Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma plataforma dedicada para a implementação de sistemas de controle longitudinal para o Boeing 747-400, utilizando diferentes topologias para a malha de controle. Inicialmente são estudados os conceitos de movimentação longitudinal para um corpo rígido, determinando o modelo aerodinâmico longitudinal completo e também os modelos aproximados para o período curto e longo de uma aeronave genérica. Usando os coeficientes de estabilidade e as derivadas longitudinais do Boeing 747-400, foram determinadas as equações dinâmicas para este avião. Conhecendo as equações dinâmicas para o Boeing 747-400 os controladores foram projetados usando duas topologias distintas de malha de controle. A malha de controle longitudinal composta por uma realimentação de taxa de arfagem é a topologia mais abordada neste trabalho. Utilizando esta abordagem foram projetados os controladores contínuos de altitude e velocidade vertical. Uma outra forma abordada para o projeto dos controladores contínuos de altitude e velocidade vertical, é feita substituindo a malha interna de taxa de arfagem por um sistema de compensação contínua, no qual será usado para estabilizar a resposta de saída da malha interna de controle do ângulo de arfagem. Os controladores contínuos projetados foram devidamente discretizados. As equações de diferença obtida no processo de discretização foram utilizadas para a implementação dos controladores no microprocessador Rabbit 2000. Os controladores digitais implementados no Rabbit 2000 são testado, verificado e validado usando o Boeing 747-400 disponível no simulador de vôo X-Plane. A interação entre o hardware dedicado e o PC portado pelo X-Plane é feita através do envio e recebimento de pacotes de dados por meio do módulo de comunicação Ethernet (TCP/IP) através do protocolo UDP (Uniform Datagram Protocol) disponíveis em ambos os sistemas. Os resultados obtidos nestes ensaios são comparados com os resultados das simulações do sistema de controle longitudinal usando os controladores projetados e as equações dinâmicas do Boeing 747-400 implementadas no MATLAB/SIMULINK.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma lei de controle longitudinal para o rastreamento do sinal de glideslope através do uso da metodologia Linear Quadrática com realimentação de saída e restrições do conjunto de controles admissíveis. Várias condições de vôo de uma aeronave comercial a jato em aproximação para pouso, incluindo diferentes configurações de centro de gravidade, massa, velocidade e altitude foram consideradas. A arquitetura básica utilizada para o projeto consistiu na criação de uma malha interna, responsável pelo aumento de estabilidade do sistema (SAS), e de malhas externas, cuja função é efetuar o seguimento das variáveis que traduzem o perfil da trajetória. O cálculo dos parâmetros do controlador foi realizado por um método algorítmico de otimização local com restrições, de acordo com a metodologia proposta e utilizando matrizes de ponderação diagonais. O projeto do controlador feito de duas maneiras diferentes: síntese parcial ou conjunta dos ganhos. Para cada maneira são expostos os resultados, tais como resposta dos atuadores, análises de estabilidade e de qualidade de vôo. O controlador projetado através da síntese parcial dos ganhos apresentou melhores margens de estabilidade. Foram realizadas simulações temporais do modelo linear em malha aberta e em malha fechada, para efeitos de comparação. Foi possível mostrar que o sistema em malha fechada é capaz de efetuar o seguimento das trajetórias propostas, ainda que submetido a desvio das condições de equilíbrio, rajada e turbulência. Um escalonamento de ganhos do SAS, em função da velocidade verdadeira e da pressão dinâmica, foi proposto de modo a englobar o envelope de operação da aeronave. Através desse escalonamento, foi possível manter as mesmas características dinâmicas para o conjunto aeronave com SAS, independentemente da condição de altitude de vôo, massa da aeronave, posição do centro de gravidade e velocidade calibrada de aproximação.

