02 - Mestrado - Engenharia Elétrica
URI Permanente para esta coleção
Navegar
Submissões Recentes
Item Modelagem em espaço de estados aplicado à Fonte Δ de Impedância(2022-07-06) Pessôa, Guilherme Almeida; Silva, Newton da; França, José Alexandre de; Nascimento, Claudinor BittencourtThis work deals with the mathematical modeling of the Source ? of Impedance. initially is presenting what an impedance source is by using examples and applications, indicating where the ? Source stands out among the other sources and also explaining its form of operation. In the modeling, the average state space technique is used, applied to the Source ? and two main highlights are obtained: The simple transfer function and compact due to the use of the magnetizing current of the coupled inductor as a variable of state, and the analysis of the effects of the resistor in series with the capacitor in relation to the voltage capacitor average. For the validation of the mathematical model, the methods simulation and experimental data collection. The following are performed in the simulation: tests: frequency sweep, load step in open loop and loop system closed circuit and sweep through the duty cycle value to ascertain series resistor effects with the capacitor. For the collection of experimental data, a prototype was designed and about tests were carried out: load steps with the controlled prototype and a sweep of the duty cycle with additional resistor in series with the capacitor. In both processes of validation the theoretical data are corroboratedItem Avaliação de aprendizagem LBP para segmentação semântica de pavimentação asfáltica baseada em U-Net(2024-07-30) Yui, Mauricio Kendi; Melo, Leonimer Flávio de; França, Maria Bernadete de Morais; Batista, Daniel Strufali; Souza, Wesley Angelino deA direção autônoma emerge naturalmente do notável avanço demonstrado pela Inteligência Artificial (IA) nos últimos anos, impulsionada, em grande parte, pelo desenvolvimento contínuo de recursos de hardware e software. Nesse contexto, este trabalho propõe a aplicação de ferramentas de IA, mais especificamente no domínio da Aprendizagem Profunda, para realizar a segmentação semântica de pavimentações asfálticas em imagens rasterizadas. A abordagem adotada utiliza a rede neural U-Net para alcançar esse objetivo, enquanto o algoritmo Local Binary Pattern (LBP) é investigado devido à sua vantagem declarada de invariância luminosa. Este trabalho contribui ao validar que a integração do algoritmo LBP pode aprimorar o desempenho da rede neural U-Net, especialmente em condições não previstas na base de dados de treinamento original.Item Reconfigurable intelligent surfaces driven B5G networks: an analytical performance perspective(2023-07-30) Souza Junior, Wilson de; Abrão, Taufik; Amiri, Abolfazl; Jacob, Jaime LaelsonComunicação Massiva do Tipo Máquina (mMTC), Banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB) e Comunicação de Baixa Latência e Ultra Confiabilidade (URLLC) desempenharão uma função muito importante nas redes de comunicação atuais Além da Quinta Geração (B5G) do que nas redes de comunicação de Quinta Geração (5G), cujo objetivo é operar em cenários futuros como casas inteligentes, fábricas inteligentes, transporte e dirigibilidade inteligentes, bem como dar suporte à comunicação ubíqua em todos outros ambientes práticos previstos para estarem inclusos, na então denominada, Indústria 4.0. Evidentemente, a demanda por taxas de dados nestes cenários serão fortemente aumentadas devido aos inúmeros serviços a serem ofertados. Ademais, o número de dispositivos conectados tem crescido exponencialmente, uma vez que a Internet das Coisas (IoT) será essencial para se atingir o futuro projetado. Para atender todos estes cenários com serviços de alta qualidade, novas tecnologias serão necessárias, uma vez que as tecnologias existentes não serão eficientes em atender simultaneamente todas as demandas dessas redes de comunicação. Além disso, uma vez que os recursos de rádios são escassos, é desafiador desenvolver novos métodos para fornecer qualidade de serviço aceitável aos usuários enquanto simultaneamente deve-se atender aos requisitos necessários para uma comunicação sustentável. Considerando os desafios mencionados anteriormente, nesta Qualificação de Mestrado nós discutimos o impacto de se aplicar uma nova tecnologia promissora em sistemas de comunicação denominada Superfície Inteligente Reconfigurável (RIS) através da sua forma convencional, bem como sua derivação avançada denominada RIS de Transmissão e Reflexão Simultânea (STAR-RIS), tendo em vista obter uma compreensão abrangente de como a RIS pode impactar métricas de desempenho importantes, nas atuais redes de comunicação, como confiabilidade, taxa de dados e eficiência energética. Associada à tecnologia habilitadora RIS, também integramos ao esquema de transmissão as estruturas de Múltiplas-Entradas Múltiplas-Saidas massiva (mMIMO) e o esquema de Múltiplo Acesso não-Ortogonal (NOMA) com intuito de caracterizar o potencial operacional destas tecnologias em conjunto com a RIS. Além disso, neste trabalho, nós focamos na comunicação sustentável através dos estudos em comunicação cooperativa com ajuda de Transmissão Simultânea de Energia e Informação (SWIPT), bem como desenvolvemos uma análise sobre seleção do número de antenas na estacão rádio-base e