. A robustez, a exatidão e o tempo de execução em testes de simulação são melhorados. Os problemas de teste incluem localização 1D com associação de dados desconhecida, rastreamento linear de alvos em 3D com outliers correlacionados e estimação de pose 2D com base em medidas de distância com ruído de mistura Gaussiana.

[ES] En la presente tesis se construyen modelos matemáticos para el análisis de tiempos de respuesta (TR) a estímulos visuales en experimentos informatizados. Es conocido que existe una correlación estrecha entre los tiempos de reacción y diversos trastornos cognitivos, tales como el Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad (TDAH). Sin embargo, no existe consenso en la explicación de estas correlaciones. Una primera aportación, más práctica, de este trabajo, es el desarrollo de una metodología para la clasificación de un grupo coetáneo de niños en edad escolar. La función ex-Gaussiana, originada por la convolución entre una Gaussiana y una exponencial decreciente, se utiliza para representar las funciones de distribución empíricas de tiempos de respuesta. La metodología de clasificación propuesta utiliza las distribuciones de los parámetros de la ex-Gaussiana mu, sigma y tau en una muestra de 168 niños, así como la distribución de la moda, obtenida de las distribuciones empíricas de los TR. También utiliza diferentes definiciones de norma del vector de componentes (mu, sigma, tau) también analizado en la muestra. Entre los criterios utilizados para detectar los niños más alejados de un comportamiento normativo y, por tanto, con mayor probabilidad de tener algún trastorno cognitivo, se encuentra, por ejemplo, el porcentaje medio de prevalencia mundial de TDAH (7 %) y el hecho de que los niños con alteraciones cognitivas presentan respuestas más lentas o más rápidas pero con un mayor número de errores. En una segunda parte de la tesis, con un marcado aporte teórico, se analizan las correlaciones existentes entre los tiempos de respuesta de los participantes. Se ha aplicado una metodología propia basada en la transformada rápida de Fourier de las series temporales de las respuestas de los niños a lo largo de estímulos consecutivos y un análisis de correlaciones basado en la Entropía de Shannon espectral (por frecuencia). Los resultados obtenidos son muy novedosos, ya que se evidencia una correlación elevada entre las respuestas de los niños, aun cuando han hecho los experimentos de manera totalmente independiente. A partir de la evidencia empírica de la existencia de correlaciones entre las series temporales de las respuestas de los niños, lo que apunta hacia la existencia de una colectividad, se propone un modelo inspirado en la Física para entender y explicar las correlaciones. Específicamente, se demuestra la existencia de un paralelismo entre las partículas independientes de un gas ideal y los cerebros de los niños, que serían, en última instancia, los que generan las respuestas observables. La distribución de Maxwell-Boltzmann, conocida en Física por describir la distribución de velocidades de un Gas Ideal en equilibrio termodinámico, emerge del análisis de los tiempos de respuesta, en términos de los momentos de las funciones ex-Gaussianas que los representan. La posibilidad de contar con una función de distribución de probabilidades, que describa el comportamiento natural de una colectividad, ofrece muchas posibilidades de aplicación en diferentes áreas. Una de ellas es la posibilidad de clasificar a los individuos con respecto al grupo natural al que pertenecen. Las implicaciones de las aportaciones conceptuales de esta tesis se discuten al final, donde se comenta la continuidad de este trabajo. / [CA] En la present tesi es construeixen models matemàtics per a l'anàlisi de temps de resposta (TR) a estímuls visuals en experiments informatitzats. És conegut que existeix una correlació estreta entre els temps de reacció i diversos trastorns cognitius, com ara el Trastorn per Dèficit d'Atenció i Hiperactivitat (TDAH). No obstant això, no existeix consens en l'explicació d'aquestes correlacions. Una primera aportació, més pràctica, d'aquest treball, és el desenvolupament d'una metodologia per a la classificació d'un grup coetani de xiquets en edat escolar. La funció ex-Gaussiana, originada per la convolució entre una Gaussiana i una exponencial decreixent, s'utilitza per a representar les funcions de distribució empíriques de temps de resposta. La metodologia de classificació proposada utilitza les distribucions dels paràmetres