37 resultados para Modulação de largura de impulso
em Repositório Institucional da Universidade de Aveiro - Portugal
Resumo:
Nesta tese investigam-se e desenvolvem-se dispositivos para processamento integralmente ptico em redes com multiplexagem densa por diviso no comprimento de onda (DWDM). O principal objectivo das redes DWDM transportar e distribuir um espectro ptico densamente multiplexado com sinais de dbito binrio ultra elevado, ao longo de centenas ou milhares de quilmetros de fibra ptica. Estes sinais devem ser transportados e encaminhados no domnio ptico de forma transparente, sem converses ptico-elctrico-pticas (OEO), evitando as suas limitaes e custos. A tecnologia baseada em amplificadores pticos de semicondutor (SOA) promissora graas aos seus efeitos no-lineares ultra-rpidos e eficientes, ao potencial para integrao, reduzido consumo de potncia e custos. Conversores de comprimento de onda so o elemento ptico bsico para aumentar a capacidade da rede e evitar o bloqueio de comprimentos de onda. Neste trabalho, so estudados e analisados experimentalmente mtodos para aumentar a largura de banda operacional de conversores de modulação cruzada de ganho (XGM), a fim de permitir a operao do SOA para alm das suas limitaes fsicas. Converso de um comprimento de onda, e converso simultnea de mltiplos comprimentos de onda so testadas, usando interfermetros de Mach-Zehnder com SOA. As redes DWDM de alto dbito binrio requerem formatos de modulação optimizados, com elevada tolerncia aos efeitos nefastos da fibra, e reduzida ocupao espectral. Para esse efeito, vital desenvolver conversores integramente pticos de formatos de modulação, a fim de permitir a interligao entre as redes j instaladas, que operam com modulação de intensidade, e as redes modernas, que utilizam formatos de modulação avanados. No mbito deste trabalho proposto um conversor integralmente ptico de formato entre modulação ptica de banda lateral dupla e modulação ptica de banda lateral residual; este caracterizado atravs de simulao e experimentalmente. Adicionalmente, proposto um conversor para formato de portadora suprimida, atravs de XGM e modulação cruzada de fase. A interligao entre as redes de transporte com dbito binrio ultra-elevado e as redes de acesso com dbito binrio reduzido requer converso ptica de formato de impulso entre retorno-a-zero (RZ) e no-RZ. So aqui propostas e investigadas duas estruturas distintas: uma baseada em filtragem desalinhada do sinal convertido por XGM; uma segunda utiliza as dinmicas do laser interno de um SOA com ganho limitado (GC-SOA). Regenerao integralmente ptica essencial para reduzir os custos das redes. Dois esquemas distintos so utilizados para regenerao: uma estrutura baseada em MZI-SOA, e um mtodo no qual o laser interno de um GC-SOA modulado com o sinal distorcido a regenerar. A maioria dos esquemas referidos testada experimentalmente a 40 Gb/s, com potencial para aplicao a dbitos binrios superiores, demonstrado que os SOA so uma tecnologia basilar para as redes pticas do futuro.
Resumo:
O presente trabalho tem como objectivo o estudo e projecto de receptores optimizados para sistemas de comunicaes por fibra ptica de muito alto dbito (10Gb/s e 40Gb/s), com a capacidade integrada de compensao adaptativa ps-deteco da distoro originada pela caracterstica de disperso cromtica e de polarizao do canal ptico. O captulo 1 detalha o mbito de aplicabilidade destes receptores em sistemas de comunicaes pticas com multiplexagem no comprimento de onda (WDM) actuais. O captulo apresenta ainda os objectivos e principais contribuies desta tese. O captulo 2 detalha o projecto de um amplificador ps-deteco adequado para sistemas de comunicao pticos com taxa de transmisso de 10Gb/s. So discutidas as topologias mais adequadas para amplificadores ps deteco e apresentados os critrios que ditaram a escolha da topologia de transimpedncia bem como as condies que permitem optimizar o seu desempenho em termos de largura de banda, ganho e rudo. Para alm disso so abordados aspectos relacionados com a implementao fsica em tecnologia monoltica de microondas (MMIC), focando em particular o impacto destes no desempenho do circuito, como o caso do efeito dos componentes extrnsecos ao circuito monoltico, em particular as ligaes por fio condutor do monlito ao circuito externo. Este amplificador foi projectado e produzido em tecnologia pHEMT de Arsenieto de Glio e implementado em tecnologia MMIC. O prottipo produzido foi caracterizado na fbrica, ainda na bolacha em que foi produzido (on-wafer) tendo sido obtidos dados de caracterizao de 80 circuitos prottipo. Estes foram comparados com resultados de simulao e com desempenho do prottipo montado num veculo de teste. O captulo 3 apresenta o projecto de dois compensadores elctricos ajustveis com a capacidade de mitigar os efeitos da disperso cromtica e da disperso de polarizao em sistemas pticos com dbito binrio de 10Gb/s e 40Gb/s, com modulação em banda lateral dupla e banda lateral nica. Duas topologias possveis para este