CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In this work, we show the initial results of Acousto Optical Tunning Filter in hybrid configuration (HAOTF). This hibrid device have a feedback circuit that connect in SAW can be influence by output in only one mode polarization of the AOTF. Such the croostalk and transmission characteristic of AOTF dependent â output, result in behavior bistable. We analyze the input power by output power in device opering with continuos wave (CW), nonlinear (SPM) and without loss. Obtain the loop of bistability to display the relation between input power and output power considering parameters of AOTF, since: the product among coupling coefficient (κ ) and deviceâs length (ξL ), gain ( G ) and phase mismatching ( ∆β ). / Nesta dissertaÃÃo, apresentamos os resultados de um estudo sobre um AOTF numa configuraÃÃo hÃbrida, caracterizada pela presenÃa de um circuito de realimentaÃÃo. Este circuito de realimentaÃÃo permite que a tensÃo elÃtrica, aplicada ao transdutor (SAW), possa ser influenciada pela potencia de saÃda de uma das polarizaÃÃes do AOTF. Desta forma, a condiÃÃo de casamento de fase (freqÃÃncia de ressonÃncia) e as caracterÃsticas de transmissÃo do AOTF tornam-se dependentes da potencia de saÃda, resultando numa resposta biestÃvel. Inicialmente esta anÃlise consiste em observar a potÃncia do campo incidente pela potÃncia do campo emergente, com o dispositivo operando sob a aÃÃo de uma onda contÃnua no tempo (CW), em regime nÃo linear (SPM) e sem perdas. Neste sentido, obtemos as curvas de biestabilidade, mostrando a relaÃÃo entre as potÃncias de entrada e saÃda, em funÃÃo de diversos parÃmetros do AOTF, como: o produto entre a constante de acoplamento ( κ ) e o comprimento do dispositivo ( ξL ), alÃm do fator de conversÃo potencia - constante de propagaÃÃo de onda ( G ) e do descasamento de fase ( ∆β ).

Em sistemas MIMO multiusuÃrio, o transmissor pode selecionar um subconjunto de antenas e/ou usuÃrios que tÃm bons canais para maximizar o rendimento do sistema usando vÃrios critÃrios de seleÃÃo. AlÃm disso, os prÃ-codificadores podem proporcionar dimensÃes livres de interferÃncia. O alinhamento de interferÃncia (IA) à baseado no conceito de prÃ-codificaÃÃo e oferece diferentes compromissos entre complexidade e desempenho. A idÃia bÃsica do Alinhamento InterferÃncia consiste em prÃ-codificar os sinais transmitidos de maneira que os mesmos sejam alinhados no receptor, em que eles constituem interferÃncia, enquanto que ao mesmo tempo os separa do sinal desejado. No entanto, a InformaÃÃo do Estado do Canal (CSI) tem sido uma preocupaÃÃo para os pesquisadores porque ela tem um impacto no desempenho de algoritmos de IA. Assim, nos propomos a analisar o desempenho da seleÃÃo de antena e diversidade multiusuÃrio em conjunto, a fim de permitir o IA oportunista usando vÃrios critÃrios com relaÃÃo à perturbaÃÃo da CSI. AnÃlises e simulaÃÃes verificam o comportamento do esquema proposto. / In multiuser MIMO systems, the transmitter can select a subset of antennas and/or users which have good channel conditions to maximize the system throughput using various selection criteria. Furthermore, precoding can provide free interference dimensions. The Interference Alignment (IA) is based on the concept of precoding and it offers different trade-offs between complexity and performance. The basic idea of Interference Alignment consists in precoding the transmitted signals such that they are aligned at the receiver where they constitute interference, while at the same time disjointed from the desired signal. However, the Channel State Information (CSI) has been a concern because it impacts the performance of IA algorithms. Hence, we propose to analyze the performance of antenna selection and multiuser diversity together in order to allow opportunistic IA using several criteria over the disturbance of CSI. Analyses and simulations verify the behavior of the proposed scheme.