seleção do número de elementos da RIS visando incrementar a Eficiência Energética (EE) e Eficiência Espectral (SE) enquanto mantém altos índices de confiabilidade de comunicação. Por fim, neste trabalho, predominantemente, utilizamos uma extensa abordagem analítica para a descrição de cada problema e respectiva solução proposta buscando entender sistematicamente o impacto de cada parâmetro no desempenho do sistema como um todo, incluindo probabilidade de outage, EE, SE, confiabilidade, bem como reduzir a complexidade dos sistemas de transmissão, propondo algoritmos quase-ótimos eficientes, tendo em vista adequar suas operações aos problemas práticos no mundo real.Item Desempenho e otimização de sistemas de comunicação sem-fio MIMO com elevado número de antenas(2014-11-19) Marinello Filho, José Carlos; Abrão, Taufik; Panazio, Cristiano Magalhães; Angélico, Bruno AugustoNeste trabalho, diferentes aspectos de sistemas de comunicação sem-_o empregando múltiplas antenas transmissoras e receptoras (multiple-input-multiple-output) (MIMO) são abordados, privilegiando a análise dos sistemas com elevada dimensionalidade, de forma a avaliar cenários onde características MIMO desejáveis possam ser exploradas. Assim, na primeira parte deste trabalho, um esquema de detecção aplicado ao uplink de tais sistemas é proposto, o qual combina as técnicas de redução treliça (lattice reduction) (LR) e otimização por colônia de formigas (ant colony optimization) (ACO), sendo o seu desempenho avaliado para elevadas dimensões do sistema (até 20_20, 4-QAM) e canais espacialmente correlacionados, apresentando um bom compromisso desempenho X complexidade. Na segunda parte do trabalho, o foco passa a ser a otimização do downlink de sistemas MIMO: uma formulação convexa para o problema da transmissão multiusuário (multiuser transmission) (MuT) visando a minimização da taxa de erro de bit (MinBER) é desenvolvida, a partir da qual diversos métodos de otimização determinísticos e heurísticos são aplicados. Ao final da análise desenvolvida, conclui-se que a técnica proposta busca em linha quase-Newton - função penalidade (line search quasi- Newton - penalty function) (LSQN-PF) apresentou o melhor compromisso desempenho X complexidade para elevadas dimensões de sistema. Na terceira parte do trabalho, analisa-se sistemas multi-celulares não cooperativos baseados em duplexagem por divisão de tempo (time division duplex ) (TDD), em que uma enorme quantidade de antenas é empregada na estação rádio-base (base station) (BS), sendo a informação de estado do canal (channel state information) (CSI) estimada por meio da transmissão de sequências piloto no uplink. Nesse cenário, caracterizase o desempenho sob a métrica da taxa de erro de bit (bit-error-rate) (BER) para a condição limite do número de antenas na BS tendendo a infinito, derivando-se expressões e comprovando sua validade por meio de simulações computacionais. Então, com base na expressão derivada e em outras presentes na literatura, uma metodologia de otimização do sistema é proposta, a qual consiste em distribuir as sequências de treinamento entre os usuários da célula de forma eficiente.Item Planejamento da expansão de redes de transmissão considerando compensação capacitiva série e perdas de potência AtivaHuanca, Dany Huamanñahui; Gallego Pareja, Luis Alfonso [Orientador]; Franco, Edgar Manuel Carreno; Maciel, Renan SilvaResumo: Neste trabalho soluciona-se o problema de planejamento da expansão de redes de trans missão (PERT) através do modelo de fluxo de potência DC com alocação ótima de dis positivos de compensação capacitiva série (CCS) e perdas de potência ativa O objetivo do planejamento é encontrar onde, quanto e quando deve ser realizada a instalação de novos elementos (linhas de transmissivo, transformadores, dispositivos CCS, linhas DC, unidades de armazenamento e geradores distribuídos), respeitando uma série de restrições elétricas para garantir o atendimento da demanda futura O problema PERT é formu lado como um problema de programação não linear inteiro misto (PNLIM) Além disso um algoritmo metaheurístico baseado no algoritmo genético de Chu-Beasley (AGCB) é implementado para adicionar linhas de transmissão e dispositivos CCS Ademais, é em pregado um algoritmo heurístico construtivo de Villasana-Garver (HCVG) para tornar factível a configuração proposta pelo AGCB, caso a configuração seja infactível Além disso, são apresentadas duas metodologias para representar as perdas de potência A primeira metodologia, emprega o fluxo de potência DC tradicional, e a segunda metodo logia está baseada em um processo de linearização por partes Para medir a eficiência e eficácia da metodologia proposta, quando se considera o planejamento com dispositivos CCS são testados os sistemas: Garver de 6 barras, IEEE-24, sul brasileiro de 46 barras, colombiano 93 barras e o sistema norte-noroeste brasileiro de 87 barras Quando o plane jamento considera somente perdas de potência são testados os sistemas: Garver, IEEE-24 e sul brasileiro Finalmente, quando o planejamento é considerado com dispositivos CCS e perdas de potência conjuntamente são testados os seguintes sistemas: sistema Garver, IEEE-24 e o sistema sul brasileiro de 46 barras Os resultados mostrados neste trabalho foram satisfatórios e competitivos para uma adequada comparação com a literatura espe cializadaItem