de la ex-Gaussiana mu, sigma i tau en una mostra de 168 xiquets, així com la distribució de la moda, obtinguda de les distribucions empíriques dels TR. També utilitza diferents definicions de norma del vector de components (mu, sigma, tau), també analitzat en la mostra. Entre els criteris utilitzats per a detectar els xiquets més allunyats d'un comportament normatiu i, per tant, amb major probabilitat de tenir algun trastorn cognitiu, es troba, per exemple, el percentatge mitjà de prevalença mundial de TDAH (7%) i el fet que els xiquets amb alteracions cognitives presenten respostes més lentes o més ràpides però amb un major nombre d'errors. En una segona part de la tesi, amb una marcada aportació teòrica, s'analitzen les correlacions existents entre els temps de resposta dels participants. S'ha aplicat una metodologia pròpia basada en la transformada ràpida de Fourier de les sèries temporals de les respostes dels xiquets al llarg d'estímuls consecutius i una anàlisi de correlacions basat en l'Entropia de Shannon espectral (per freqüència). Els resultats obtinguts són molt nous, ja que, s'evidencia una correlació elevada entre les respostes dels xiquets, tot i que han fet els experiments de manera totalment independent. A partir de l'evidència empírica de l'existència de correlacions entre les sèries temporals de les respostes dels xiquets, la qual cosa apunta cap a l'existència d'una col·lectivitat, es proposa un model inspirat en la Física per a entendre i explicar les correlacions. Específicament, es demostra l'existència d'un paral·lelisme entre les partícules independents d'un gas ideal i els cervells dels xiquets, que serien, en última instància, els que generen les respostes observables. La distribució de Maxwell-Boltzmann, coneguda de la Física per descriure la distribució de velocitats d'un Gas Ideal en equilibri termodinàmic, emergeix de l'anàlisi dels temps de resposta, en termes dels moments de les funcions ex-Gaussianas que els representen. La possibilitat de comptar amb una funció de distribució de probabilitats, que descriga el comportament natural d'una col·lectivitat, ofereix moltes possibilitats d'aplicació en diferents àrees. Una d'elles és la possibilitat de classificar als individus respecte al grup natural al qual pertanyen. Les implicacions de les aportacions conceptuals d'aquesta tesi es discuteixen al final, on es comenta la continuïtat d'aquest treball. / [EN] Mathematical models are built to analyse response time data to visual stimuli in computerized experiments. The actual correlation between reaction times and cognitive disorders, such as Attention Deficit Hyperactivity (ADHD) disorder, is well known in the literature. However, there is no clear consensus about how to explain this correlation. A first practical contribution of this work is a classification methodology of a coetaneous group of school-aged children. The ex-Gaussian function, originated by the convolution of a Gaussian and an exponential decay functions is used to represent the experimental probability distributions of reaction times. The classification methodology proposed in this work utilizes the probability distributions of the ex-Gaussian parameters mu, sigma and tau across a sample of 168 children, as well as the mode of the empirical probability distributions of the reaction times. Also, some definitions of the norm of the vector with components (mu, sigma, tau) are used. The detection of those children who lie furthest from the normative behaviour, and then, are more likely to suffer a cognitive disorder is performed by including the following criteria: the world prevalence percentage of ADHD (7 %) and the fact that children with this disorder show slower and faster responses. In the case of the fast responses, they should be given along with a higher rate of mistakes. In a second part of this work more conceptual contributions are provided. The evidenced correlations between the children's responses along consecutive visual stimuli are analysed by using the fast Fourier transform and the Shannon's Entropy in spectral form (per frequency). The outcome is surprising as correlations among the children are manifested, even when they carry out the experiments independently. This fact strongly suggests the existence of a collective of children. In order to gain insights into this finding, a Physics-inspired model is proposed. Specifically, the results indicate the existence of a parallelism between the independent particles forming an Ideal Gas and the