tipo de compensadores (a topologia Feed-Forward Equalizer e a topologia Decision Feedback Equaliser) so apresentadas e comparadas. A topologia Feed-Forward Equaliser que serviu de base para a implementao dos compensadores apresentados analisada com mais detalhe sendo propostas alteraes que permitem a sua implementao prtica. O captulo apresenta em detalhe a forma como estes compensadores foram implementados como circuitos distribudos em tecnologia MMIC sendo propostas duas formas de implementar as clulas de ganho varivel: com recurso configurao cascode ou com recurso configurao clula de Gilbert. So ainda apresentados resultados de simulao e experimentais (dos prottipos produzidos) que permitem tirar algumas concluses sobre o desempenho das clulas de ganho com as duas configuraes distintas. Por fim, o captulo inclui ainda resultados de desempenho dos compensadores testados como compensadores de um sinal elctrico afectado de distoro. No captulo 4 feita uma anlise do impacto da modulação em banda lateral dupla (BLD) em comparao com a modulação em banda lateral nica (BLU) num sistema ptico afectado de disperso cromtica e de polarizao. Mostra-se que com modulação em BLU, como no h batimento entre portadoras das duas bandas laterais em consequncia do processo quadrtico de deteco e h preservao da informao da distoro cromtica do canal (na fase do sinal), o uso deste tipo de modulação em sistemas de comunicao ptica permite maior tolerncia disperso cromtica e os compensadores elctricos so muito mais eficientes. O captulo apresenta ainda resultados de teste dos compensadores desenvolvidos em cenrios experimentais de laboratrio representativos de sistemas pticos a 10Gb/s e 40Gb/s. Os resultados permitem comparar o desempenho destes cenrios sem e com compensao elctrica optimizada, para os casos de modulação em BLU e em BLD, e considerando ainda os efeitos da disperso na velocidade de grupo e do atraso de grupo diferencial. Mostra-se que a modulação BLU em conjunto com compensao adaptativa elctrica permite um desempenho muito superior modulação em BLD largamente utilizada nos sistemas de comunicaes actuais. Por fim o captulo 5 sintetiza e apresenta as principais concluses deste trabalho.
Resumo:
Este trabalho investiga novas metodologias para as redes ticas de acesso de prxima gerao (NG-OAN). O trabalho est dividido em quatro tpicos de investigao: projeto da rede, modelos numricos para efeitos no lineares da fibra tica, impacto dos efeitos no lineares da fibra tica e otimizao da rede. A rede tica de acesso investigada nesse trabalho est projetado para suprir os requisitos de densidade de utilizadores e cobertura, isto , suportar muitos utilizadores ( 1000) com altas velocidades de conexo dedicada ( 1 Gb/s) ocupando uma faixa estreita do espectro ( 25 nm) e comprimentos de fibra tica at 100 km. Os cenrios so baseados em redes ticas passivas com multiplexagem por diviso no comprimento de onda de alta densidade (UDWDM-PON) utilizando transmissores/receptores coerentes nos terminais da rede. A rede avaliada para vrios ritmos de transmisso usando formatos de modulação avanados, requisitos de largura de banda por utilizador e partilha de banda com tecnologias tradicionais de redes ticas passivas (PON). Modelos numricos baseados em funes de transferncia das sries de Volterra (VSTF) so demonstrados tanto para a anlise dos efeitos no lineares da fibra tica quanto para avaliao do desempenho total da rede. So apresentadas as faixas de potncia e distncia de transmisso nas quais as sries de Volterra apresentam resultados semelhantes ao modelo referncia Split-Step Fourier (SSF) (validado experimentalmente) para o desempenho total da rede. Alm disso, um algoritmo, que evita componentes espectrais com intensidade nulo, proposto para realizar clculos rpidos das sries. O modelo VSTF estendido para identificar unicamente os efeitos no lineares da fibra tica mais relevantes no cenrio investigado: Self-Phase Modulation (SPM), Cross-Phase Modulation (XPM) e Four-Wave Mixing (FWM). Simulaes numricas so apresentadas para identificar o impacto isolado de cada efeito no linear da fibra tica, SPM, XPM e FWM, no desempenho da rede com deteco coerente UDWDM-PON, transportando canais com modulação digital em fase (M-ria PSK) ou modulação digital em amplitude (M-ria QAM). A anlise numrica estendida para diferentes comprimentos de fibra tica mono modo (SSMF), potncia por canal e ritmo de transmisso por canal. Por conseguinte, expresses analticas so extrapoladas para determinar a evoluo do SPM, XPM e FWM em funo da potncia e distncia de transmisso em cenrios NG-OAN. O desempenho da rede otimizada atravs da minimizao parcial da interferncia FWM (via espaamento desigual dos canais), que nesse caso, o efeito no linear da fibra tica mais relevante. Direes para melhorias adicionas no desempenho da rede so apresentados para cenrios em que o XPM relevante, isto , redes transportando formatos de modulação QAM. A soluo, nesse caso, baseada na utilizao de tcnicas de processamento digital do sinal.