Machine learning applied to cooperative spectrum sensing in cognitive radiosTavares, Caio Henrique Azolini; Abrão, Taufik [Orientador]; Proença Junior, Mario Lemes; Marinello Filho, José CarlosResumo: Nesta Dissertação discute-se a tarefa de sensoriamento espectral cooperativo em rádios cognitivos baseada em ferramentas estatísticas e de aprendizado de máquina Considerando o uso de detectores de energia nos usuários secundários (SU), compara-se a aplicação de diferentes ferramentas de tomada de decisão como forma de combinar o nível de energia obtido em cada SU Através de análise estatística do nível de energia, o modelo proposto Weighted Bayesian combina as probabilidades a posteriori de ocupação de canal obtidas em cada SU, ponderadas pela respectiva taxa de sinal-ruído (SNR), de forma a obter uma decisão que, por sua vez, é transmitida de volta aos usuários secundários Com o objetivo de suprimir a necessidade de obter e transmitir o nível de SNR nos SUs, compara-se a aplicação de três modelos de aprendizado de máquina, a saber naive Bayes, rede neural feed-forward e máquina de vetor de suporte (SVM), como forma de estimar a probabilidade a posteriori de ocupação do canal baseada somente no nível de energia e um conjunto de treinamento Resultados numéricos mostraram que todos os três modelos obtiveram uma performance próxima da ótima definida pela técnica maximum ratio combining, especialmente a técnica SVM com kernel linear Por fim, o objetivo desta Dissertação é prover uma análise abrangente de diferentes técnicas de tomada de decisão em cenários realistas de sensoriamento espectral cooperativo, considerando a complexidade computacional de se treinar modelos de aprendizado de máquinaItem Otimização convexa e heurística em detectores MIMO-OFDM e MIMO em larga escala : desempenho e complexidadeFukuda, Rafael Masashi; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Scalassara, Paulo RogérioResumo: A detecção é uma etapa importante durante a recuperação da informação transmitida no lado do receptor Porém, a solução ótima Maximum-Likelihood (ML) verifica todas as combinações possíveis (solução por força bruta) para encontrar o vetor solução resultando em alta complexidade computacional sendo pouco adequada para aplicações práticas Nessa Dissertação de Mestrado, duas abordagens são consideradas buscando melhorar o compromisso entre complexidade e desempenho: os algoritmos heurísticos e a otimização convexa O primeiro trabalho é focado na aplicação de duas técnicas heurísticas evolutivas chamadas Particle Swarm Optimization (PSO) e Differential Evolution (DE) na detecção em sistemas Multiple Input Multiple Output combinados com Orthogonal Frequency Dvision Multiplexing (MIMO-OFDM) em cenários com correlação espacial entre as antenas, sendo a performance dos detectores e a complexidade computacional são caracterizadas O segundo trabalho é uma extensão do primeiro e aborda a utilização de detectores híbridos que são uma combinação entre detectores lineares com os algoritmos heurísticos Com os detectores híbridos, a convergência dos algoritmos é acelerada e, consequentemente, a complexidade computacional é reduzida substancialmente, enquanto mantém performance similar aos detectores heurísticos puros utilizando o PSO e DE No terceiro trabalho, o framework de otimização convexa é considerado no contexto de sistemas Massive MIMO (MMIMO) com grande número de antenas O trabalho é dividido em duas partes principais Na primeira, foram considerados detectores formulados como Linear Programming (LP) e Quadratic Programming (QP) e Semidefinite Programming (SDP) analisados em cenários realistas considerando erro na estimativa do canal, correlação espacial, carregamento do sistema e diferentes ordens de modulação Na segunda parte, a utilização de algoritmos projetados é proposta para resolver o detector formulado como QP, a complexidade computacional dos algoritmos é caracterizada em termos de Floating Point Operations (flops), e a influência de características específicas do sistema M-MIMO, particularmente o channel hardening), na redução do número de iterações dos algoritmos projetados é ilustrada através de simulações numéricasItem Algoritmos para auxílio no diagnóstico de doenças pulmonares utilizando inteligência artificialChichanoski, Gustavo; França, Maria Bernadete de Morais [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Morais, Flávio José de OliveiraResumo: O mundo vem sofrendo com o corona vírus desde 219, quando o primeiro caso foi re latado, desde então foi disseminado por todo o mundo, causando perdas econômicas e humanas O presente trabalho visa desenvolver um software para o diagnósticos visual de doenças pulmonares utilizando imagens de raio-x como base para o treinamento de redes neurais, visando ser mais esclarecedor da gravidade da doença Utilizando datasets fornecidos gratuitamente pelos governos Americano e Chinês, foi realizado a segmentação do pulmão da imagem de raio-x, realizando o treinamento com recortes das imagens para o treinamento local Após essa etapa, a rede realiza diversos recortes na imagem passando todas eles pela rede, gerando o vetor de probabilidade da imagem original Esse processo foi repetido para cada rede Assim a análise do entendimento da rede foi feita através do Grad-CAM gerado pelos modelos de redes pré treinadas através da