group of individuals. Then, the Maxwell-Boltzmann distribution of the velocities of the particles of an Ideal Gas, emerges here when the moments of the ex-Gaussian distributions are considered across the sample. This opens many possibilities of applications in different fields as a natural distribution of the response times of the collective is available. For instance, the behaviour of an individual in relation to the natural group it belongs to can be known. The potential applications and impact of these developments are included at the end of this work where the continuity of this work is commented. / Hernaiz Guijarro, M. (2021). Tiempos de respuesta a estímulos visuales: vinculando el comportamiento individual y colectivo a través de las leyes de la Física [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168120

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:15:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EliangelaPB_DISSERT.pdf: 614353 bytes, checksum: 050737d0ef158e6082d81254619adac0 (MD5) Previous issue date: 2011-09-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Considering a non-relativistic ideal gas, the standard foundations of kinetic theory are investigated in the context of non-gaussian statistical mechanics introduced by Kaniadakis. The new formalism is based on the generalization of the Boltzmann H-theorem and the deduction of Maxwells statistical distribution. The calculated power law distribution is parameterized through a parameter measuring the degree of non-gaussianity. In the limit = 0, the theory of gaussian Maxwell-Boltzmann distribution is recovered. Two physical applications of the non-gaussian effects have been considered. The first one, the -Doppler broadening of spectral lines from an excited gas is obtained from analytical expressions. The second one, a mathematical relationship between the entropic index and the stellar polytropic index is shown by using the thermodynamic formulation for self-gravitational systems / Considerando um g?s ideal n?o relativ?stico, os fundamentos da teoria cin?tica padr?o s?o investigados no contexto da mec?nica estat?stica n?o-gaussiana introduzida por Kaniadakis. O novo formalismo ? baseado na generaliza??o do teorema-H de Boltzmann e na dedu??o de Maxwell da distribui??o estat?stica. A distribui??o lei de pot?ncia calculada ? parametrizada por um par?metro medindo o grau de n?o-gaussianidade do sistema. No limite = 0, a teoria gaussiana de Maxwell-Boltzmann ? recuperada. Duas aplica??es dos efeitos n?o-gaussiano s?o estudados. Na primeira, o -alargamento Doppler das linhas espectrais de um g?s excitado ? obtido a partir das express?es anal?ticas. Na segunda, uma rela??o matem?tica entre o ?ndice entr?pico e o ?ndice politr?pico estelar ? mostrada usando uma formula??o termodin?mica para sistemas autogravitantes

The continuous evolution of the optical communication technology in the last few years has allowed the growing users demand for higher bandwidth to be satisfactorily attended. This new demand is mainly attributed to the growing popularity of bandwidth-intensive networking applications, such as Internet protocol television (IPTV), high-definition television (HDTV), e-learning, e-health, super high-definition (SHD) class digital movies, and e-culture based on 3-D full-HD video. These applications will eventually require differentiated service types and diversified data rates. As a result, capability of supporting differentiated-quality of service (QoS) and multirate transmission are becoming a challenge for future optical networks. Among many multiplexing techniques, optical code-division multiple-access (OCDMA) constitutes a potential candidate for next generation optical networks, particularly due to features like asynchronous operation, simplified network control, easy addition of new users, and possibility of differentiated-QoS at the physical layer. The performance of this access technique is mainly limited by multiple-access interference (MAI). Although in multirate, multiservice OCDMA systems MAI is considered to be binomially distributed, others probability distributions for the MAI analyzes and consequently the bit error rate (BER) have been used as an approximation. In this context, this dissertation proposes a new formalism to evaluate the BER performance of 1-D and 2-D multirate, multiservice OCDMA systems considering MAI as binomially distributed, resulting in a more accurate BER expression. Also, the proposed approach does not require knowledge