Esse trabalho propõe uma unidade central de processamento para o Pegasus AutoPilot, que é um piloto automático para aeronaves não tripuladas de pequeno porte, constituído por quatro módulos: Sistema de Navegação, Unidade Central de Processamento, Gerenciador de Superfícies de Controle e Estação de Controle em Solo. Malhas de controle e algoritmos de guiagem são propostos, utilizando conceitos de chaveamento de ganhos para situações diferentes de voo. Para a validação desses algoritmos foi criado um modelo de aeronave específica, um Piper J-3 Cub 1/6 de escala, no X-Plane, que simula a aeronave. As simulações em Software-In-the-Loop (SIL) foram feitas entre X-Plane e MatLab/Simulink, onde através de uma interface gráfica foram ajustados os parâmetros de controle e guiagem. Posteriormente o sistema foi implementado em um microcontrolador ARM CORTEX M3, permitindo simulações em Hardware-In-The-Loop (HIL). Foi desenvolvido um gerenciamento de dados no microcontrolador que passou a se comunicar com o X-Plane através de portas seriais. São apresentados os resultados das simulações obtidas, comparações de malhas de controles convencionais com as malhas de controles propostas, assim como a simulação de missões totalmente autônomas utilizando o algoritmo de guiagem. É também demonstrado um estudo de consumo de energia do microcontrolador e a comprovação que o sistema atende aos requisitos de tempo real.

Massive MIMO communication systems have been highlighted as the main technology for physical layer of next generation communication standards, like 5G. While conventional communication between BS and its covered users is performed in orthogonal time-frequency resources, the improved interuser interference mitigation capability provided by the large number of BS antennas enables the BS to communicate with several users in the same time-frequency resource. This better usage of available but scarce spectrum elevates the spectral efficiency to very appreciable levels, and has a similar effect on energy efficiency, since the transmit power is not increased. On the other hand, if the objective is to provide a target performance for the users, the required transmit power in both direct and reverse links can be made inversely proportional to the number of BS antennas employed. In this Doctoral Thesis, several important aspects of massive MIMO systems are systematically investigated aiming to improve their energy and spectral efficiencies. We can enumerate our main contributions as follows. Considering a cellular massive MIMO network, we proposed an optimized assignment policy of training sequences to the users, which is then combined with suitable power control algorithms. We have also investigated the adoption of alternative waveforms in this scenario, such as single-carrier transmission, in order to overcome the issues of conventional OFDM. Our contributions in this topic are to derive analytical performance expressions for a time-domain single-carrier equalizer taking advantage of the large number of BS antennas, and to evaluate and compare the total energy efficiency of OFDM versus single-carrier massive MIMO systems. Finally, considering crowded massive MIMO networks, composed by both human users as well as machine-type communication devices, we proposed an improved random access protocol aiming to decrease the average number of access attempts for the users and decreasing the probability of failed access attempts. / Sistemas de comunicação de múltiplas antenas (multiple-input multiple-output - MIMO) têm se destacado como a principal tecnologia para a camada física dos padrões de comunicação da próxima geração, como o 5G. Enquanto a comunicação convencional entre a estação base (base station - BS) e seus usuários atendidos é realizada em recursos ortogonais de tempo-frequência, a grande capacidade de redução da interferência interusuários possibilitada pelo grande número de antenas da BS habilita a BS a se comunicar com diversos usuários no mesmo recurso tempo-frequência. Este melhor uso do escasso espectro disponível eleva a eficiência espectral a níveis muito apreciáveis, e tem um efeito similar na eficiência energética, pois a potência de transmissão não é aumentada. Por outro lado, se o objetivo é fornecer um desempenho desejado para os usuários, a potência de transmissão necessária em ambos os enlaces direto e reverso pode ser feita inversamente proporcional ao número de antenas na BS. Nesta Tese de Doutorado, diversos aspectos importantes de sistemas MIMO massivo são sistematicamente investigados com o objetivo de melhorar suas eficiências energética e espectral. Pode-se enumerar as principais contribuições alcançadas como se segue. Considerando uma rede celular MIMO massivo, propõe-se uma política de atribuição de sequências de treinamento aos usuários otimizada, a qual é depois combinada com apropriados algoritmos de controle de potência. Também investiga-se a adoção neste cenário de formas de onda alternativas, tal como a transmissão de portadora única, visando superar as deficiências da convencional multiplexagem por divisão de portadoras ortogonais (orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM). As principais contribuições obtidas neste tema são derivar expressões de desempenho analíticas para um equalizador de portadora única no domínio do tempo que aproveita o grande número de antenas na BS, e avaliar e comparar a eficiência energética total de sistemas MIMO massivo OFDM versus portadora única. Finalmente, considerando redes MIMO massivo sobrecarregadas, compostas por usuários humanos bem como dispositivos de comunicação do tipo máquina, propõe-se um protocolo de acesso aleatório melhorado visando diminuir o número médio de tentativas de acesso para os usuários e diminuir a probabilidade de falhas de tentativa de acesso.