In this dissertation, the performance of cooperative cognitive systems with spectrum sharing is investigated. A low-complexity and high performance node selection strategy is proposed for two different of cooperative cognitive systems models. In the first model, the secondary network is composed by one source node that communicates with one among L destinations through a direct link and also assisted by one among N AF or DF relays nodes. The selected secondary destination employs a selection combining technique for choosing the best link (direct or dual-hop link) from the secondary source. Considering an underlay spectrum sharing approach, the secondary communication is performed taking into account an interference constraint, where the overall transmit power is limited by the interference at the primary receiver as well as by the maximum transmission power available at the respective nodes. An asymptotic analysis is carried out, revealing that the diversity order of the considered system is not affected by the interference, and equals to L + N. In the second model, by its turn, the secondary network is composed by one source, N AF or DF relays, and one destination. However, it is assumed the presence of M primary receivers. A relay selection strategy is proposed with the aim of maximing the end-to-end signal-to-noise ratio and, at the same time, to satisfy the interference constraints imposed by these primary receivers. After the relay selection procedure is performed, the secondary destination chooses the best path (direct link or relaying link) by employing a selection combining scheme. An asymptotic analysis is carried out, revealing that the system diversity order equals to N + 1, and showing that it is not affected neither by the number of primary receivers nor by the interference threshold. A close-form expression and an approximation for the outage probability is derived for the DF and AF protocols, respectively. / Nesta dissertaÃÃo, o desempenho de sistemas cooperativos cognitivos com compartilhamento espectral à investigado. Uma estratÃgia de seleÃÃo de nÃs de baixa complexidade e alto desempenho à proposta para dois modelos distintos de redes cooperativas cognitivas. No primeiro modelo, a rede secundÃria à composta por um nà fonte que comunica-se com um dentre L nÃs destinos atravÃs de um link direto e atravÃs de um dentre N nÃs relays decodifica-e-encaminha (DF) ou amplifica-e-encaminha (AF). O nà destino secundÃrio selecionado emprega uma tÃcnica de combinaÃÃo por seleÃÃo para selecionar o melhor link (direto ou auxiliar) a partir da fonte secundÃria. Considerando um ambiente com compartilhamento espectral, tem-se que a comunicaÃÃo secundÃria à realizada levando em consideraÃÃo uma restriÃÃo de interferÃncia, na qual a potÃncia de transmissÃo à governada pela interferÃncia no receptor primÃrio bem como pela mÃxima potÃncia de transmissÃo dos respectivos nÃs secundÃrios. Uma anÃlise assintÃtica à realizada, revelando que a ordem de diversidade do sistema nÃo à afetada pela interferÃncia, sendo igual a L + N. Jà no segundo modelo, a rede secundÃria à composta por uma fonte, N relays DF ou AF e um nà destino, no entanto assume-se a presenÃa de M receptores primÃrios. A seleÃÃo do relay deve satisfazer as restriÃÃes de interferÃncia impostas por estes Ãltimos. ApÃs a seleÃÃo de relay ser realizada, o nà destino seleciona o melhor caminho (link direto ou link via relay) proveniente da fonte utilizando um combinador por seleÃÃo. Uma anÃlise assintÃtica à realizada, revelando que a ordem de diversidade do esquema proposto iguala a N + 1, o que mostra que a mesma nÃo à afetada nem pelo nÃmero de receptores primÃrios nem pelo limiar de interferÃncia. Uma expressÃo em forma fechada para a probabilidade de outage à obtida para ambos protocolos cooperativos. SimulaÃÃes Monte Carlo sÃo apresentadas com o intuito de validar as anÃlises propostas.