a priori of the generated code sequences themselves, which means that the system performance analysis is achieved more easily using only the code parameters. Furthermore, a multirate OCDMA system employing 1-D optical orthogonal code (OOC) and 2-D optical fast frequency hopping (OFFH) codes is also investigated. A performance comparison in terms of BER for the OOC-based system assuming both Poisson and binomial distribution for the MAI is investigated. A further comparison of an OFFH-based multirate system assuming both gaussian and binomial distribution for the MAI is also analyzed. It is shown that BER performance in multirate scenarios can be overestimated or underestimated by many orders of magnitude depending on the assumed distribution for the MAI and on the number of simultaneous users. Moreover, it is presented for the first time a hybrid OCDM/WDM optical packet switch capable of supporting multirate and differentiated-QoS transmission. The architecture of the proposed multirate switch and its performance in terms of packet loss probability are also presented. Finally, it is shown that using a gaussian or Poisson distribution for the MAI might not be appropriate for a reliable BER estimate, since they are not acceptable approximations to assess the performance of multirate, multiservice systems with good accuracy. / A contínua evolução da tecnologia de comunicações ópticas observada nos últimos anos vem possibilitando atender a crescente demanda dos usuários por maior largura de banda. Esta nova demanda é atribuída principalmente à popularidade crescente de aplicações de banda larga, tais como TV por protocolo de Internet (IPTV), televisão de alta definição (HDTV), ensino online, e-saúde, filmes digitais de super alta definição (SHD) e e-cultura baseado em vídeo 3-D full-HD. Esta vasta gama de aplicações acabará por necessitar de tipos de serviços diferenciados e taxas de transmissão de dados diversificadas. Como resultado, capacidades de suportar diferenciamento de qualidade de serviço (QoS) e transmissão de múltiplas taxas estão se tornando um desafio para as redes ópticas futuras. Dentre muitas técnicas de multiplexação existentes, OCDMA constitui-se em um candidato potencial para as redes ópticas de próxima geração, particularmente devido a características como operação assíncrona, controle de rede simplificada, fácil adição de novos usuários, e também possibilidade de QoS diferenciado na camada física. O desempenho desta técnica de acesso múltiplo é limitado principalmente por interferência múltipla de acesso (MAI). Embora em sistemas OCDMA de múltiplas taxas e multiserviços a MAI deva ser considerada binomialmente distribuída, outras distribuições de probabilidade para a análise da MAI e, consequentemente, da BER têm sido utilizadas como uma aproximação. Neste contexto, este trabalho propõe um novo formalismo para avaliar o desempenho da BER de sistemas OCDMA 1-D e 2-D de múltiplas taxas e multisserviços considerando a MAI como binomialmente distribuída, o que resulta em uma expressão mais precisa para a BER. Além disso, o método proposto neste trabalho não requer conhecimento, a priori, das sequências de códigos geradas, o que significa que a análise do desempenho do sistema é obtida mais facilmente utilizando apenas os parâmetros do código. Um sistema OCDMA de múltiplas taxas empregando códigos 1-D OOC e 2-D OFFH será também investigado. Uma comparação do desempenho em termos de BER para o sistema baseado em OOC supondo tanto a distribuição de Poisson quanto a binomial para a MAI é investigada. De forma análoga, uma comparação para o sistema de múltiplas taxas baseado em OFFH supondo desta vez tanto a distribuição gaussiana quanto a binomial para a MAI também é analisada. É mostrado que a BER em cenários de múltiplas taxas pode ser superestimada ou subestimada em várias ordens de grandeza, dependendo da distribuição suposta para a MAI e do número de usuários simultâneos no sistema. Além disso, é apresentado pela primeira vez um switch óptico híbrido de pacotes OCDM/WDM capaz de prover transmissões de múltiplas taxas e serviços diferenciados. A arquitetura do switch proposto e seu desempenho em termos de probabilidade de perda de pacotes também são apresentados. Finalmente, é mostrado que o uso da distribuição gaussiana ou poissoniana para a MAI pode não ser apropriado para uma estimativa confiável de BER, uma vez que não são aproximações aceitáveis para avaliar o desempenho de sistemas de múltiplas taxas e multiserviços com boa precisão.

