Orientador: Celso de Almeida / Tese (doutorado) - Umiversidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T06:29:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoefel_RogerPierreFabris_D.pdf: 16131215 bytes, checksum: 8d67fff6992c05fd8d2eac683e4a1f9e (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O objetivo deste trabalho é o de analisar, caracterizar e apresentar soluções para o excitante desafio de projetar protocolos de acesso para o transporte de pacotes multimídia no enlace reverso de sistemas celulares terrestres que empregam interface do ar do tipo TD/DS-CDMA (Time Division/Direct Sequence Code Division Multiple Access). Os estudos relativos aos aspectos inerentes à transmissão de pacotes em sistemas TD/DS-CDMA são particularizados na análise dos protocolos CDMA/PRMA (Code Division Multiple Access/ Packet Reservation Multiple Access) e Slotted CDMA/ALOHA. CDMA/PRMA é um protocolo de múltiplo acesso híbrido, no qual se aplicam os conceitos de multiplexação no tempo~por código e de alocação de recursos por meio de reserva. O acesso controlado ao canal do protocolo CDMA/PRMA permite a redução da variação da carga instantânea do canal e, conseqüentemente, redução da interferência de múltiplo acesso em relação ao protocolo Slotted CDMA/ ALOHA, onde os terminais acessam no próximo slot de tempo tão logo tenham pacotes a transmitir. Utiliza-se simulação computacional de maneira intensiva para à obtenção de resultados concernentes ao desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALOHA em distintas condições operacionais. Estes resultados são validados por análises numéricas. Entre outros aspectos deste trabalho, destaca-se: (i) o modelo do ponto de equilíbrio proposto para os protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALOHA; (ii) as expressões numéricas propostas para uma análise de desempenho do protocolo CDMA/PRMA; (iii) o desenvolvimento de um simulador de rede de pacotes para a investigação dos efeitos da interferência externa nas redes de pacotes CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALOHA; (iv) efeitos dos parâmetros de projeto no desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALORA; (v) estudo do desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALORA com tráfego de vídeo com taxa variável e tráfego de dados WWW; (vi) a investigação dos efeitos do controle de potência, do desvanecimento rápido e do desvanecimento lento no desempenho dos protocolos CDMA/PRMA e Slotted CDMA/ ALORA com tráfego multimídia; (vii) o projeto integrado do protocolo CDMA/PRMA com receptor de detecção conjunta descorrelacionadora / Abstract: This thesis has the objective of to analyze, to characterize and to propose solutions to the challenge of design medium access control protocols for transmission of multimedia packets over the reverse channel of land mobile cellular systems based on TD/DS-CDMA (Time Division/Direct Sequence Code Division Multiple Access) air interface. Some inherent aspects of packet transmission over the reverse link of TD/DS-CDMA systems are particularized in the analysis of the CDMA/PRMA (Code Division Multiple Access/Packet Reservation Multiple Access) and Slotted CDMA/ ALOHA protocols. The joint CDMA/PRMA protocol is a hybrid multiple-access technique that combines time-division, code-division and Reservation ALOHA concepts. The CDMA/PRMA medium access control brings to reduction of the users variance on the channel, so a larger capacity is obtained in relation to the Slotted CDMA/ ALOHA protocol, where a mobile station accesses a time slot as soon as it has packets to transmit. It is used intensely computational simulation techniques to obtain some performance results concerning to CDMA/PRMA Slotted and CDMA/ ALOHA behavior over distinct operational conditions. It is utilized numerical techniques to validate some of obtained results. It is emphasized the following aspects of this Thesis: (i) a equilibrium point analysis model for the CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ ALOHA protocols; (ii) some numerical expressions that permits to analyze the CDMA/PRMA behavior on voice-only traffic; (iii) a system level network simulator developed to assess and to compare the intercell interference effects on the CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ ALOHA protocols performance; (iv) the design parameters effects on the performance of CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ALOHA systems; (v) some studies of CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ALOHA behavior on mixed voice/variable bit rate video and voice/WWW browsing traffic; (vi) some analysis of the imperfect power control effects, slow and fast fading effects on the capacity of CDMA/PRMA and Slotted CDMA/ ALOHA protocols; (vii) a integrated design of CDMA/PRMA protocol and a multiuser decorrelator detector / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Michel Daoud Yacoub / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T14:27:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Heinrich_RalphRobert_M.pdf: 7113070 bytes, checksum: 2a64f903bc44fb31b9ee53ef545bb24e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este projeto de pesquisa objetiva responder a algumas questões sistêmicas levantadas por ocasião do início do desenvolvimento do sistema LTE-450, parte integrante do projeto RASFA - Redes de Acesso Sem Fio Avançadas, conduzido pelo CPqD - Fundação Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações, com