Nesta dissertaÃÃo sÃo propostos mÃtodos baseados em processamento tensorial de sinais para a estimaÃÃo de parÃmetros em arranjos de antenas vetoriais elÃtricas (Tripolo), considerando diferentes estruturas de arranjos (ULA, L-shape e UPA). Inicialmente, à utilizado um arranjo em L-shape,resultando em um modelo tensorial de terceira ordem (3-D) que, junto ao algoritmo de estimaÃÃo T-ALS (do inglÃs, Trilinear Alternating Least Squares), possibilita a identificaÃÃo cega de pelo menos o dobro de fontes estimadas pelos modelos tradicionais. Em seguida, sob transmissÃo supervisionada, à proposto um mÃtodo alternativo, utilizando a decomposiÃÃo SVD, o qual à comparado ao mÃtodo tensorial com uso do algoritmo T-ALS. Uma segunda abordagem à proposta utilizando-se uma estrutura de arranjo planar de antenas (UPA), a qual faz uso de um modelo tensorial de quarta ordem (4-D) junto ao algoritmo de estimaÃÃo Q-ALS (do inglÃs, Quadrilinear Alternating Least Squares). Neste caso, um mÃtodo alternativo à proposto usando a fatoraÃÃo do produto de Khatri-Rao e uma anÃlise comparativa destes mÃtodos à realizada. Considerando-se o caso supervisionado, à feito ainda um estudo comparativo dos algoritmos Q-ALS, T-ALS e SVD, e um novo algoritmo, chamado Nested-SVD à proposto. Por fim, foi realizada a modelagem computacional do tripolo elÃtrico com uso de software de simulaÃÃo de alta frequÃncia (HFSS), possibilitando a extraÃÃo do parÃmetro de ganho espacial dos arranjos L-shape e UPA. Em seguida, à feita a avaliaÃÃo do desempenho dos mÃtodos tensoriais propostos usando este parÃmetro em uma situaÃÃo mais realista, e comparado ao desempenho usando modelos idealizados de arranjos de antenas com ganho unitÃrio e omnidirecional. O desempenho dos mÃtodos propostos à avaliado atravÃs de simulaÃÃes de Monte Carlo em diferentes cenÃrios e configuraÃÃes de arranjo / In this dissertation, we propose methods based on tensor signal processing for the parameter estimation in electric vector (Tripole) antenna arrays, considering different structures of arrays (ULA, L-shape and UPA). Initially, using a L-shape array, we develop a third order (3-D) tensor model for the received data. Based on this model, a trilinear alternating least squares (T-ALS) algorithm is used for the blind estimation of the sourceâs parameters. Then, under supervised transmission an alternative method is proposed by resorting to the SVD decomposition, which is compared to the T-ALS algorithm. A second approach is proposed, which is based on a uniform planar array antenna (UPA). In this case a fourth-order (4-D) tensor model is obtained, and the Q-ALS (Quadrilinear Alternating Least Squares) algorithm is used for parameter estimation. An alternative method is also proposed, which exploits the factorization of the Khatri-Rao product. Considering the supervised case, a new algorithm called Nested-SVD is proposed and a comparative study with Q-ALS, T-ALS and SVD algorithms is carried out. The performance of the proposed methods is evaluated through Monte Carlo simulations in different scenarios and array settings. Finally, computational modeling of electric tripole using the high frequency simulation software (HFSS) was performed, enabling the extraction of the L-shape and UPA spatial array gain. Then, the performance of the proposed tensor methods is evaluated in a more realistic scenario, and compared to idealized omnidirectional and unitary gain antenna array models

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / In this work, the performance of MIMO systems based on space-time coding is investigated through multilinear algebra, more specifically, by means of tensor decompositions, pulling away a bit from commonly used matrix models. We assume a system composed of P transmit and M receive antennas, consisting of a combination of a space-time block code (STBC) with a formatting filter. This filter is formed by a precoding matrix and a matrix that maps the precoded signal onto the transmit antennas. For the considered system, two contributions are presented to solve the problem of channel estimation. First, we propose a tensor-based channel estimation method for orthogonal STBCs in MIMO systems, by focusing on the specific case of the Alamouti scheme. We resort to a third order PARATUCK2 tensor model for the received signal, the third dimension of which is related to the presence of the formatting filter. By capitalizing on this tensor model, a channel estimation method based on the alternating least squares (ALS) algorithm is proposed. As a second contribution, a generalization of this method to an arbitrary nonorthogonal STBC is made, where a generalized structure is proposed for the formatting filter, introducing a fourth dimension into the tensor