transferência de aprendizado ResNet5V2, DenseNet121, InceptionResnetV2 e VGG-19, obtendo desem penho nos parâmetros de precisão e especificidade melhores que a literatura de referênciaItem Auto-alinhamento para sistemas de navegação inercial usando algoritmo REQUEST com estimador de bias e redes neurais artificiaisCampos, Rhelmuthe Elísio Dias; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; França, José Alexandre de; Goedtel, AlessandroResumo: O problema do alinhamento de Sistemas de navegação inercial (SNI) é encontrar uma matriz de atitude inicial Métodos tradicionalmente aplicados para realizar o auto-alinhamento utilizam a gravidade, a taxa de rotação da Terra e as medidas inerciais para isso No entanto, o ruído presente em sensores inerciais diminui a precisão e a rapidez deste processo Normalmente, as soluções convencionais implementam um processo de duas etapas, primeiro realizam um cálculo analítico da atitude, seguido da estimação da atitude usando filtros Para investigar uma alternativa a tais métodos, este trabalho propõem a solução grosseira através do uso do algoritmo REQUEST A fim de otimizar e buscar uma solução ainda mais rápida, também é aplicado o uso de uma Rede Neural Artificial (RNA e um estimador de bias para melhorar o algoritmo REQUEST Para avaliar os métodos propostos, o trabalho utiliza dados simulados e dados de um SNI comercial, e os resultados obtidos são comparados com uma solução tradicionalmente empregada na literatura, através do algoritmo TRIAD Os resultados obtidos mostram que o algoritmo REQUEST apresentou melhor estimativa do que a solução usando TRIAD Ademais, a inclusão da rede neural e do estimador de biais no sistema foi promissora, já que melhorou significativamente seu desempenhoItem Sistema de navegação autônoma para plataforma robótica móvel com restrições não-holonômicasZamaia, Jessica Fernanda Pereira; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; França, Maria Bernadete de Morais; Granziera Junior, Francisco; Agulhari, Cristiano MarcosResumo: Este trabalho descreve o processo de desenvolvimento de um protótipo robótico móvel, autônomo, com restrições não-holonômicas e sistema de tração diferencial, capaz de traçar rotas predefinidas e desviar de possíveis obstáculos presentes em seu trajeto através da aplicação de algoritmos de navegação autônoma A modelagem cinemática e dinâmica é realizada e resulta em equações para o posicionamento do robô em um plano, bem como a sua representação em espaços de estados Modelagens essas que são aplicadas a simulações do sistema em ambiente virtual e para sua verificação de estabilidade Simulações do robô em navegação sobre linha reta, circunferência completa e dois algoritmos de desvio são executadas com a utilização do software Matlab e, por fim, são realizadas implementações em cinco diferentes ambientes reais de aplicação Dados são colhidos durante a execução de trajetórias propostas em ambiente real e os mesmos são aplicados em um simulador de trajetória, que permite a visualização dos percursos traçados de forma gráfica Conclui-se a pesquisa com a comparação entre rotas de navegação simuladas em ambiente virtual e rotas traçadas em ambiente real, obtenção de erro entre elas e as devidas conclusões são apresentadas validando os algoritmos de navegação autônoma propostosItem Cognitive radio : spectrum sensing and optimal resource allocationClaudino, Lucas dos Santos Araujo; Abrão, Taufik [Orientador]; Durand, Fábio Renan; Brante, Glauber Gomes de OliveiraResumo: Redes de Rádio Cognitivo constituem uma tecnologia recente que busca fazer o uso otimizado do espectro de frequências, que jáestá super-utilizado Essa tecnologia oferece meios para portadores de licensa compartilhar sua banda de frequências com outros usuários para possibilitar o uso eficiente e também recerber certos benefícios em troca, como descontos ou aumento do tempo de validade da licensa Dado que essa tecnologia é relativamente recente, os seus estudos estão ainda incompletos e precisam de uma pesquisa mais aprofundada A fim de contribuir com a literatura, este trabalho trás importantes contrubuições para diferentes áreas do Rádio Cognitivo Primeiramente, várias técnicas de sensoriamento espectral como Filtro Casado, Sensor de Energia, Sensor de Razão de Hadamard ou Sensor de Valor Absoluto de Covariância são analisados Todos esses detectores são estudados e comparados de modo a oferecer ao leitor uma ampla visão sobre todas suas características, fraquezas e pontos fortes Após esse estudo, o sensor mais promissor é escolhido para ser aplicado em um cenário realístico de transmissão sem fio Escolheu-se o sensor de Razão de Hadamard, dado sua capacidade de prover altas taxas de detecção, baixa detecção errada ou alarme falso com um número necessário de amostras relativamente baixo A segunda parte desta Dissertação é baseada em técnicas de otimização não linear que buscam maximizar a soma das capacidades de uma rede de rádio cognitivo Uma MISO-CRN (Multiple-Input Multiple-Output Cognitive Radio Network) foi escolhida como arquitetura de aplicação e sua otimização foi divida em duas partes: cancelamento de interferência e alocação de potência Essa técnica é conhecida como Zero Forcing-Water Filing, e alcança a capacidade máxima de transmissão sob certas configurações de sistema e canal Além disso, esta pesquisa