recursos do FUNTTEL - Fundo para o Desenvolvimento Tecnológico das Telecomunicações. Esse projeto visa, como um de seus objetivos, o desenvolvimento de um sistema de rádio acesso sem fio LTE-450, operando na faixa de 450 a 470 MHz, baseado na tecnologia LTE - Long Term Evolution. A faixa de 450 a 470 MHz está atribuída em base global desde 2007 para o Serviço Móvel, conforme identificado pela União Internacional de Telecomunicações na World Radiocommunication Conference 2007. A Anatel - Agência Nacional de Telecomunicações - publicou a nova destinação de uso para a faixa de 450 a 470 MHz em 20 de dezembro de 2010, através da Resolução n º 558. Várias ações vêm sendo empreendidas em apoio ao uso da faixa 450 a 470 MHz, para a prestação de serviços banda larga sem fio para áreas rurais, como consta do Programa Nacional de Telecomunicações Rurais, publicado pela Portaria 431/2009 do Ministério das Comunicações, e do Plano Nacional de Banda Larga, publicado em 13 de maio de 2010. Entende-se que a faixa de 450 a 470 MHz é ideal para a implantação de serviços de banda larga sem fio em áreas rurais, devido às suas características de propagação. Por outro lado, a base de conhecimento sobre o canal rádio em sistemas de rádio acesso móvel banda larga considera o uso, em áreas urbanas, de faixas de frequências situadas entre 850 MHz e 3500 MHz. São notórias as diferenças entre as características de propagação nessas faixas e nas faixas de UHF, principalmente quando a área de prestação do serviço deixa de ser a urbana e passa a ser a rural. Nesse sentido, alguns requisitos sistêmicos podem ser questionados e mesmo redimensionados. Esses requisitos foram aqui endereçados através de levantamento de dados em campo e posterior análise crítica contra a base de conhecimento disponível. São questões como a amplitude do desvanecimento seletivo e por despolarização, a intensidade do ruído impulsivo, os modelos de propagação aplicáveis à área rural e à faixa de UHF, a variação da perda de percurso com a altura da antena do terminal e a discriminação de polarização da antena do terminal / Abstract: This research project aims to answer some systemic issues raised during the early development of the LTE-450 radio access system, part of a project RASFA - Advanced Wireless Networks Access, led by CPqD Foundation - Center for Research and Development in Telecommunications with resources of FUNTTEL - Technological Development of Telecommunications Fund. This project aims, as one of its objectives, the development of a LTE-450 wireless system, operating in the 450-470 MHz band, based on LTE - Long Term Evolution technology. The 450-470 MHz band is allocated, on a global basis, since 2007 for Mobile Service, as identified by the International Telecommunication Union in the World Radiocommunication Conference 2007. Anatel - The Brazilian National Telecommunications Agency has published a new destination for the 450-470 MHz band on December 20, 2010, through Resolution No. 558. Several actions have been undertaken in support of the use of the 450-470 MHz band, to provide wireless broadband services to rural areas, as set out in the National Rural Telecommunications Plan, published by the Decree 431/2009 of the Ministry of Communications and the National Broadband Plan (PNBL), published on May 13, 2010. It is understood that the 450-470 MHz band is ideal for deploying wireless broadband services in rural areas, due to its propagation characteristics. On the other hand, the base of knowledge about the mobile broadband access radio systems channel, considering the use in urban areas, situated between 850 MHz and 3500 MHz bands have notable differences between the propagation characteristics of these bands and the UHF bands, especially when the area of service provision ceases to be the urban and goes to the rural areas. Thus, some systemic requirements can be questioned and even resized. These requirements are addressed here through field data gathering and subsequent critical analysis against the knowledge base available. These issues are such as the extent of selective fading and depolarization, the intensity of the impulse noise, the propagation models applicable to the rural area and the UHF band, the variation of the path loss with the height of the terminal antenna and of terminal antenna polarization discrimination / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Celso de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:16:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MoyaOsorio_DianaPamela_M.pdf: 1282063 bytes, checksum: 0bd5600058b4051f103c6622f93e5cc4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Na próxima geração de redes celulares, a ICC (Interferência de Co-Canal ) constitui a causa principal para a degradação do desempenho, especialmente para os usuários na borda da célula, o que é um grande obstáculo para alcançar amplas áreas de cobertura e alta eficiência espectral. Neste trabalho, o desempenho do enlace reverso de uma rede celular em termos da eficiência espectral média e na presença de ICC é avaliado mediante uma simulação semi-analítica. Foram considerados dois cenários, canal AWGN(Additive White Gaussian Noise) e canal com desvanecimento plano do tipo Rayleigh, além de um modelo de propagação com perda de percurso exponencial. A avaliação é feita para fatores de reuso clássicos e modulações M-QAM (Multi-Level Quadrature Amplitude Modulation). Considera-se também uma estratégia de controle de potência e