signal model. In this case, we make use of the PARATUCK(2-4) model followed by its reduction to a structured PARAFAC model, from which a closed-form solution to the channel estimation problem is established. The performance metrics considered for evaluating the proposed channel estimation method are: (I) the quality of the estimation in terms of NMSE and (II) the system reliability in terms of Bit Error Rate. / Neste trabalho, o desempenho de sistemas MIMO baseados em codificaÃÃo espaÃo temporal à investigado via Ãlgebra multilinear, mais especificamente, por meio de decomposiÃÃes tensoriais, afastando-se um pouco dos modelos matriciais comumente adotados. Assume-se um sistema composto de P antenas transmissoras e M receptoras, consistindo de uma combinaÃÃo de um cÃdigo espaÃo-temporal em bloco com um filtro formatador. Esse filtro à formado por uma matriz de prÃ-codificaÃÃo e uma matriz que mapeia os sinais prÃ-codificados nas antenas transmissoras. Para o sistema considerado, duas contribuiÃÃes sÃo apresentadas para solucionar o problema de estimaÃÃo de canal. Primeiro, à proposto um mÃtodo tensorial de estimaÃÃo de canal para STBCs ortogonais em sistemas MIMO, tomando-se como exemplo o esquema de Alamouti. Tal mÃtodo faz uso de um modelo tensorial PARATUCK2 de terceira ordem para o sinal recebido, cuja terceira dimensÃo està associada à presenÃa do filtro formatador. Aproveitando-se desse modelo tensorial, um mÃtodo de estimaÃÃo de canal baseado no algoritmo dos mÃnimos quadrados alternados à proposto. Como uma segunda contribuiÃÃo, uma generalizaÃÃo desse modelo para um STBC nÃo ortogonal arbitrÃrio à feita, em que uma estrutura generalizada à proposta para o filtro formatador, introduzindo uma quarta dimensÃo no modelo tensorial de sinal. Neste caso, faz-se uso do modelo PARATUCK(2-4) seguido pela sua reduÃÃo a um modelo PARAFAC estruturado, a partir do qual uma soluÃÃo em forma fechada para o problema de estimaÃÃo de canal à estabelecida. As mÃtricas de desempenho consideradas para avaliaÃÃo dos mÃtodos de estimaÃÃo de canal propostos sÃo: (I) A qualidade da estimaÃÃo do canal em termos de NMSE e (II) a confiabilidade do sistema em termos de Taxa de Erro de Bit.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / This work presents a new structure for an all-digital BPSK demodulator developed for space communications that performs simultaneously the sampling and down-conversion of the the intermediate frequency signal to the baseband signal. The most important aspect of this work is the design of a new interpolator to retrieve lost samples during the down conversion process, and also to simplify the demodulator implementation. This interpolator correlates the samples of the output signal in such way that it was necessary to design a optimum filter appropriate to process the samples corrupted by gaussian and colored noise. The effects of the new interpolation at the noise are analyzed as well as the way it affects the whole demodulator performance. After performing the optimum filtering, the phase and symbol offsets are estimated and corrected. For the phase, for example, it was used a DPLL (Digital Phase Locked Loop), a digital variation of the PLL, a well known structure and largely utilized in analogical electronics. The DPLL is a closed-loop structure that estimates and corrects the values for the angular which corresponds to the phase deviation caused by the offset between the transmitter and receiver oscilators. For the timing parameter estimation, it was used the Oerder&Meyer estimator that is the digital equivalent to the well known square timing recovery structure. After that, the correction is performed by an interpolation operation over the samples of the received signal, where a filter, named Farrow filter, is applied to these samples, calculating the new samples of that signal at the corrected time instants. This system is mathematically described, all the signals expressions of every stage of the demodulator are analyzed, including the noise statistics. Some computational simulation results are shown and the performance degradation is discussed. / Este trabalho apresenta um modelo de demodulador que realiza simultaneamente a conversÃo analÃgico-digital e a conversÃo em frequÃncia por amostragem em banda passante de um sinal com modulaÃÃo BPSK (Binary Phase Shift Keying) para aplicaÃÃo em enlaces espaciais. O aspecto mais importante do trabalho foi o desenvolvimento de uma nova operaÃÃo de interpolaÃÃo para recuperaÃÃo das amostras perdidas na conversÃo de frequÃncia e que simplifica a implementaÃÃo do demodulador. O interpolador correlaciona as amostras do sinal de forma que torna-se necessÃrio o projeto de um filtro Ãtimo apropriado para processar as amostras corrompidas