Resumo:
O presente trabalho tem por objectivo estudar a caracterizao e modelao de arquitecturas de rdio frequncia para aplicaes em rdios definidos por software e rdios cognitivos. O constante aparecimento no mercado de novos padres e tecnologias para comunicaes sem fios tm levantado algumas limitaes implementao de transceptores rdio de banda larga. Para alm disso, o uso de sistemas reconfigurveis e adaptveis baseados no conceito de rdio definido por software e rdio cognitivo assegurar a evoluo para a prxima gerao de comunicaes sem fios. A ideia base desta tese passa por resolver alguns problemas em aberto e propor avanos relevantes, tirando para isso partido das capacidades providenciadas pelos processadores digitais de sinal de forma a melhorar o desempenho global dos sistemas propostos. Inicialmente, sero abordadas vrias estratgias para a implementao e projecto de transceptores rdio, concentrando-se sempre na aplicabilidade especfica a sistemas de rdio definido por software e rdio cognitivo. Sero tambm discutidas solues actuais de instrumentao capaz de caracterizar um dispositivo que opere simultaneamente nos domnios analgico e digital, bem como, os prximos passos nesta rea de caracterizao e modelao. Alm disso, iremos apresentar novos formatos de modelos comportamentais construdos especificamente para a descrio e caracterizao no-linear de receptores de amostragem passa-banda, bem como, para sistemas nolineares que utilizem sinais multi-portadora. Ser apresentada uma nova arquitectura suportada na avaliao estatstica dos sinais rdio que permite aumentar a gama dinmica do receptor em situaes de multi-portadora. Da mesma forma, ser apresentada uma tcnica de maximizao da largura de banda de recepo baseada na utilizao do receptor de amostragem passa-banda no formato complexo. Finalmente, importa referir que todas as arquitecturas propostas sero acompanhadas por uma introduo terica e simulaes, sempre que possvel, sendo aps isto validadas experimentalmente por prottipos laboratoriais.
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Flexible radio transmitters based on the Software-Defined Radio (SDR) concept are gaining an increased research importance due to the unparalleled proliferation of new wireless standards operating at different frequencies, using dissimilar coding and modulation schemes, and targeted for different ends. In this new wireless communications paradigm, the physical layer of the radio transmitter must be able to support the simultaneous transmission of multi-band, multi-rate, multi-standard signals, which in practice is very hard or very inefficient to implement using conventional approaches. Nevertheless, the last developments in this field include novel all-digital transmitter architectures where the radio datapath is digital from the baseband up to the RF stage. Such concept has inherent high flexibility and poses an important step towards the development of SDR-based transmitters. However, the truth is that implementing such radio for a real world communications scenario is a challenging task, where a few key limitations are still preventing a wider adoption of this concept. This thesis aims exactly to address some of these limitations by proposing and implementing innovative all-digital transmitter architectures with inherent higher flexibility and integration, and where improving important figures of merit, such as coding efficiency, signal-to-noise ratio, usable bandwidth and in-band and out-of-band noise will also be addressed. In the first part of this thesis, the concept of transmitting RF data using an entirely digital approach based on pulsed modulation is introduced. A comparison between several implementation technologies is also presented, allowing to state that FPGAs provide an interesting compromise between performance, power efficiency and flexibility, thus making them an interesting choice as an enabling technology for pulse-based all-digital transmitters. Following this discussion, the fundamental concepts inherent to pulsed modulators, its key advantages, main limitations and typical enhancements suitable for all-digital transmitters are also presented. The recent advances regarding the two most common classes of pulse modulated transmitters, namely the RF and the baseband-level are introduced, along with several examples of state-of-the-art architectures found on the literature. The core of this dissertation containing the main developments achieved during this PhD work is then presented and discussed. The first key contribution to the state-of-the-art presented here consists in the development of a novel -based all-digital transmitter architecture capable of multiband and multi-standard data transmission in a very flexible and integrated way, where the pulsed RF output operating in the microwave frequency range is generated inside a single FPGA device. A fundamental contribution regarding the simultaneous transmission of multiple RF signals is then introduced by presenting and describing novel all-digital transmitter architectures that take advantage of multi-gigabit data serializers available on current high-end FPGAs in order to transmit in a time-interleaved approach multiple independent RF carriers. Further improvements in this design approach allowed to provide a two-stage up-conversion transmitter architecture enabling the fine frequency tuning of concurrent multichannel multi-standard signals. Finally, further improvements regarding two key limitations inherent to current all-digital transmitter approaches are then addressed, namely the poor coding efficiency and the combined high quality factor and tunability requirements of the RF output filter. The followed design approach based on poliphase multipath circuits allowed to create a new FPGA-embedded agile transmitter architecture that significantly improves important figures of merit, such as coding efficiency and SNR, while maintains the high flexibility that is required for supporting multichannel multimode data transmission.