modulação adaptativa baseada na SIR (Signal-to-Noise Interference) e a BER (Bit Error Rate). Adicionalmente, é analisada a utilização de arranjo de antenas para diminuição dos efeitos da interferência e técnicas de diversidade para mitigação dos efeitos do desvanecimento / Abstract: In the next generation of wireless cellular networks, the CCI (Co-Channel Interference) constitutes the primary cause of performance degradation, specially for cell edge users, which is a big obstacle to attain wide area coverage and high spectral efficiency. In this work, the performance of the uplink of cellular networks in terms of the mean spectral efficiency is evaluated through a semi-analytical simulation, by considering the presence of CCI. It was considered two sceneries, an AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel and a Rayleigh flat fading channel, as well as an exponential pathloss propagation model. The evaluation is done for classical reuse factors and M-QAM (Multi-Level Quadrature Amplitude Modulation) modulations. It is also considered a power control strategy and adaptive modulation based on the SIR (Signal-to-Noise Interference) and BER (Bit Error Rate). Besides, it is analyzed the utilization of an antenna array to reduce the interference effects and diversity techniques to mitigate fading effects / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Nesta tese estudamos redes cooperativas em modo de operação Full-Duplex (FD). Para tanto, usamos conceitos de teoria da informação e da comunicação, além de estatística aplicada. Assim, fornecemos uma extensa análise de desempenho de sistemas cooperativos em modo FD. Além disso, demonstramos que a operação de relays em modo FD é possível, mesmo sofrendo intensos níveis de auto-interferência. Mostramos também sua aplicação em diversos cenários. Ademais, os resultados obtidos através deste trabalho servem como referência para o design e desenvolvimento de futuras tecnologias de comunicação sem-fio. Primeiramente, contribuímos com uma extensa revisão do estado da arte em comunicações em modo FD, especificamente relays FD, e além disto revisitamos as principais propriedades de esquemas de comunicação cooperativa. Analisamos de maneira extensiva o desempenho de esquemas com relays FD em ambientes com desvanecimento do tipo Rayleigh em termos probabilidade de falha de comunicação, vazão e eficiência energética. Além de todo arcabouço matemático introduzido nesta tese, também identificamos os casos em que sistemas cooperativos em mode Half-Duplex (HD) podem ser vantajosos comparados aos esquemas FD com auto-interferência. Assim, discutimos as relações de custo-benefício entre esquemas HD e FD e entre vazão e eficiência energética. A seguir, elaboramos o modelo estudado e estendemos os resultados iniciais para incorporar os casos com modelos mais gerais de desvanecimento, conhecidos como Nakagami-m. Estes resultados auxiliam na compreensão dos efeitos da auto-interferência residual e linha de visada em sistemas com relays FD. Por fim, contribuímos também com uma análise de desempenho de sistemas cooperativos seguros. Para tanto, usamos ferramentas da teoria da informação para aumentar a privacidade e confidencialidade da comunicação em canais sem-fio. Sendo assim, fornecemos um extenso arcabouço matemático para canais com desvanecimento composto. Além disto, demonstramos que, mesmo sofrendo forte auto-interferência, comunicação segura com relays FD pode também ser obtida, uma vez que segurança perfeita pode ser obtida. / In this thesis we study Full-Duplex (FD) cooperative networks from different perspectives, using concepts of information theory, communication theory and applied statistics. We provide a comprehensive performance analysis of cooperative communications systems operating with FD relays. We demonstrate that FD relaying is feasible even when experiencing strong self-interference, and we show its application under different scenarios. More importantly, the results attained through this work serve as a benchmark for design as well as deployment of current and future wireless communications technologies. Our first contribution is a comprehensive overview of the state-of-the-art on FD communications, more specifically on FD relaying, and we revisit some of the main properties of cooperative schemes. Another contribution comes from an extensive analysis of outage probability, throughput and energy efficiency of FD relaying over Rayleigh fading channels. Besides the mathematical framework introduced herein, we also show that in some cases cooperative Half-Duplex (HD) schemes achieve better performance than FD relaying with self-interference. Therefore, we draw a discussion on the trade-offs between HD and FD schemes as well as between throughput and energy efficiency. Then, we investigate the performance of FD relaying protocols under general fading settings, namely Nakagami-m fading. Our findings allow a better understanding of effects of the residual self-interference and line-of-sight on a FD relaying setup. Our final contribution lies on the performance analysis of secure cooperative networks relying on information theoretical metrics to provide enhanced privacy and confidentiality to wireless networks. Thus, we provide a comprehensive mathematical framework for composite fading channels. Even though experiencing strong self-interference, we demonstrate that FD relaying is feasible also under secrecy constraints, thus perfect secrecy can be achieved.