Massive MIMO communication systems have been highlighted as the main technology for physical layer of next generation communication standards, like 5G. While conventional communication between BS and its covered users is performed in orthogonal time-frequency resources, the improved interuser interference mitigation capability provided by the large number of BS antennas enables the BS to communicate with several users in the same time-frequency resource. This better usage of available but scarce spectrum elevates the spectral efficiency to very appreciable levels, and has a similar effect on energy efficiency, since the transmit power is not increased. On the other hand, if the objective is to provide a target performance for the users, the required transmit power in both direct and reverse links can be made inversely proportional to the number of BS antennas employed. In this Doctoral Thesis, several important aspects of massive MIMO systems are systematically investigated aiming to improve their energy and spectral efficiencies. We can enumerate our main contributions as follows. Considering a cellular massive MIMO network, we proposed an optimized assignment policy of training sequences to the users, which is then combined with suitable power control algorithms. We have also investigated the adoption of alternative waveforms in this scenario, such as single-carrier transmission, in order to overcome the issues of conventional OFDM. Our contributions in this topic are to derive analytical performance expressions for a time-domain single-carrier equalizer taking advantage of the large number of BS antennas, and to evaluate and compare the total energy efficiency of OFDM versus single-carrier massive MIMO systems. Finally, considering crowded massive MIMO networks, composed by both human users as well as machine-type communication devices, we proposed an improved random access protocol aiming to decrease the average number of access attempts for the users and decreasing the probability of failed access attempts. / Sistemas de comunicação de múltiplas antenas (multiple-input multiple-output - MIMO) têm se destacado como a principal tecnologia para a camada física dos padrões de comunicação da próxima geração, como o 5G. Enquanto a comunicação convencional entre a estação base (base station - BS) e seus usuários atendidos é realizada em recursos ortogonais de tempo-frequência, a grande capacidade de redução da interferência interusuários possibilitada pelo grande número de antenas da BS habilita a BS a se comunicar com diversos usuários no mesmo recurso tempo-frequência. Este melhor uso do escasso espectro disponível eleva a eficiência espectral a níveis muito apreciáveis, e tem um efeito similar na eficiência energética, pois a potência de transmissão não é aumentada. Por outro lado, se o objetivo é fornecer um desempenho desejado para os usuários, a potência de transmissão necessária em ambos os enlaces direto e reverso pode ser feita inversamente proporcional ao número de antenas na BS. Nesta Tese de Doutorado, diversos aspectos importantes de sistemas MIMO massivo são sistematicamente investigados com o objetivo de melhorar suas eficiências energética e espectral. Pode-se enumerar as principais contribuições alcançadas como se segue. Considerando uma rede celular MIMO massivo, propõe-se uma política de atribuição de sequências de treinamento aos usuários otimizada, a qual é depois combinada com apropriados algoritmos de controle de potência. Também investiga-se a adoção neste cenário de formas de onda alternativas, tal como a transmissão de portadora única, visando superar as deficiências da convencional multiplexagem por divisão de portadoras ortogonais (orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM). As principais contribuições obtidas neste tema são derivar expressões de desempenho analíticas para um equalizador de portadora única no domínio do tempo que aproveita o grande número de antenas na BS, e avaliar e comparar a eficiência energética total de sistemas MIMO massivo OFDM versus portadora única. Finalmente, considerando redes MIMO massivo sobrecarregadas, compostas por usuários humanos bem como dispositivos de comunicação do tipo máquina, propõe-se um protocolo de acesso aleatório melhorado visando diminuir o número médio de tentativas de acesso para os usuários e diminuir a probabilidade de falhas de tentativa de acesso.