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The continuous demand for highly efficient wireless transmitter systems has triggered an increased interest in switching mode techniques to handle the required power amplification. The RF carrier amplitude-burst transmitter, i.e. a wireless transmitter chain where a phase-modulated carrier is modulated in amplitude in an on-off mode, according to some prescribed envelope-to-time conversion, such as pulse-width or sigma-delta modulation, constitutes a promising architecture capable of efficiently transmitting signals of highly demanding complex modulation schemes. However, the tested practical implementations present results that are way behind the theoretically advanced promises (perfect linearity and efficiency). My original contribution to knowledge presented in this thesis is the first thorough study and model of the power efficiency and linearity characteristics that can be actually achieved with this architecture. The analysis starts with a brief revision of the theoretical idealized behavior of these switched-mode amplifier systems, followed by the study of the many sources of impairments that appear when the real system is implemented. In particular, a special attention is paid to the dynamic load modulation caused by the often ignored interaction between the narrowband signal reconstruction filter and the usual single-ended switched-mode power amplifier, which, among many other performance impairments, forces a two transistor implementation. The performance of this architecture is clearly explained based on the presented theory, which is supported by simulations and corresponding measured results of a fully working implementation. The drawn conclusions allow the development of a set of design rules for future improvements, one of which is proposed and verified in this thesis. It suggests a significant modification to this traditional architecture, where now the phase modulated carrier is always on and thus allowing a single transistor implementation and the amplitude is impressed into the carrier phase according to a bi-phase code.
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Optical networks are under constant evolution. The growing demand for dynamism require devices that can accommodate different types of traffic. Thus the study of transparent optical networks arises. This approach makes optical networks more "elegant" , due to a more efficient use of network resources. In this thesis, the author proposes devices that intend to form alternative approaches both in the state of art of these same technologies both in the fitting of this technologies in transparent optical networks. Given that full transparency is difficult to achieve with current technology (perhaps with more developed optical computing this is possible), the author proposes techniques with different levels of transparency. On the topic of performance of optical networks, the author proposes two techniques for monitoring chromatic dispersion with different levels of transparency. In Chapter 3 the proposed technique seems to make more sense for long-haul optical transmission links and high transmission rates, not only due to its moderate complexity but also to its potential moderate/high cost. However it is proposed to several modulation formats, particularly those that have a protruding clock component. In Chapter 4 the transparency level was not tested for various modulation formats, however some transparency is achieved by not adding any electrical device after the receiver (other than an analog-digital converter). This allows that this technique can operate at high transmission rates in excess of 100 Gbit / s, if electro-optical asynchronous sampling is used before the optical receiver. Thus a low cost and low bandwidth photo-detector can be used. In chapter 5 is demonstrated a technique for simultaneously monitoring multiple impairments of the optical network by generating novel performance analysis diagrams and by use of artificial neural networks. In chapter 6 the author demonstrates an all-optical technique for controlling the optical state of polarization and an example of how all-optical signal processing can fully cooperate with optical performance monitoring.
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Nowadays, wireless communications systems demand for greater mobility and higher data rates. Moreover, the need for spectral efficiency requires the use of non-constant envelope modulation schemes. Hence, power amplifier designers have to build highly efficient, broadband and linear amplifiers. In order to fulfil these strict requirements, the practical Doherty amplifier seems to be the most promising technique. However, due to its complex operation, its nonlinear distortion generation mechanisms are not yet fully understood. Currently, only heuristic interpretations are being used to justify the observed phenomena. Therefore, the main objective of this work is to provide a model capable of describing the Doherty power amplifier nonlinear distortion generation mechanisms, allowing the optimization of its design according to linearity and efficiency criteria. Besides that, this approach will allow a bridge between two different worlds: power amplifier design and digital pre-distortion since the knowledge gathered from the Doherty operation will serve to select the most suitable pre-distortion models.