desenvolveu também uma aproximação prática para encontrar o número ótimo de usuários secundários ativos que proporcione a máxima capacidade da rede Essa é uma ferramenta muito útil, uma vez que pode prover uma maneira simples de escolha do número permitido de usuários secundários para um certo cenário Finalmente, técnicas de estimativa de canal aplicadas a redes de rádio cognitivo são estudadas A transmissão completa em banda-base equivalente é descrita, a qual inclui a transmissão de sequência piloto, a estimativa da matriz de canal e uso dessa estimativa para gerar a matriz ótima de precodificação Além disso, analisou-se o efeito da estimativa imperfeita do canal no sistema de transmissão com precodificação, na tentativa de se encontrar técnicas para superar esses problemas e melhorar o desempenho do sistema de comunicação com múltiplas antenasItem Comunicação em banda larga MIMO via rede elétrica aérea de média e alta tensão com retorno da corrente através do soloArns, Heitor Henrique Freire; Abrão, Taufik [Orientador]; Casella, Ivan Roberto Santana; Durand, Fábio Renan; Silva, Newton daResumo: Neste trabalho, estuda-se o uso da infraestrutura de redes elétricas aéreas de média (entre 1 kV e 36,2 kV) e alta tensão (acima de 36,2 kV) para comunicação em banda larga, método conhecido como comunicação via rede elétrica (Powerline Communications) (PLC) Inicialmente exploram-se duas formulações para a modelagem da linha de transmissão de energia elétrica em altas frequências que incluem o possível caminho da corrente pelo solo, de Carson e D'Amore A seguir são exploradas duas formas de modelar a função de transferência do canal de única entrada e única saída (Single-Input Single-Output) (SISO) para PLC de média e a alta tensão São usados os modelos por multipercurso, de Zimmermann e Dostert, e por matriz ABCD Realizam-se simulações comparativas, com intuito de conhecer o efeito das extensões das linhas principais e derivadas da rede na atenuação do canal Ao final, são elaboradas combinações lineares matriciais para obter um modelo determinístico do canal de múltiplas entradas e múltiplas saídas (Multiple-Input Multiple-Output) (MIMO) para PLC de média ou alta tensão com retorno pelo solo, o qual tem seu desempenho comparado ao canal SISO-PLCItem Estudo de técnicas de controle PID para alocação de potência em redes ópticas passivas de próxima geraçãoAlves,Thiago Augusto Bruza; Durand, Fábio Renan [Orientador]; Melo, Leonimer Flávio de; Agulhari, Cristiano MarcosResumo: Neste trabalho são estudados os algoritmos de controle de potência distribuídos (DPCA - Distributed Power Control Algorithm) baseados nos modelos de Foschini/ Miljanic (FM) e Verhulst (V) e a composição desses modelos com o controle Proporcional-Integral-Derivativo para as novas gerações das redes ópticas passivas (NG-PON - New Generation - Passive Optical Network) A proposta de arquitetura NG-PON utilizada é a 4G-OCDMA-PON (OCDMA - Optical Code Division Multiple Access) Nos DPCA-V e FM que representam a teoria de controle clássica, está presente a parcela integrativa, e apresentam limitações na precisão das estimativas da razão sinal-ruído mais interferência (SNIR - Signal to Noise Plus Interference Ratio) em ambientes de sinal fraco O desenvolvimento dos DPCA-PID-FM e DPCA-PID-V, baseados em PID e originados dos DPCAFM e DPCA-V foram desenvolvidos para melhorar a precisão na estimativa da SNIR Os principais resultados mostram que o DPCA-FM atinge a convergência com menor número de iterações do que o DPCA-V para boas situações de SNIR No entanto, em cenários de sinal fraco, o DPCA-V apresenta menor discrepância do vetor de potência ótima (obtido através de inversão de matriz) e melhor taxa de convergência do que o DPCA-FM Neste sentido, o DPCA-PID-V não apresenta impacto significativo sobre a tendência e a velocidade de convergência em comparação com o DPCA-V O acréscimo das parcelas proporcionais e diferenciais ao DPCA-V para a criação do DPCA-PID-V com parâmetros de sintonia do PID obtidos empiricamente não apresentou impacto significativo na tendência e na velocidade de convergência Por outro lado, o DPCA-PID-FM muda a tendência de não convergência do DPCA-FM Finalmente, o aumento do erro da estimativa de canal faz com que em todos os DPCAs aumentem o erro quadrático médio normalizado (NMSE - Normalized Mean Square Error) de convergência Adota-se o uso da técnica de otimização por enxame de partícula (PSO - Particle Swarm Optimization) para o ajuste dos ganhos, realizando a sintonia do PID, obtendo resultados satisfatórios com incremento na velocidade de convergência do DPCA-PID-FM com 32 e 48 unidades de rede ópticas (ONU - Optical Network Unit)Item Efficient detection : from conventional Mimo to massive Mimo communication systemsNegrão, João Lucas; Abrão, Taufik [Orientador]; Scalassara, Paulo Rogério; Durand, Fábio RenanResumo: Ao longo deste trabalho, problemas relacionados aos sistemas de comunicação equipados com múltiplas antenas no transmissor e receptor (MIMO - Multiple- Input Multiple-Output) são analisados sob o ponto de vista de detecção clássica, da otimização não-linear, bem como da pré-codificação linear, desde MIMO convencional (algumas antenas no Tx e Rx) até sistemas MIMO de larga-escala (massivo) Inicialmente, a eficiência de detecção de vários detectores MIMO foi analisada sob a prerrogativa