The continuous evolution of the optical communication technology in the last few years has allowed the growing users demand for higher bandwidth to be satisfactorily attended. This new demand is mainly attributed to the growing popularity of bandwidth-intensive networking applications, such as Internet protocol television (IPTV), high-definition television (HDTV), e-learning, e-health, super high-definition (SHD) class digital movies, and e-culture based on 3-D full-HD video. These applications will eventually require differentiated service types and diversified data rates. As a result, capability of supporting differentiated-quality of service (QoS) and multirate transmission are becoming a challenge for future optical networks. Among many multiplexing techniques, optical code-division multiple-access (OCDMA) constitutes a potential candidate for next generation optical networks, particularly due to features like asynchronous operation, simplified network control, easy addition of new users, and possibility of differentiated-QoS at the physical layer. The performance of this access technique is mainly limited by multiple-access interference (MAI). Although in multirate, multiservice OCDMA systems MAI is considered to be binomially distributed, others probability distributions for the MAI analyzes and consequently the bit error rate (BER) have been used as an approximation. In this context, this dissertation proposes a new formalism to evaluate the BER performance of 1-D and 2-D multirate, multiservice OCDMA systems considering MAI as binomially distributed, resulting in a more accurate BER expression. Also, the proposed approach does not require knowledge a priori of the generated code sequences themselves, which means that the system performance analysis is achieved more easily using only the code parameters. Furthermore, a multirate OCDMA system employing 1-D optical orthogonal code (OOC) and 2-D optical fast frequency hopping (OFFH) codes is also investigated. A performance comparison in terms of BER for the OOC-based system assuming both Poisson and binomial distribution for the MAI is investigated. A further comparison of an OFFH-based multirate system assuming both gaussian and binomial distribution for the MAI is also analyzed. It is shown that BER performance in multirate scenarios can be overestimated or underestimated by many orders of magnitude depending on the assumed distribution for the MAI and on the number of simultaneous users. Moreover, it is presented for the first time a hybrid OCDM/WDM optical packet switch capable of supporting multirate and differentiated-QoS transmission. The architecture of the proposed multirate switch and its performance in terms of packet loss probability are also presented. Finally, it is shown that using a gaussian or Poisson distribution for the MAI might not be appropriate for a reliable BER estimate, since they are not acceptable approximations to assess the performance of multirate, multiservice systems with good accuracy. / A contínua evolução da tecnologia de comunicações ópticas observada nos últimos anos vem possibilitando atender a crescente demanda dos usuários por maior largura de banda. Esta nova demanda é atribuída principalmente à popularidade crescente de aplicações de banda larga, tais como TV por protocolo de Internet (IPTV), televisão de alta definição (HDTV), ensino online, e-saúde, filmes digitais de super alta definição (SHD) e e-cultura baseado em vídeo 3-D full-HD. Esta vasta gama de aplicações acabará por necessitar de tipos de serviços diferenciados e taxas de transmissão de dados diversificadas. Como resultado, capacidades de suportar diferenciamento de qualidade de serviço (QoS) e transmissão de múltiplas taxas estão se tornando um desafio para as redes ópticas futuras. Dentre muitas técnicas de multiplexação existentes, OCDMA constitui-se em um candidato potencial para as redes ópticas de próxima geração, particularmente devido a características como operação assíncrona, controle de rede simplificada, fácil adição de novos usuários, e também possibilidade de QoS diferenciado na camada física. O desempenho desta técnica de acesso múltiplo é limitado principalmente por interferência múltipla de acesso (MAI). Embora em sistemas OCDMA de múltiplas taxas e multiserviços a MAI deva ser considerada binomialmente distribuída, outras distribuições de probabilidade para a análise da MAI e, consequentemente, da BER têm sido utilizadas como uma aproximação. Neste contexto, este trabalho propõe um novo formalismo para avaliar o desempenho da BER de sistemas OCDMA 1-D e 2-D de múltiplas taxas e multisserviços considerando a MAI como binomialmente distribuída, o que resulta em uma expressão mais precisa para a BER. Além disso, o método proposto neste trabalho não requer conhecimento, a priori, das sequências de códigos geradas, o que significa que a análise do desempenho do sistema é obtida mais facilmente utilizando apenas os parâmetros do código. Um sistema OCDMA de múltiplas taxas empregando códigos 1-D OOC e 2-D OFFH será também investigado. Uma comparação do desempenho em termos de BER para o sistema baseado em OOC supondo tanto a distribuição de Poisson quanto a binomial para a MAI é investigada. De forma análoga, uma comparação para o sistema de múltiplas taxas baseado em OFFH supondo desta vez tanto a distribuição gaussiana quanto a binomial para a MAI também é analisada. É mostrado que a BER em cenários de múltiplas taxas pode ser superestimada ou subestimada em várias ordens de grandeza, dependendo da distribuição suposta para a MAI e do número de usuários simultâneos no sistema. Além disso, é apresentado pela primeira vez um switch óptico híbrido de pacotes OCDM/WDM capaz de prover transmissões de múltiplas taxas e serviços diferenciados. A arquitetura do switch proposto e seu desempenho em termos de probabilidade de perda de pacotes também são apresentados. Finalmente, é mostrado que o uso da distribuição gaussiana ou poissoniana para a MAI pode não ser apropriado para uma estimativa confiável de BER, uma vez que não são aproximações aceitáveis para avaliar o desempenho de sistemas de múltiplas taxas e multiserviços com boa precisão.