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As plantas utilizam diversas estratgias de sinalizao para reconhecer e responder aos stresses ambientais. A maioria das vias de transduo de sinais partilham um sinal genrico, normalmente a modulação dos nveis intracelulares de Ca2+. Esta por sua vez pode iniciar uma cascata de fosforilao proteica que finalmente afecta as protenas directamente envolvidas na proteco celular ou culmina em factores de transcrio que vo determinar a resposta fisiolgica ao stresse. A percepo destes sinais e a compreenso de como estes podem activar as respostas adaptativas so factores-chave para a tolerncia das plantas a stresses abiticos. Um dos principais stresses abticos que restrigem o crescimento das plantas a presena de metais pesados. A produo de fitoquelatinas e a subsequente quelao dos metais o mecanismo mais conhecido de tolerncia ao stresse metlico em plantas. Fitoquelatinas (PCs) so pptidos com grupos tiol que so sintetizados atravs da transpeptidao da glutationa (GSH), pela aco da enzima fitoquelatina sintase (PCS). No entanto, at ao momento, as vias de sinalizao que levam sntese de fitoquelatinas e percepo do stresse metlico so pouco compreendidas. Dentro deste contexto, o presente trabalho foi elaborado com o intuito de elucidar a via de sinalizao atravs da qual o cdmio detectado pelas clulas vegetais e induz a sntese de PCs. Quase todos, os estudos de stresses abiticos em plantas apontam para o facto de a sua sinalizao se basear nos mesmos tipos de sinais moleculares, nomeadamente a sinalizao por clcio, a fosforilao proteica e a induo de espcies reactivas de oxignio (ROS). Trabalhos recentes sugerem que a sinalizao de PCs poder envolver todos estes parmetros. Assim, uma primeira abordagem foi efectuada para compreender a sntese de PCs na espcie Arabidopsis thaliana, atravs da monitorizao da actividade de enzimas relacionadas, a -EC sintetase, GSH sintetase e a PC sintase (PCS), assim como o tempo necessrio para o elongamento das PCs e a sua acumulao. Seguidamente, ao longo deste processo foi analisada a expresso de sinais especficos, associados com sinais de clcio, fosforilao proteica e sinalizao por ROS. A importncia destes factores na sntese de PCs foi tambm avaliada atravs do uso de moduladores farmacolgicos de clcio e fosfatases proteicas e tambm pela induo de stresse oxidativo. Os resultados demonstraram novos dados sobre o papel do clcio e da fosforilao proteica na produo de PCs e na sntese de GSH, revelando que a actvidade da PCS regulada por fosforilao e que a sinalizao de clcio pode mediar a sntese de GSH. O envolvimento da sinalizao de ROS na sntese de GSH, atrves de crosstalk com a sinalizao de clcio tambm foi proposta. Assim, os resultados aqui apresentados descrevem uma possvel via de sinalizao de cdmio nas plantas e da induo de fitoquelatinas. Este trabalho poder ser portanto muito til na implementao de novas metodologias de agricultura sustentvel e prticas de fitorremediao em solos contaminados com metais pesados.
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Os Sinais de Espalhamento de Espectro de Sequncia Directa exibem propriedades cicloestacionrias que implicam redundncia entre componentes de frequncia espaadas por mltiplos da taxa de smbolo. Nesta tese, apresentado um cancelador de interferncia multiutilizador (Cancelador por translao na frequncia - FSC) que tira partido desta propriedade. Este cancelador linear opera no domnio da frequncia no sinal espalhado de tal forma que minimiza a interferncia e rudo na sada (Critrio do Mnimo Erro Quadrado Mdio). Alm de testado para o caso de antena nica, so avaliadas as performances das configuraes de antenas mltiplas para o caso de beamforming e canais espacialmente descorrelacionados considerando sistemas sncronos e sistemas com desalinhamento no tempo dos perfis de canais (ambos UMTS-TDD). Essas configuraes divergiam na ordem da combinao temporal, combinao espacial e deteco multiutilizador. As configuraes FSC foram avaliadas quando concatenadas com o PIC-2D. Os resultados das simulaes mostram considerveis melhorias nos resultados relativamente ao RAKE-2D convencional e PIC-2D. Foi atingida performance prximo ao RAKE de utilizador nico quando o FSC foi avaliado concatenado com PIC-2D em quase todas as configuraes. Todas as configuraes foram avaliadas com modulação QPSK, 8-PSK e 16-QAM. Foi introduzida codificao Turbo e identificou-se as situaes da vantagem de utilizao do FSC antes do PIC-2D. As modulaes 8-PSK e 16-QAM foram igualmente testadas com codificao.