El control de procesos en una planta concentradora se presenta como un problema desde el mismo momento que el mineral bruto cae a las trompas del molino, el proceso es continuo y solo cesa esta continuidad cuando el producto finalmente emerge para descansar en las canchas de almacenamiento de los concentrados y las canchas de relave de las colas. El material en proceso no puede ser pesado sin interrumpir tal continuidad; consecuentemente, el control de la planta dependerá mucho del muestreo adecuado del material tratado que se encuentra en forma de pulpa. De estas muestras se obtendrá la información esencial y útil por medio del análisis, en cuanto al contenido del metal, distribución del tamaño de partículas y contenido de agua u otros ingredientes en la pulpa del mineral. Con tal información a mano, se cálcula la eficiencia y por ende la efectividad del trabajo que se efectúa mediante el uso de fórmulas y tabulaciones. Pero por lo tedioso que es el trabajo de obtener información de los datos, más que todo por la demora de las pruebas en laboratorio, y por lo tanto no se pueden tomar decisiones al instante para mejorar el proceso de producción. En el presente trabajo se propone una metodología de control de procesos llamado “Cebaco”que consiste básicamente de tres partes pricipales, primero, el diseño de el método de control del proceso que se propone, el control de las variables operativas en el circuito de molienda-clasificación en una planta concentradora que se fundamenta en un mallaje en húmedo en el mismo sitio de muestreo, para la cual solamente se necesitan 2 mallas, éstas pueden ser las No.60 y 200 que son los más recomendables y también contar con un densímetro (balanza MARCY) con su respectivo nomograma, un pesapulpa de 1 litro de capacidad, conociendo la gravedad específica del mineral, la densidad de la pulpa con estos datos se puede calcular al instante el porcentaje de sólidos en cada flujo del clasificador, y con lo cual se cálcula los porcentajes acumulados negativos y positivos de las mallas mencionadas, con dichos datos obtenidos utilizando los modelos matemáticos de Gaudín-Schuhmann[64] y de Rosín-Rammler[61], los más usados en procesamiento de minerales, con los cuales se obtienen los perfiles granulométricos casi al instante, el segundo aporte es la elaboración y propuesta del modelo matemático que se basa en función de las densidades de la pulpa tomadas estas en cada flujo del clasificador y de las densidades obtenidas al hacer el mallaje en húmedo respectivamenter en las mallas ya mencionadas y el tercero es la implementación de el software Goliat 0.2 en el lenguaje de programación LabVIEW con los modelos matemáticos que se propone donde se puede visualizar en el ordenador los resultados obtenidos al instante. Las pruebas de aplicación y comprobación se realizarón, en las plantas concentradoras de “Austria Duvaz” en Morococha, “Corona” de Chumpe en Yauricocha, Yauyos y “Huari” ubicada en La Oroya perteneciente a la UNCP. Cuyos resultados fueron muy halagadores, coincidiendo casi en forma total con la hipótesis planteada. Como demostración de que la metodología funciona óptimamente, tanto en el control de procesos como en la simulación , se puede verificar con los siguientes resultados obtenidos, el tamaño de corte (d50) calculado[51]; con los datos tomados del libro del Ms.Cs. Juan Rivera Zevallos[58] en las páginas 307-324, es de 77.31 micrones y la eficiencia de clasificación es de 42.32% y haciendo los cálculos con la métodologia propuesta el d50 es de 77.32 micrones y la eficiencia de clasificación da un valor de 42.71 %, se puede notar claramente que casi no hay diferencia, en el segundo caso en la comparación de los resultados de los datos obtenidos en la planta concentradora de “Chumpe” Yauricocha, al hacer el control de procesos y los cálculos respectivos por la metodología tradicional, como se realiza en la mayoría de las plantas, da un valor del d50 de 81.31 micrones y la eficiencia de clasificación da un valor de 57.93% y al hacer el control y sus respectivos cálculos con la métodología“Cebaco” da como resultado el d50 de 83.56 micrones y la eficiencia de clasificación de 53.18% se puede también notar sobre todo en esta última que la diferencia no es significativa, siendo el nivel de significancia de 0,08 y con una confidencia de 92%, en el tercer caso también al evaluar otra prueba de los datos tomados de la planta concentradora mencionada al hacer los cálculos con el método tradicional da una eficiencia de clasificación de 48.49% y con la métodología“Cebaco” la eficiencia de clasificación resulta de 48.02 % que en la práctica casi son similares, en el cuarto caso al hacer la evaluación de los resultados obtenidos en la planta concentradora “Austria Duvaz” ubicada en Morococha, el d50 calculado por la metodología tradicional da un valor de 88.3061 y el d50 calculado con la metodología “Cebaco” da un valor de 85.2559 existiendo una diferencia de tan solamente 3.45% y el valor de la eficiencia de clasificación por la metodología tradicional da un valor de 51.8102 y el calculado con la metodología “Cebaco” da un valor de 51.6255 existiendo una diferencia de 0.36% y la razón de carga circulante calculada por la metodología tradicional da un