de canais altamente correlacionados, situação em que sistemas MIMO apresentam elevada perda de desempenho, além de, em alguns casos, uma crescente complexidade Diante deste cenário, foi estudado especificamente o comportamento em termos do compromisso complexidade x taxa de erro de bits (BER - Bit Error Rate), para diferentes técnicas de detecção, como o cancelamento de interferências sucessivo (SIC), redução treliça (LR), bem como a combinação de cada uma destas às técnicas lineares de detecção Nessa análise, também foram considerados diferentes estruturas de antenas uniformes com arranjos geométricos lineares (ULA - uniform linear array) e de arranjo planar (UPA - uniform planar array) em ambos transmissor e receptor Além disso, também foram considerados diferentes número de antenas e ordem de modulação Em seguida, o problema de detecção MIMO foi estudado sob uma perspectiva de otimização não-linear, visando especificamente alcançar o desempenho ótimo Foi analisada a solução de detecção com relaxação semi-definida (SDR - semi- definite relaxation) O detector SDR-MIMO é uma abordagem eficiente capaz de atingir o desempenho muito próximo ao ótimo, especialmente para baixas e médias ordens de modulação Concentramos nossos esforços no desenvolvimento de uma aproximação computacionalmente eficiente para o algoritmo de detecção de máxima verossimilhança (ML - Maximum Likelihood) MIMO baseado na programação semi-definida (SDP - Semidefinite Programming) para as constelações M-QAM Finalmente, estuda-se um problema de alocação de potência com o objetivo de maximizar a capacidade de um canal de broadcasting MIMO massivo em uma única célula equipada com pré-codificação forçagem à zero (ZFBF - zero-forcing beamforming) e inversão de canal regularizado (RCI - regularized channel inversion) na estação rádio base (BS) Nosso objetivo é investigar esse problema considerando um sistema massivo no limite, ou seja, quando o número de usuários, K, e antenas na BS, M, tendem ao infinito porém com uma razão constante, ß = K M Primeiramente deriva-se a relação sinal-interferência mais ruído (SINR) para ambos os pré-codificadores escolhidos Em seguida, investiga-se um esquemas de alocação de potência ótimo que maximiza a soma das capacidades por antena sob uma restrição de potência máxima disponível, conclui-se que o problema é convexo e que a alocação de potência ótima segue a estratégia de watter-filling (WF) Também estudou-se o problema relacionado à alocação de potência em um grupo finito de usuários separados em grupos e determinou-se o impacto desse esquema na capacidade total do sistemaItem Desenvolvimento de um fotômetro para detecção de adulteração de leite cru por adição de água baseado no uso da esfera de integraçãoDias, Lucas da Silva; França, José Alexandre de [Orientador]; França, Maria Bernadete de Morais; Granziera Junior, Francisco; Ferreira, Elnatan ChagasResumo: A adulteração do leite é uma prática que ocorre com frequência nos dias de hoje Para evitá-la, amostras de leite são submetidas a testes físico-químicos, sendo o índice de crioscopia o principal teste para verificação de adição de água Contudo, o uso de outros adulterantes mascaram a adição de água perante o crioscópio Assim, novas técnicas vem sendo empregadas para detectar leites fraudados, dentre elas, a espectroscopia NIR, que se baseia na absorção de energia para adquirir informações físicas e químicas da amostra O objetivo deste trabalho é apresentar um protótipo para análise de leite cru, determinando se a amostra contém água adicioanda O projeto foi arquitetado em módulos, onde cada módulo apresenta um microcontrolador responsável por desenvolver suas atividades, e está dividido em: emissão, recepção, controle de temperatura e interface O módulo de emissão é composto pelas fontes emissoras de luz infravermelha (LEDs) e um driver para acionamento das fontes em corrente O sistema de recepção é composto por uma esfera de integração, um sensor e um circuito de condicionamento O controle de temperatura garante o funcionamento correto dos elementos ópticos, uma vez que os mesmos podem apresentar variações devido a mudança de temperatura Por fim, o módulo de interface é responsável por interagir com o operador através de três botões e de um display alfanumérico 2x2 A calibração foi feita a partir de um conjunto de amostras com diferentes adulterações, posteriormente, um novo conjunto de amostras foi testado para validar o modelo criado pelo conjunto de calibração O coeficiente de determinação (R2) obtido pelo estimador, modelado a partir do conjunto de calibração, foi de ,932 Na etapa de validação, o erro quadrático médio de predição (RMSEP) apresentado foi de ,267 Portanto, o protótipo é capaz de determinar a quantidade de água adicionada na amostraItem Plataforma de simulação HiL contendo uma bobina de Helmholtz e aplicada a sistemas aeroespaciaisBatista, Daniel Strufaldi; Melo, Leonimer Flávio de [Orientador]; Tosin, Marcelo Carvalho; Granziera Junior, Francisco; Kuga, Hélio KoitiResumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento, teste e validação de uma plataforma para simulação hardware-in-the-loop (HiL) em conjunto com uma bobina de Helmholtz de três eixos para aplicações espaciais O trabalho também utiliza a plataforma construída no estudo de dois tópicos: calibração de sensores magnéticos de