A comunicação em redes veiculares ad hoc (VANETs) é comumente dividida em dois cenários, chamados veículo-a-veículo (V2V) e veículo-a-infraestrutura (V2I). Objetivando estabelecer uma comunicação segura contra espiões, trabalhos recentes tem proposto a troca de chaves secretas baseado na variação da força do sinal recebido (RSS). Entretanto, o bom desempenho de tal método depende da taxa de variação do canal, sendo mais apropriado a cenários em que o canal varia rapidamente, como geralmente é o caso da comunicação V2V. Já na comunicação V2I, o canal normalmente possui desvanecimento lento. Neste trabalho, é proposta a utilização de múltiplas antenas com o intuito de gerar artificialmente um canal de desvanecimento rápido, permitindo assim a extração de chaves secretas através da RSS em um cenário V2I. Análises numéricas mostram que o modelo proposto pode obter desempenho superior, em termos de taxa de extração de bits secretos, do que o modelo de salto em frequência proposto na literatura. / The communication in vehicular ad hoc networks (VANETs) is commonly divided in two scenarios, namely vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I). Aiming at establishing secure communication against eavesdroppers, recent works have proposed the exchange of secret keys based on the variation in received signal strength (RSS). However, the performance of such scheme depends on the channel variation rate, being more appropriate for scenarios where the channel varies rapidly, as is usually the case with V2V communication. In the communication V2I, the channel commonly undergoes slow fading. In this work we propose the use of multiple antennas in order to artificially generate a fast fading channel so that the extraction of secret keys out of the RSS becomes feasible in a V2I scenario. Numerical analysis shows that the proposed model can outperform, in terms of secret bit extraction rate, a frequency hopping-based method proposed in the literature.

A comunicação em redes veiculares ad hoc (VANETs) é comumente dividida em dois cenários, chamados veículo-a-veículo (V2V) e veículo-a-infraestrutura (V2I). Objetivando estabelecer uma comunicação segura contra espiões, trabalhos recentes tem proposto a troca de chaves secretas baseado na variação da força do sinal recebido (RSS). Entretanto, o bom desempenho de tal método depende da taxa de variação do canal, sendo mais apropriado a cenários em que o canal varia rapidamente, como geralmente é o caso da comunicação V2V. Já na comunicação V2I, o canal normalmente possui desvanecimento lento. Neste trabalho, é proposta a utilização de múltiplas antenas com o intuito de gerar artificialmente um canal de desvanecimento rápido, permitindo assim a extração de chaves secretas através da RSS em um cenário V2I. Análises numéricas mostram que o modelo proposto pode obter desempenho superior, em termos de taxa de extração de bits secretos, do que o modelo de salto em frequência proposto na literatura. / The communication in vehicular ad hoc networks (VANETs) is commonly divided in two scenarios, namely vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I). Aiming at establishing secure communication against eavesdroppers, recent works have proposed the exchange of secret keys based on the variation in received signal strength (RSS). However, the performance of such scheme depends on the channel variation rate, being more appropriate for scenarios where the channel varies rapidly, as is usually the case with V2V communication. In the communication V2I, the channel commonly undergoes slow fading. In this work we propose the use of multiple antennas in order to artificially generate a fast fading channel so that the extraction of secret keys out of the RSS becomes feasible in a V2I scenario. Numerical analysis shows that the proposed model can outperform, in terms of secret bit extraction rate, a frequency hopping-based method proposed in the literature.