valor de 1.903 y la calculada con la metodología “Cebaco” da un valor de 1.887 cuya diferencia es de tan solamente 0.84% . Y la demostración más importante , donde se comprueba que el método“Cebaco” es una propuesta adecuada, se da con el incremento de las ganancias para la planta concentradora y ésto se obtuvo de las valorizaciones de los concentrados en ambos casos , uno con el balance metalúrgico obtenido con el método tradicional y el otro con el balance metalúrgico obtenido de los trabajos realizados con el método propuesto y ésto se fundamenta en el tiempo de control, ya que el tiempo con el método tradicional en el mejor de los casos es de 4 horas y con el método propuesto es de tan solamente 5 minutos esto implica que las correcciones se hacen casi al instante por lo tanto trae como consecuencia la mejora de las leyes y de las recuperaciones de los concentrados y por ende de la productividad, por los cálculos hecho se determino una ganancia de 11.53 dólares americanos más por tonelada de mineral tratado al realizar el control con el método propuesto. / -- The process control in a concentrating plant appears like a problem of imponderable from the moment that the gross mineral falls to the tubes of the mill, the process is continuous and this continuity only stops when the product finally emerges to rest in the fields of storage of the concentrates and the fields of re-wash of the tails. The material in process cannot be weighed without interrupting such continuity; consequently, the control of the plant will depend much on the suitable sampling of the treated material that is like pulp. From these samples the essential and useful information of the analysis will be obtained, as far as the content of the metal, distribution as large as particles and water Content or other ingredients of the mineral pulp. With such information by hand, we can calculate the efficiency and the effectiveness of the work that takes place by means of the use of formulas and tabulations. But by the tedious that is the work to obtain information of the fact, more than everything by delay of the tests in laboratory, so, decisions cannot be taken right away to improve the production process. in the present work a methodology of process control, sets out called “cebaco” that consists basically of three parts main, first, the control method that set out, these are the operative variables in the circuit of milling-classification in a concentrating plant that is based on a humid malla in the same site of sampling, for which 2 are only needed, these can be No.60 and 200 that are the most recommendable and also to have a Densimeter (balance MARCY) with their respective monogram, we can weight pulp of 1litro of Capacity, knowing the mineral specific gravity, the pulp density with these data the solids percentage can be calculated in an instant in each flow of the filing cabinet, and with this data it calculates the negative accumulated percentage and positive of you enmesh mentioned, with these data collected using the mathematical models Gaudin-Schuhmann[64] and Rosin-Rammler [61], but used in mineral processing, with which the grain sized profiles are obtained almost right away and in an instant, the second contribution is the proposal of the mathematical model that is based on the density of the pulp taken these on each flow from the filing cabinet and of the density obtained when doing the humid mallaje respectively in you enmesh already mentioned; and the third party is I elaboration of software Goliat 0,2 in the programming language LabVIEW with the mathematical models that sets out where the obtained results is possible to be visualized in a computer. The tests of application and verification were realized, in Plants Concentrating of “Austria Duvaz” in Morococha, “Crown” of Chumpe in Yauricocha, Yauyos and “Huari” located in UNCP. Whish results were very flattering, agreeing almost in total with the proposition hypothesis. Like demonstration of which the methodology works optimally, as much in the process control like in the simulation, we can verify with the following obtained results, the size of cuts (d50) calculated [51]; with the data taken from the book of Juan Rivera Zevallos[58] in pages 307-324, is 77,31 microns and the classification efficiency is of 42,32 and making the calculations with the methodology, it gives that d50 is 77,32 microns and the classification efficiency gives a value of 42,71, is possible to be clearly noticed that almost there is no difference, In the second case in the comparison of the results of the data collected in the concentrating plant of “Chumpe” Yauricocha, when doing the process control and the respective calculations by the traditional methodology, as it is realized in the majority of the plants, it gives a value of d50 of 81,31 microns and the classification efficiency gives a value of 57,93% and when doing the control and its respective calculations with the methodology “Cebaco” give as result d50 of 83,56 microns and the efficiency of classification of 53,18% can also be noticed mainly in this completes that the difference is not significant, being the level of significance of 0.08 and with a approximation of 92%, in the third case also when evaluating