e mitigar os efeitos do ruÃdo gaussiano e colorido. Os efeitos deste novo interpolador no ruÃdo sÃo analisados, assim como a forma em que ele afeta a performance do sistema. ApÃs a filtragem Ãtima, segue a correÃÃo dos erros de sincronismo de atraso de simbolo e de fase. Para a recuperaÃÃo do sincronismo de fase foi utilizado um DPLL (Digital Phase Locked Loop), uma variante digital de uma estrutura bastante conhecida e utilizada em eletrÃnica analÃgica. O DPLL à uma estrutura em malha fechada que estima e corrige os valores do desvio angular das amostras, o que corresponde ao devio provocado pela diferenÃa de fase entre os osciladores do transmissor e do receptor. Para a recuperaÃÃo do atraso de sÃmbolo foi utilizada, para estimaÃÃo do tempo de atraso, o estimador de Oerder&Meyer que à o equivalente digital da conhecida recuperaÃÃo de temporizaÃÃo em tempo contÃnuo com a lei quadrÃtica. ApÃs a estimaÃÃo ser realizada, à feita a correÃÃo deste atraso nas amostras do sinal recebido atravÃs de uma operaÃÃo de interpolaÃÃo, onde novos valores do sinal sÃo calculados para os instantes de tempo corrigidos. Essa operaÃÃo à realizada por um filtro interpolador, uma estrutura especial conhecida como estrutura de Farrow. O sistema proposto foi descrito matematicamente, sendo analisadas as expressÃes dos sinais nos diferentes estÃgios do conversor, bem como as estatÃsticas dos sinais de ruÃdo. Apresentam-se os resultados da simulaÃÃo computacional nos quais se avalia a perda no desempenho do demodulador, analisando suas causas.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A crescente demanda de mercado por serviÃos sem fio e a escassez de recursos de rÃdio apela mais do que nunca para a melhoria do desempenho dos sistema de comunicaÃÃo sem fio. Desse modo, à obrigatÃrio garantir o provimento de melhores serviÃos de rÃdio e aperfeiÃoar a cobertura e a capacidade, com isso aumentando o nÃmero de consumidores satisfeitos. Esta dissertaÃÃo lida com algoritmos de escalonamento, buscando a maximizaÃÃo e o controle adaptativo do Ãndice de satisfaÃÃo no enlace direto de uma rede de acesso baseado em frequÃncia, OFDMA (do inglÃs Orthogonal Frequency Division Multiple Acess , considerando diferentes modelos de trÃfego para serviÃos de tempo nÃo real, NRT (do inglÃs Non-Real Time ), e de tempo real, RT (do inglÃs Real Time ); e condiÃÃes de canal mais realistas, por exemplo, CSI imperfeitas. Com o intuito de resolver o problema de maximizaÃÃo de satisfaÃÃo com menor complexidade, uma abordagem com otimizaÃÃo de mÃltiplas camadas usa a teoria da utilidade para formular o problema como uma maximizaÃÃo de soma de taxa ponderada. Este estudo à focado no desenvolvimento de um framework baseado em utilidade empregando a funÃÃo log-logÃstica deslocada, que devido Ãs suas caracterÃsticas permite novas estratÃgias de escalonamento de priorizaÃÃo baseada em QoS e oportunismo de canal, para uma alocaÃÃo de potÃncia igualitÃria entre os recursos de frequÃncia. Visando a maximizaÃÃo da satisfaÃÃo de usuÃrios de serviÃos NRT e RT, dois algoritmos de escalonamento sÃo propostos: MTSM e MDSM, respectivamente. A modificaÃÃo dos parÃmetros da funÃÃo de utilidade log-logÃstica descolocada permite a implementaÃÃo de diferentes estratÃgias de distribuiÃÃo de recursos. Buscando controlar os nÃveis de satisfaÃÃo dos usuÃrios de serviÃos NRT, dois algoritmos adaptativos de escalonamento sÃo propostos: ATES e ASC. O algoritmo ATES realiza um controle da satisfaÃÃo mÃdia pela mudanÃa dinÃmica do parÃmetro de escala, permitindo uma estratÃgia estÃvel para lidar com o dilema entre satisfaÃÃo e capacidade. O algoritmo ASC à capaz de garantir uma variaÃÃo dinÃmica do parÃmetro de formato, garantindo um controle rigoroso dos nÃveis de satisfaÃÃo dos usuÃrios. SimulaÃÃes no nÃvel do sistema indicam o cumprimento do objetivo de desenvolvimento de algoritmos de escalonamento eficientes e de baixa complexidade capazes de maximizar e controlar os Ãndices de satisfaÃÃo. Estas estratÃgias podem ser Ãteis para o operador da rede, que se torna capaz de projetar e operar a rede de acordo com um perfil de satisfaÃÃo de usuÃrio. / The increasing market demand for wireless services and the scarcity of radio resources calls more than ever for the enhancement of the performance of wireless communication systems. Nowadays, it is mandatory to ensure the provision of better radio services and to improve coverage and capacity, thereby increasing the number of satisfied subscribers. This thesis deals with scheduling algorithms aiming at the maximization and adaptive control of the satisfaction index in the downlink of an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) network, considering different types of traffic models of Non-Real Time (NRT) and Real Time (RT) services; and more realistic channel conditions, e.g., imperfect Channel State Information (CSI). In order to solve the problem of maximizing the satisfaction with affordable complexity, a cross layer optimization approach uses the utility theory to formulate the problem as a weighted sum rate maximization. This study is focused on the development of an utility-based framework employing the shifted log-logistic function, which due to its characteristics allows novel scheduling strategies of Quality of Service (QoS)-based prioritization and channel opportunism, for an equal power allocationn among frequency resources. Aiming at the maximization of the satisfaction of users of NRT and RT services, two scheduling algorithms are proposed: Modified Throughput-based Satisfaction Maximization (MTSM) and Modified Delay-based Satisfaction Maximization (MDSM), respectively. The modification of parameters of the shifted log-logistic utility function enables different strategies of distribution of resources. Seeking to track satisfaction levels of users of NRT services, two adaptive scheduling algorithms are proposed: Adaptive Throughput-based Efficiency-Satisfaction Trade-Off (ATES) and Adaptive Satisfaction Control (ASC). The ATES algorithm performs an average satisfaction control by adaptively changing the scale parameter, using a feedback control loop that tracks the overall satisfaction of the users and keep it around the desired target value, enabling a stable strategy to deal with the trade-off between satisfaction and capacity. The ASC algorithm is able to ensure a dynamic variation of the shape parameter, guaranteeing a strict control of the user satisfaction levels. System level simulations indicate the accomplishment of the objective of development of efficient and low complexity scheduling algorithms able to maximize and control the satisfaction indexes. These strategies can be useful to the network operator who is able to design and operate the network according to a planned user satisfaction profile.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Ericsson Brasil / In this dissertation, we present a distributed data estimation and detection approach for the uplink of a network that uses CDMA at transmitters (users). The analyzed network can be represented by an undirected and connected graph, where the nodes use a distributed estimation algorithm based on consensus averaging to perform joint channel and symbol estimation using a receiver based on tensor signal processing. The centralized receiver, developed for a central base station, and the distributed receiver, developed for micro base stations, have their performances compared in a heterogeneous network. Then, two tensor-based receivers are proposed to be used in a relay-assisted network. In this case, the proposed receiver makes use of collaborative signal processing among relays to recover sources information before forwarding to the base station using a Decode-and-Forward protocol. The first receiver is based on the uncoded transmission of the tensor data reconstructed by the relays from the estimation of their factors matrix. The second one considers a tensor encoding of symbols estimated at the relays before transmission to the base station. The different proposed receivers are compared by means of computer simulations in terms of convergence and bit error rate. / Nesta dissertaÃÃo, apresentamos uma abordagem distribuÃda para a estimaÃÃo e detecÃÃo de dados para uplink em uma rede que emprega CDMA nos transmissores (usuÃrios). A rede analisada pode ser representada por um grafo sem direÃÃo e conectado, em que os nÃs fazem uso de um algoritmo de estimaÃÃo distribuÃda baseado em consenso mÃdio para realizar a estimaÃÃo conjunta de sÃmbolos transmitidos e do canal, utilizando um receptor baseado em processamento tensorial. O receptor centralizado, operando em uma EstaÃÃo RÃdio Base central, e o receptor distribuÃdo, operando em Micro EstaÃÃes RÃdio Base, tÃm seus desempenhos comparados em uma rede heterogÃnea. Em seguida, considerando-se uma rede assistida por repetidores, dois receptores tensoriais sÃo propostos. Neste caso, fazemos uso de um processamento de sinais colaborativo entre os repetidores para a recuperaÃÃo da informaÃÃo transmitida pela fonte, antes de ser encaminhada para estaÃÃo rÃdio base fazendo uso do protocolo Decode-and-Forward. O primeiro receptor à baseado na transmissÃo nÃo codificada do tensor de dados reconstruÃdo pelos repetidores a partir da estimaÃÃo de suas matrizes fatores. O segundo considera uma codificaÃÃo tensorial dos sÃmbolos previamente estimados nos repetidores antes da transmissÃo para estaÃÃo rÃdio base. Os diferentes receptores propostos sÃo comparados atravÃs de simulaÃÃes computacionais em termos de convergÃncia e taxa de erro de bit.