baixo-custo; simulações de órbitas terrestres baixas (LEO - low-earth orbits) com capacidade de gerar, através da bobina de Helmholtz, o campo geomagnético observado em um corpo em órbita A plataforma desenvolvida é formada pelos seguintes sistemas: um hardware modular da empresa dSPACE e uma placa específica para simulação HiL; uma bobina de Helmholtz previamente projetada, cuja montagem final, validação e testes são apresentados e discutidos neste trabalho; um sensor magnético fluxgate da empresa Sensys; um sistema de determinação de atitude (AHRS) da empresa Advanced Navigation; a experiência MEMS (E-MEMS), que consiste de um sistema composto por quatro conjunto de sensores MARG, desenvolvido e validado neste trabalho; sistemas auxiliares, tais como uma fonte de corrente controlada por tensão para a bobina de Helmholtz e condicionadores de sinais para a ligação completa e interligação dos elementos da plataforma Inicialmente é feita a revisão do estado da arte dos três principais aspectos deste trabalho: os conceitos e vantagens da simulação HiL; análise sobre bobinas de Helmholtz de três eixos quadradas; calibração de sensores magnéticos e simulação do campo geomagnético para órbitas LEO Na sequência o trabalho apresenta detalhadamente a plataforma desenvolvida, incluindo a metodologia para a construção do sistema e descrevendo cada elemento utilizado Por fim, os resultados obtidos com o sistema são divididos em duas partes principais Na primeira são detalhados todos os testes e resultados obtidos especificamente com a bobina de Helmholtz, subdivido em três capítulos Estes descrevem a metodologia e resultados para a validação da bobina de Helmholtz, o estudo sobre a calibração da bobina utilizando o hardware dSPACE e a implementação de um sistema em malha fechada, utilizando um controlador digital PID, para o acionamento da bobina O segundo conjunto de resultados discute as duas aplicações propostas com o sistema Ambas são implementadas com a plataforma atuando na bobina de Helmholtz em malha fechadaItem Antenna selection schemes for energy efficiency increasing of XL-MIMO systems under non-stationary channelsUbiali, Gabriel Avanzi; Abrão, Taufik [Orientador]; Marinello Filho, José Carlos; Costa, Marcello GonçalvesResumo: Aumentar o número de antenas na estação rádio base de um sistema MIMO Massivo garante uma melhoria nas taxas de dados e na eficiência energética Entretanto, ao empregar centenas ou milhares de antenas, o peso do array de antenas pode se tornar uma dificuldade, bem como manter a separação entre antenas em no mínimo meio comprimento de onda, o que é oportuno para aproveitar inteiramente a disponibilidade de um grande número de antenas Consequentemente, o array de antenas torna-se muito mais comprido A principal consequência disto é que a maior parte da energia contida no sinal enviado por um determinado usuário atinge apenas uma pequena porção do array, o que é conhecido como não-estacionariedade espacial Portanto, selecionar as antenas que irão atuar na detecção do sinal transmitido por cada usuário, ao invés de usar todas as antenas, é uma ´ótima estratégia tendo em vista reduzir a complexidade computacional e o consumo de potência, sem comprometer a taxa de dados Nesse contexto, existem duas possíveis situações: o subconjunto de antenas selecionadas para cada usuário pode ser qualquer combinação entre as antenas disponíveis no array, ou então o array é previamente dividido em múltiplos subarrays, que seriam entidades de hardware independentes, e um ou mais subarrays são atribuídos a cada usuário Este trabalho propõe três esquemas de seleção de antenas (AS) e de dois esquemas de seleção de subarrays (SS) Os resultados numéricos demonstraram que os esquemas de seleção foram capazes de reduzir o número de antenas ativas em um cenário de baixa ou média densidade de usuários, e consequentemente reduzir consideravelmente o consumo de potência Ao definir uma pequena quantidade de antenas para realizar o receive combining para cada usuário, a complexidade também é reduzida nesse cenário Os algoritmos propostos selecionam os subconjuntos de antenas criteriosamente, dando preferência aqueles(as) cujo canal até o usuário está mais forte, também considerando a interferência potencial devido aos demais usuários Portanto, a taxa de dados apresenta apenas uma pequena redução, mesmo que o combinador zero-forcing (ZF) seja mais eficiente em combater a interferência quando o número de antenas é alto Enfim, como o consumo de potência diminui muito mais que a taxa de dados, a eficiência energética (EE) melhora colossalmente Um dos algoritmos propostos, chamado fair-AS, mantém o número de antenas ativas limitado arbitrariamente Este algoritmo mostrou-se mais eficiente que os demais em maximizar a eficiência energética, por garantir maior redução de potência que os demais, sem, no entanto, comprometer consideravelmente a taxa de dados do sistema O esquema fair-AS mostrou-se capaz de aumentar consideravelmente a EE, mesmo em cenários de moderada densidade de usuáriosItem Desenvolvimento de sistemas com motores trifásicos de indução de alto rendimento, IFOC e comando por joystick para cadeira de rodasNunes, Willian Ricardo Bispo Murbak; Silva, Newton da [Orientador]; Treviso, Carlos Henrique Gonçalves; Pereira, Adriano Alves; Gaino, Ruberlei [Coorientador]Resumo: Pessoas portadoras de