another test of the data taken from the concentrating plant mentioned when doing the calculations with the traditional method, it gives an efficiency of classification of 48,49% and with the methodology “Cebaco” the classification efficiency is about 48,02%, also almost are similar, in the fourth case when doing the evaluation of the results obtained in the concentrating plant “Austria located Duvaz” in Morococha, the d50 calculated by the traditional methodology gives a value of 88,3061 and d50 calculated with the methodology “Cebaco” gives a value of 85,2559 existing a difference of so only 3,45 and the value of the efficiency of classification by the traditional methodology gives a value of 51,8102 and the calculated with the methodology “Cebaco” gives a value of 51,6255 existing an insignificant difference of 0,36 and the reason of circulating load calculated by the traditional methodology gives a value of 1.903 and the calculated one with the methodology “Cebaco” gives a value of 1,887 whose difference is of so only 0.84. So, the demonstration more important, where it is verified that the method “Cebaco” is an suitable proposal, occurs with the increase of the utility for the concentrating plant and this was obtained from valuations of the concentrates in both cases, first with the obtained metallurgical balance with the traditional method and the other with the metallurgical balance obtained of the works carried out with the proposed method, this is based on a better time of control, as for the time with the traditional method in the best cases is of 4 hours and with the proposed method is of so only 5 minutes, this implies that the corrections are made right away and in an instant, so it brings consequently theimprovement of the recoveries laws of the concentrates and therefore increase of the productivity. By the calculations done I determine a utility of 11. 53 dollars American more by ton of mineral treated, when realizing the control with the proposed method. / Tesis

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] Este trabalho tem como finalidade estudar o problema da detecção de usuários no canal reverso de sistemas MIMO de larga escala, que são caracterizados pelo elevado número de elementos de transmissão e recepção, com foco na complexidade computacional e no desempenho em termos de taxa de erro destes sistemas. Inicialmente, os algoritmos de detecção da família Likelihood Ascent Search (LAS) são investigados e é desenvolvido um novo algoritmo de detecção, denominado de Random-List Based LAS (RLBLAS), capaz de atingir melhores taxas de erros com menor complexidade computacional do que os demais detectores considerados. Posteriormente, técnicas de detecção e decodificação iterativas (Iterative Detection and Decoding - IDD) em sistemas MIMO foram analisadas de forma a propor uma estratégia IDD de complexidade computacional reduzida a fim de viabilizar a sua aplicação em cenários massivos. Finalmente, o problema da contaminação por pilotos em sistemas MIMO multicelulares de larga escala, um dos principais limitadores do desempenho desse tipo de sistema, é estudado e estratégias de detecção com cooperação parcial entre as estações base componentes do sistema que visam mitigar os efeitos da contaminação por pilotos são propostas. As análises e afirmações realizadas durante a presente tese são sustentadas por resultados de simulações de Monte Carlo dos sistemas de comunicações em diversos cenários distintos, incluindo os casos em que são considerados os efeitos de correlação entre as antenas de transmissão/recepção, os efeitos de sombreamento e os erros de estimação dos estados dos canais de comunicações envolvidos. / [en] This work focuses on the multi-user multi-cellular large-scale MIMO reverse channel detection problem, where the number of transmitting and receiving antenna elements grows to the order of hundreds. In these scenarios, one major issue is the computational complexity of such systems. Therefore, this thesis aims to propose low-complexity techniques with good BER performance for the reverse channel detection of MIMO systems. Initially, the detection algorithms of the Likelihood Ascent Search (LAS) family are investigated and a new LAS based detector is proposed. This new detector, named Random-List Based LAS (RLB-LAS), is capable of achieving better BER with lower complexity then the other considered detectors. Next, iterative detection and decoding (IDD) techniques are analyzed in order to propose an IDD strategy applied to the detection and decoding of the reverse MIMO channel with reduced complexity to make possible its application to massive scenarios. Finally, the pilot contamination problem in multi-cellular large-scale MIMO systems, one of the major bounds on BER performance of these systems, are studied and some cooperative strategies are proposed in order to reduce the effects of this type of impairments. The analysis and statements of this thesis are supported by Monte Carlo simulation results of the considered systems in different scenarios, including the cases where the effects of transmitting and receiving antenna correlation, log-normal shadowing, and the estimation errors on the channel state information acquisition are considered.