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / As Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) sÃo exemplos de Resource-Constrained Networks (RCNs) nas quais recursos de processamento, armazenamento e energia sÃo limitados. A partir do momento em que uma RSSF tÃpica entra em funcionamento, decorre-se um intervalo de tempo, conhecido como tempo de vida da rede, durante o qual os nÃs sensores executam operaÃÃes de sensoriamento, processamento e comunicaÃÃo, consumindo energia de suas fontes (e.g. pilhas) atà valores mÃnimos de carga que os mantÃm em operaÃÃo. Estimar a priori a estrutura probabilÃstica/estocÃstica do tempo de vida de uma RSSF antes da sua implantaÃÃo fornece meios de elaborar estratÃgias de manutenÃÃo de forma a maximizar seu tempo de vida e de garantir que a rede sobreviverà tempo suficiente para cumprir seu objetivo. Assim sendo, esta dissertaÃÃo aborda os modelos Exponencial, Weibull e Log-Normal, comumente utilizados em estudos de AnÃlise de SobrevivÃncia, para obter estimativas do tempo de sobrevivÃncia de uma rede real a partir dos tempos de vida de seus nÃs observados em simulaÃÃo. Nossa hipÃtese de base à a de que a AnÃlise de SobrevivÃncia pode melhorar a acurÃcia da estimativa do tempo de vida de uma RSSF e, por conseguinte, o seu planejamento operacional. Aqui propomos respostas a trÃs questÃes em aberto na literatura: (i) quantos nÃs sensores irÃo sair de operaÃÃo durante o tempo de vida de uma RSSF (ii) em qual intervalo de tempo a maior parte dos nÃs vai sair de operaÃÃo (iii) por quanto tempo a rede permanecerà em funcionamento. / Wireless Sensor Networks (WSN) are examples of Resource-Constrained Networks (RCNs) in which processing resources, storage and energy are limited. From the moment a typical WSN goes into operation, the sensor nodes begin to perform operations like sensing, processing and communicating, consuming the stored energy in their batteries until its ends completely, a situation that is characterized like the death of the devices and consequently the network. Knowing a priori the expected lifetime of a WSN before deploying it, enables the development of maintenance strategies to maximize it lifespan and ensure that it survives enough time to accomplish it goal. Therefore, we propose in this work the use of Exponential, Weibull and Log-Normal models, which are commonly used in studies of Survival Analysis, to infer survival statistics of a real network from the lifespans of its nodes observed in simulation. Our hypothesis is that the Survival Analysis may improve the accuracy of estimating the lifetime of a WSN and, consequently, their operational planning. This work proposes answers to three questions which are open in the literature: (i) how many sensor nodes will die during the lifetime of a WSN (ii) in which time period most of the nodes will die (iii) for how long network will remains operational.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Ericsson Brasil / O aumento da demanda por serviÃos ricos em multimÃdia e a escassez do espectro eletromagnÃtico tÃm motivado a pesquisa de tecnologias capazes de aumentar a capacidade de sistemas sem fio sem requerer espectro adicional. Nesse contexto, comunicaÃÃes Dispositivo-a-Dispositivo (D2D, do inglÃs Device-to-Device) representam uma tecnologia promissora. Ao permitir comunicaÃÃo direta e de baixa potÃncia entre os dispositivos, comunicaÃÃes D2D levam a um maior e mais inteligente reuso dos recursos de rÃdio, permitindo um descongestionamento da rede de transporte de dados. Como resultado, a capacidade total do sistema e especialmente a eficiÃncia espectral sÃo aumentadas; e a proximidade entre os dispositivos permitem transferÃncias de dados com baixo atraso e altas taxas de dados, sem requerer potÃncia extra da bateria dos dispositivos. Entretanto, com o objetivo de tornar real os potenciais ganhos de comunicaÃÃes D2D como uma rede secundÃria da celular (primÃria), algumas questÃes chave precisam ser controladas. Assumindo que os dispositivos se comunicando estÃo cientes um do outro, a condiÃÃo do enlace (canal) deve ser avaliada. Caso seja benÃfica, tÃcnicas de GestÃo de recursos de rÃdio (RRM, do inglÃs Radio Resource Management) sÃo empregadas para que a interferÃncia co-canal causada nos dispositivos celulares seja mitigada. Tais tÃcnicas podem ser resumidas como: agrupamento, seleÃÃo de modo e controle de potÃncia. Nessa dissertaÃÃo, eu foco a minha atenÃÃo para RRM em comunicaÃÃes D2D subjacentes a redes LTE, e para as principais tÃcnicas de RRM para mitigar a interferÃncia co-canal. Objetivando a reduÃÃo da interferÃncia intra-celular e na melhoria da eficiÃncia espectral, eu formulo um problema