deficiência de locomoção permanente ou temporária correspondem a uma quantia significativa da população Tal contingente populacional ausenta-se de conforto e independência de locomoção em virtude de suas limitações físicas Equipamentos como cadeiras de rodas motorizadas minimizam tais efeitos e possibilitam a acessibilidade de portadoras de deficiência na sociedade Cadeiras de rodas motorizadas utilizam-se basicamente de motores CC, em virtude de sua simplicidade de controle No entanto, avanços significativos na eletrônica de potência permitem o acionamento de alto desempenho e de baixo custo de motores de indução, os quais são mais robustos, de menor manutenção, além de consumirem menos energia na aceleração e frenagem quando comparados a motores CC Este trabalho aplica o estudo matemático de estratégias de controle com a técnica de acionamento vetorial para motores de indução aplicável à cadeira de rodas motorizadas Para isso, implementa-se o modelo cinemático direto e inverso da cadeira de rodas com a técnica de controle por campo orientado indireto (IFOC) para motores de indução trifásicos de alto rendimento, utilizando o MATLAB/Simulink e o processador TMS32F28335 para o controle do inversor trifásico do sistemaItem Estudo de alocação de recursos em redes ópticas WDM/OCDM baseada em inteligência de enxame de partículasSantos, Alysson José dos; Durand, Fábio Renan [Orientador]; Zarpelão, Bruno Bogaz; Lourenço, Sidney AlvesResumo: Neste trabalho é investigada a alocação de recursos em redes ópticas com tecnologia de multiplexação por divisão de comprimentos de onda/multiplexação por divisão de códigos ópticos (WDM/OCDM) baseada na otimização por enxame de partículas (PSO) O algoritmo PSO é empregado para otimizar a intensidade da potência transmitida com intuito de obter a relação sinal-ruído (SNIR) adequada, de acordo com os requisitos de qualidade de serviço (QoS) No modelo de cálculo da SNIR foram considerados códigos ópticos bidimensionais (2-D) com espalhamento temporal e espectral Neste modelo também foram considerados os efeitos das restrições da camada física, tais como os efeitos da dispersão de polarização modal (PMD), dispersão de velocidade de grupo (GVD), ruído de emissão espontânea (ASE), além da influência da variação da temperatura ambiente nas fibra ópticas Os principais resultados obtidos consistem na determinação dos parâmetros otimizados para o algoritmo PSO, bem como a obtenção dos valores adequados de potência transmitida conforme as restrições de QoS Neste sentido, os resultados também ilustram os valores de potência transmitida com intuito de obter elevada eficiência energética Finalmente, os resultados mostraram que o algoritmo PSO é eficiente para alocação de potência transmitida com intuito de mitigar os efeitos da variação de temperatura em redes ópticasItem Desempenho-complexidade em redes cooperativas amplifica e transmite com seleção de relaysSilva, Nathalia dos Santos; Abrão, Taufik [Orientador]; Casella, Ivan Roberto Santana; Durand, Fábio RenanResumo: Essa Dissertação estabelece uma análise sistemática dos principais métodos de seleção de relays em redes de comunicação sem fio cooperativas, tendo como métricas de avaliação a taxa de erro de bit (BER), a complexidade computacional, a Probabilidade de Outage e a Eficiência Energética (EE) Os métodos de seleção de relays analisados incluem: Máxima Média Harmônica, Máxima Média Generalizada, Max-Min, Maior Relação Sinal-Ruído (SNR) e Seleção Aleatória Tais escolhas se devem ao fato de serem métodos de seleção que possuem desempenho ótimo e/ou apresentarem baixa complexidade As figuras de mérito de comparação foram selecionadas conforme o objeto de análise por conterem informações essenciais à manutenção da qualidade do serviço (QoS) em redes de comunicação Este trabalho busca ainda estabelecer critérios para a otimização de recursos em redes cooperativas, particularmente busca-se a diminuição da complexidade no gerenciamento do sistema de comunicação como um todo, ao mesmo tempo que se considera desejável uma melhoria no tempo de vida da rede sem fio, em especial redes de sensores, sujeito a um desempenho mínimo das transmissões Por isso, considera-se fundamental a seleção de relay em redes cooperativas Foram considerados cenários realistas, modelados de forma que possibilitaram a alteração no esquema físico, com variação no número de hops e de links de diversidade, permitindo ao trabalho se adequar às particularidades da rede de sensores e com isso ter um viés de aplicabilidade prática dos tópicos discutidos Para descrição dos métodos e esquemas de transmissão utiliza-se de modelos matemáticos e análises de funções, e a quantificação é feita através de simulações computacionais empregando-se método Monte Carlo Essas simulações corroboraram as expressões analíticas já conhecidas e as derivadas neste trabalho Como resultado, obteve-se um quadro comparativo para: os principais métodos de seleção sob diferentes cenários e condições de operação da rede em relação à taxa de erro de bit e a complexidade computacional; o comportamento dos diferentes esquemas de transmissão com seleção de relays através da Probabilidade de Outage e da Eficiência Energética; e para as conjecturas sobre esquemas de transmissão mais adequados _a determinadas aplicações conforme pontos de melhor operação de cada esquema