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O presente trabalho aborda o problema da estimao de canal e da estimao de desvio de frequncia em sistemas OFDM com mltiplas configuraes de antenas no transmissor e no receptor. Nesta tese apresentado o estudo terico sobre o impacto da densidade de pilotos no desempenho da estimao de canal em sistemas OFDM e so propostos diversos algoritmos para estimao de canal e estimao de desvio de frequncia em sistemas OFDM com antenas nicas no transmissor e receptor, com diversidade de transmisso e MIMO. O estudo terico culmina com a formulao analtica do erro quadrtico mdio de um estimador de canal genrico num sistema OFDM que utilize pilotos dedicados, distribuidos no quadro transmitido em padres bi-dimensionais. A formulao genrica concretizada para o estimador bi-dimensional LS-DFT, permitindo aferir da exactido da formulao analtica quando comparada com os valores obtidos por simulao do sistema abordado. Os algoritmos de estimao investigados tiram partido da presena de pilotos dedicados presentes nos quadros transmitidos para estimar com preciso os parmetros pretendidos. Pela sua baixa complexidade, estes algoritmos revelam-se especialmente adequados para implementao em terminais mveis com capacidade computacional e consumo limitados. O desempenho dos algoritmos propostos foi avaliado por meio de simulao do sistema utilizado, recorrendo a modelos aceites de caracterizao do canal mvel multipercurso. A comparao do seu desempenho com algoritmos de referncia permitir aferir da sua validade. ABSTRACT: The present work focus on the problem of channel estimation and frequency offset estimation in OFDM systems, with different antenna configurations at both the transmitter and the receiver. This thesis presents the theoretical study of the impact of the pilot density in the performance of the channel estimation in OFDM systems and proposes several channel and frequency offset algorithms for OFDM systems with single antenna at both transmitter and receiver, with transmitter diversity and MIMO. The theoretical study results in the analytical formulation of the mean square error of a generic channel estimator for an OFDM system using dedicated pilots, distributed in the transmitted frame in two-dimensional patterns. The generic formulation is implemented for the two-dimensional LS-DFT estimator to verify the accuracy of the analytical formulation when compared with the values obtained by simulation of the discussed system. The investigated estimation algorithms take advantage of the presence of dedicated pilots present in the transmitted frames to accurately estimate the required parameters. Due to its low complexity, these algorithms are especially suited for implementation in mobile terminals with limited processing power and consumption. The performance of the proposed algorithms was evaluated by simulation of the used system, using accepted multipath mobile channel models. The comparison of its performance with the one of reference algorithms measures its validity.
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Os sistemas distribudos embarcados (Distributed Embedded Systems DES) tm sido usados ao longo dos ltimos anos em muitos domnios de aplicao, da robtica, ao controlo de processos industriais passando pela avinica e pelas aplicaes veiculares, esperando-se que esta tendncia continue nos prximos anos. A confiana no funcionamento uma propriedade importante nestes domnios de aplicao, visto que os servios tm de ser executados em tempo til e de forma previsvel, caso contrrio, podem ocorrer danos econmicos ou a vida de seres humanos poder ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas impossvel prever todos os cenrios de falhas devido ao no determinismo do ambiente envolvente, sendo necessria a incluso de mecanismos de tolerncia a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicaes requerem muita largura de banda, que tambm poder ser usada para a evoluo dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema uma propriedade importante, pois permite a sua adaptao s condies e requisitos envolventes, contribuindo tambm para a simplicidade de manuteno e reparao. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade tambm importante por potenciar uma melhor utilizao dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerncia a falhas dos sistemas embarcados distribudos a replicao dos barramentos do sistema. Algumas solues existentes, quer comerciais quer acadmicas, propem a replicao dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerncia a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propsito apenas um, sendo raras as solues que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerncia a falhas. Um destes raros exemplos o FlexRay, com a limitao de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicao de barramentos de uma forma flexvel com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerncia a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos tambm permite a gesto dinmica da topologia da rede, sendo o nmero de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN Controller Area Network, escolhido devido sua grande implantao no mercado. Mais especificamente, as solues propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicaes event-triggered e time-triggered: o FTT Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalizao para CAN nativo tambm apresentada e discutida. A incluso de mecanismos de replicao do barramento impe a alterao dos antigos protocolos de replicao e substituio do n mestre, bem como a definio de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicao do n mestre para suportar de forma eficiente e flexvel a replicao de barramentos. Em caso de ocorrncia de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta so reencaminhadas para os outros barramentos. A replicao do n mestre baseia-se numa estratgia lder-seguidores (leaderfollowers), onde o lder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como ns de reserva. Se um erro ocorrer no n lder, um dos ns seguidores passar a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram tambm generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. , desta forma possvel ter as mesmas capacidades de tolerncia a falhas ao nvel dos barramentos juntamente com a gesto dinmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementao inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicao real, uma equipa de futebol robtico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliao do sistema com mltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratrio. Para tal foi desenvolvido um sistema de injeco de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos ns mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta aps a ocorrncia de uma falta.