conjunto de agrupamento e controle de potÃncia. Entretanto, devido à sua complexidade eu proponho mÃtodos sub-Ãtimos para agrupar usuÃrios celulares e D2D com o objetivo de minimizar a interferÃncia intra-celular, levando em conta a ortogonalidade espacial entre os usuÃrios que compartilham o recurso. AlÃm disso, eu analiso mÃtodos para decidir se um candidato D2D deveria se comunicar diretamente ou de modo convencional atravÃs da estaÃÃo rÃdio-base (eNB, do inglÃs Evolved Node B). Os resultados mostram que comunicaÃÃes D2D conseguem melhorar a eficiÃncia espectral do sistema e que a maioria dos ganhos pode ser alcanÃada agrupando de forma adequada os usuÃrios para compartilhar recursos baseando-se em projeÃÃes sucessivas e ortogonais, assim como combinando diferentes mÃtricas de compatibilidade espacial. AlÃm disso, nessa dissertaÃÃo eu argumento que tecnologias D2D podem ser usadas para aumentar ainda mais a eficiÃncia espectral e energÃtica se os parÃmetros chave dos algoritmos de RRM forem adequadamente estendidos para comunicaÃÃes D2D em mÃltiplos saltos. Especificamente, eu proponho um novo algoritmo distribuÃdo de controle de potÃncia baseado em maximizaÃÃo da utilidade que à capaz de equilibrar eficiÃncia espectral e energÃtica, enquanto leva em consideraÃÃo a seleÃÃo de modo e restriÃÃes na alocaÃÃo de recursos inerentes à integraÃÃo do ambiente celular-D2D. Os resultados numÃricos mostram que comunicaÃÃes D2D em mÃltiplos saltos combinadas com o algoritmo de controle de potÃncia proposto sÃo Ãteis nÃo apenas para colher os potenciais ganhos identificados na literatura, mas tambÃm para estender a cobertura de redes celulares. / The increasing demand for fast multimedia services and the scarcity of electromagnetic spectrum has motivated the research of technologies able to increase the capacity of wireless systems without requiring additional spectrum. In this context, Device-to-Device (D2D) communication represents a promising technology. By enabling direct and low-power communication among devices, D2D communication leads to an increased and intelligent spatial reuse of radio resources allowing to offload the data transport network. As a result, the overall system capacity and specially the spectral efficiency is increased; and the proximity between devices allows data transfer with low delays and high rates without requiring extra power from devicesâ batteries. However, in order to realize the potential gains of D2D communications as a secondary network of the cellular (primary) one, some key issues must be tackled. Assuming that the communicating devices are aware of each other, the actual link (channel) conditions must be evaluated. If beneficial, Radio Resource Management (RRM) techniques would be employed so that the co-channel interference caused in cellular devices would be mitigated. Such techniques may be summarized as: grouping, mode selection, and power control. In this thesis, I focus my attention on the RRM for D2D communications underlaying a Long Term Evolution (LTE)-like network, and the main RRM techniques to mitigate the co-channel interference. Aiming at the reduction of the intra-cell interference and at the improvement of spectral efficiency, I formulate a joint grouping and power allocation problem. However, due to its complexity I propose suboptimal methods to group cellular and D2D User Equipments (UEs) with the goal of minimizing intra-cell interference, taking into account spatial orthogonality between the UEs that share the same resources. In addition, I analyze methods to decide if D2D-capable UEs should communicate directly to one another or in the conventional way via the Evolved Node B (eNB). The results show that D2D communications can improve the spectral efficiency of the system and that most of this improvement can be achieved by suitably grouping the UEs for sharing resources based on successive orthogonal projections and matching different spatial compatibility metrics. Moreover, in this thesis I argue that D2D technology can be used to further increase the spectral and energy efficiency if the key D2D RRM algorithms are suitably extended to support network assisted multi-hop D2D communications. Specifically I propose a novel, distributed utility maximizing power control (PC) scheme that is able to balance spectral and energy efficiency while taking into account mode selection and resource allocation constraints that are important in the integrated cellular-D2D environment. The analysis and numerical results indicate that multi-hop D2D communications combined with the proposed PC scheme can be useful not only for harvesting the potential gains previously identified in the literature, but also for extending the coverage of cellular networks.