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Este trabalho surge do interesse em substituir os ns de rede ptica baseados maioritariamente em electrnica por ns de rede baseados em tecnologia ptica. Espera-se que a tecnologia ptica permita maiores dbitos binrios na rede, maior transparncia e maior eficincia atravs de novos paradigmas de comutao. Segundo esta viso, utilizou-se o MZI-SOA, um dispositivo semicondutor integrado hibridamente, para realizar funcionalidades de processamento ptico de sinal necessrias em ns de redes pticas de nova gerao. Nas novas redes pticas so utilizados formatos de modulação avanados, com gesto da fase, pelo que foi estudado experimentalmente e por simulao o impacto da utilizao destes formatos no desempenho do MZI-SOA na converso de comprimento de onda e formato, em vrias condies de operao. Foram derivadas regras de utilizao para funcionamento ptimo. Foi tambm estudado o impacto da forma dos pulsos do sinal no desempenho do dispositivo. De seguida, o MZI-SOA foi utilizado para realizar funcionalidades temporais ao nvel do bit e do pacote. Foi investigada a operao de um conversor de multiplexagem por diviso no comprimento de onda para multiplexagem por diviso temporal ptica, experimentalmente e por simulao, e de um compressor e descompressor de pacotes, por simulao. Para este ltimo, foi investigada a operao com o MZI-SOA baseado em amplificadores pticos de semicondutor com geometria de poo quntico e ponto quntico. Foi tambm realizado experimentalmente um ermutador de intervalos temporais que explora o MZI-SOA como conversor de comprimento de onda e usa um banco de linhas de atraso pticas para introduzir no sinal um atraso seleccionvel. Por fim, foi estudado analiticamente, experimentalmente e por simulao o impacto de diafonia em redes pticas em diversas situaes. Extendeu-se um modelo analtico de clculo de desempenho para contemplar sinais distorcidos e afectados por diafonia. Estudou-se o caso de sinais muito filtrados e afectados por diafonia e mostrou-se que, para determinar correctamente as penalidades que ocorrem, ambos os efeitos devem ser considerados simultaneamente e no em separado. Foi estudada a escalabilidade limitada por diafonia de um comutador de intervalos temporais baseado em MZI-SOA a operar como comutador espacial. Mostrou-se tambm que sinais afectados fortemente por no-linearidades podem causar penalidades de diafonia mais elevadas do que sinais no afectados por no-linearidades. Neste trabalho foi demonstrado que o MZI-SOA permite construir vrios e pertinentes circuitos pticos, funcionando como bloco fundamental de construo, tendo sido o seu desempenho analisado, desde o nvel de componente at ao nvel de sistema. Tendo em conta as vantagens e desvantagens do MZI-SOA e os desenvolvimentos recentes de outras tecnologias, foram sugeridos tpicos de investigao com o intuito de evoluir para as redes pticas de nova gerao.
Resumo:
A ilha de Santiago a maior do arquiplago de Cabo Verde, apresenta uma rea de 991 km2, com um comprimento e largura mximos de 54,9 km e 29 km, respectivamente, e 1392 m de maior altitude. As condies climticas e a eroso so alguns dos problemas naturais do arquiplago de Cabo Verde. Alm disso, a interveno humana no ambiente superficial revela-se muitas vezes inadequada e com forte impacto. A construo em solos com aptido agrcola ou florestal, as actividades industriais, a deposio de materiais slidos ou lquidos de forma inadequada, as prticas agrcolas incorrectas e intensivas, o uso abusivo de pesticidas e fertilizantes, a rega com gua contaminada, a sobreexplorao de aquferos que levam muitas vezes salinizao, etc. tm enorme impacto em termos de contaminao de solos, guas superficiais e subterrneas nas reas envolventes. Por conseguinte, o conhecimento da variabilidade geoqumica natural fundamental para a resoluo de questes de ndole econmica, ambiental e de ordenamento do territrio, mdica, e jurdica. A necessidade de construir uma base de dados de geoqumica georeferenciada que caracterize o ambiente superficial da ilha de Santiago foi a principal motivao para a realizao deste estudo. Realizou-se um levantamento geoqumico de 337 amostras de sedimentos de corrente e 249 amostras de solos na ilha de Santiago, tendo sido seguidas as recomendaes do Projecto Internacional IGCP 259 no s na fase de amostragem, mas tambm nas fases seguintes de preparao, anlise, tratamento dos dados e elaborao de mapas. Determinaram-se os teores, na fraco < 2 mm, para 36 elementos 9 elementos maiores (Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Ti) e 27 elementos vestigiais (Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Hg, La, Mo, Ni, Pb, S, Sb, Sc, Se, Sr, Th, Tl, U, V, W, Zn). Efectuou-se ainda a anlise textural e estudou-se a composio mineralgica de cerca de 25% das amostras. Analisaram-se, tambm, 103 amostras de rochas, colhidas nas vrias formaes da ilha de Santiago, tendo sido determinados os teores de K2O, Na2O, Fe2O3(T), MnO, Sc, Cr, Co, Zn, Ga, As, Br, Rb, Zr, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Th e U e REE, a fim de se fazer uma comparao com os teores destes elementos encontrados nos solos e sedimentos de corrente, averiguando se a sua variao ou no essencialmente condicionada pela geoqumica da rocha-me. Os padres geoqumicos obtidos atravs dos mapas de distribuio espacial foram correlacionados com a natureza da rocha me, o tipo de solo, e ainda com algumas fontes de contaminao. A interpretao dos resultados foi realizada no s pela observao dos mapas geoqumicos, mas tambm aps anlise estatstica dos conjuntos de dados obtidos, e apoiada em informao diversa disponvel. A utilizao da Anlise de Componentes Principais permitiu distinguir associaes entre elementos qumicos, quer de origem geognica quer antropognica. Foram ainda elaborados mapas de distribuio espacial de vrios ndices multielementares de importncia ambiental, como o ndice de Acidificao Al/(Ca+Mg+K), ndice de Combi, ndice de Avaliao de Risco Ambiental e ndices de Enriquecimento/Contaminao para vrios grupos de elementos considerados como primary pollutant metals.
Resumo:
O presente trabalho teve por objectivo global o estudo e desenvolvimento de sensores baseados em fibra ptica polimrica. O crescimento da tecnologia polimrica nos ltimos anos permitiu a introduo deste tipo de fibras pticas na rea das telecomunicaes e no desenvolvimento de sensores. As vantagens associadas metrologia ptica com fibra polimrica tm vindo a atrair as atenes da comunidade cientfica dado que permitem o desenvolvimento de sistemas de baixo-custo ou custo competitivo face s tecnologias convencionais. Dada a actualidade do tema proposto, descreve-se, numa primeira fase, a tecnologia em fibra ptica polimrica existente no mercado e o estado de arte de sensores em fibra ptica polimrica. Segue-se a descrio de dois tipos de sensores baseados em modulação de intensidade. Projectou-se um sensor extrnseco capaz de avaliar a quantidade de luz dispersa e absorvida por partculas suspensas num lquido. Foi efectuada a caracterizao do sensor quanto concentrao de partculas suspensas, tamanho e reflectividade. O sensor foi testado no mbito da monitorizao ambiental, designadamente, na anlise de turbidez em amostras de sedimentos recolhidos em reas ardidas. O sistema desenvolvido foi comparado com um sistema comercial. Um sensor intrnseco, baseado no polimento lateral de fibra ptica polimrica, foi analisado analiticamente. O modelo terico avalia o sensor em diferentes condies de macroencurvamento e de ndice de refraco do meio envolvente. O modelo terico foi validado positivamente atravs de resultados experimentais. Foi avaliada a sensibilidade temperatura e os conhecimentos adquiridos foram aplicados no desenvolvimento de um sistema capaz de monitorizar a cura de diferentes materiais. ainda apresentada uma tcnica para melhorar a sensibilidade do sensor de curvatura atravs da aplicao de um revestimento na zona sensvel. A dependncia na curvatura da potncia transmitida por uma fibra ptica polida lateralmente serviu de base ao desenvolvimento de uma joelheira e de uma cotoveleira instrumentada, capazes de avaliar quantitativamente o movimento articular. A necessidade de portabilidade levou ao desenvolvimento de um sistema sem fios para aquisio e transmisso de dados. Espera-se que os prottipos desenvolvidos venham a ter um impacto significativo em sistemas futuros aplicados medicina fsica e reabilitao.
