Estudo da viabilidade da implantação de frotas de veículos elétricos e híbridos elétricos no atual cenário econômico, político, energético e ambiental brasileiro

Currently there are two car models that use electricity in their propulsion systems, the electric vehicle and the hybrid electric vehicle. The electric vehicles are classified as vehicles that use electric motors in their propulsion system and batteries as a power source, on the other hand, the hybrid vehicles are classified as vehicles that use both electric motors and internal combustion engines in their propulsion system, using both batteries and líquid fuels as a power source. The main goal of this work is to analyze the characteristics of electric and hybrid electric vehicles and demonstrate the unfeasibility of the electric vehicle in the current economic, political, energetic and environmental brazilian scenario, for this purpose it was realized a study about the current brazilian situation regarding to electricity generation, current conservation status of road network, lack of electrical infrastructure for charging batteries, national lithium reserves, environmental characteristics, tax incentives, economic scenario, oil market and political positioning related to the implantation of electric or hybrid electric fleets in nacional territory. The operational characteristics analysis of electric and hybrid electric vehicles in this current scenario leads to the conclusion that currently a growth of electric vehicles fleets on a national scale is totally impractical in the Brazil, Thus, the introduction of green vehicles probably will occur primarily with hybrid electric models, motivated mainly due the bigger autonomy of this models compared to electric models, lower cost of hybrid electric models compared to electric models, factors related to the lack of recharging infrastructure and also factors related to political positioning

Aplicação do valor presente ajustado (APV) para avaliação do fluxo de caixa de uma empresa do setor automotivo no sistema inovar auto

The automobile industry shows relevance inside the Brazilian industrial scenario since it contributes with the development of a significant chain of supply, distributors, workshops, publicity agencies and insurance companies in the internal market, aside from being one of the five biggest worldwide market. Thereby, the federal government decreed in Dec, 17th 2012 by Law nº 12.715 the Inovar-Auto Program. As the Adjusted Present Value (APV) is highly recommended, although not yet widespread to public politics of tax reduction, this work intends to apply the APV method on the cash flow analysis of an automobile sector's company, which has recently installed in national territory and wants to rely with governmental incentives proposed by Inovar-Auto Program. The developed work evaluates the company's current cash flow stochastically from mathematical modeling of variables such as price, demand and interest rate through probability distributions with the assist of Crystal Ball software, a Microsoft Excel Add-in, generating different scenarios from Monte Carlo Simulation. As results probabilities situations have been evaluated until the end of the Inovar-Auto's conducted period, in 2017. Beside APV others indicator such as Internal Rate of Return (IRR) and payback period were estimated for the investment project. For APV a sampling distribution with only 0.057% of risk, IRR of 29% were obtained and estimated project payback period was 4.13 years

A rede básica para o metrô de São Paulo e a priorização do automóvel

De que adiantam planos e projetos para determinadas políticas públicas se as decisões do Executivo nem sempre os consideram? Este trabalho busca demonstrar que os planos e os projetos para o setor de transporte têm sofrido com a priorização dos modais individuais. Desde as políticas de incentivos às indústrias automobilísticas até isenções fiscais. A existência de planos e projetos para o metrô de São Paulo e seu conseqüente abandono por longos períodos apontam para a supremacia do automóvel sobre o coletivo, principalmente no período de 1968 até 1983. Todo o planejamento, inclusive nos períodos de supremacia dos planos e projetos para o território urbano, cai por terra se estes instrumentos não vão ao encontro dos interesses político-econômicos do momento.

U-Pb zircon in situ dating with LA-MC-ICP-MS using a mixed detector configuration

The LA-MC-ICP-MS method applied to U-Pb in situ dating is still rapidly evolving due to improvements in both lasers and ICP-MS. To test the validity and reproducibility of the method, 5 different zircon samples, including the standard Temora-2, ranging in age between 2.2 Ga and 246 Ma, were dated using both LA-MC-ICP-MS and SHRIMP. The selected zircons were dated by SHRIMP and, after gentle polishing, the laser spot was driven to the same site or on the same zircon phase with a 213 nm laser microprobe coupled to a multi-collector mixed system. The data were collected with a routine spot size of 25 μm and, in some cases, of 15 and 40 μm. A careful cross-calibration using a diluted U-Th-Pb solution to calculate the Faraday reading to counting rate conversion factors and the highly suitable GJ-1 standard zircon for external calibrations were of paramount importance for obtaining reliable results. All age results were concordant within the experimental errors. The assigned age errors using the LA-MC-ICP-MS technique were, in most cases, higher than those obtained by SHRIMP, but if we are not faced with a high resolution stratigraphy, the laser technique has certain advantages.

Economic optimization method to design telescope irrigation of multiples outlets

In this study is presented an economic optimization method to design telescope irrigation laterals (multidiameter) with regular spaced outlets. The proposed analytical hydraulic solution was validated by means of a pipeline composed of three different diameters. The minimum acquisition cost of the telescope pipeline was determined by an ideal arrangement of lengths and respective diameters for each one of the three segments. The mathematical optimization method based on the Lagrange multipliers provides a strategy for finding the maximum or minimum of a function subject to certain constraints. In this case, the objective function describes the acquisition cost of pipes, and the constraints are determined from hydraulic parameters as length of irrigation laterals and total head loss permitted. The developed analytical solution provides the ideal combination of each pipe segment length and respective diameter, resulting in a decreased of the acquisition cost.

Os "doutores" da federação: formação acadêmica dos senadores brasileiros e variáveis associadas

Fazemos uma descrição detalhada da formação acadêmica dos senadores brasileiros no período de 1987 a 2006, buscando identificar padrões "cross section" e ao longo do tempo. Procuramos também avaliar se as formações estão relacionadas à região de origem, à filiação partidária, à participação nas comissões, à experiência parlamentar e ao comportamento em votações nominais no plenário do Senado. Verificamos que há um predomínio de senadores formados em Direito, mas a sua proporção vem caindo ao longo do tempo. Outros grupos importantes foram os dos engenheiros, dos profissionais da saúde e da área de Humanidades. Destacamos o papel dos senadores formados em Economia, que se concentraram na região Sudeste, nos partidos com vocação presidencial - Partido dos Trabalhadores (PT) e no Partido da Social Democracia Brasileira (PSDB) - e na Comissão de Assuntos Econômicos. Os economistas parecem ter desempenhado um papel importante, em um momento de crises econômicas internas e externas, de inflação galopante e de uma agenda que privilegiava ajustes fiscais, reformas, privatizações e estabilidade macroeconômica.

A modernização ecológica conquistando hegemonia nos discursos ambientais: o caso da Zona Franca de Manaus

A Zona Franca de Manaus (ZFM) foi criada em 1967 pelo governo da ditadura militar brasileira, de acordo com um discurso nacionalista que apresentava a região amazônica como um território estratégico que era preciso ocupar e desenvolver. Apesar de a visão do grande vazio não ter sido apagada do imaginário popular, desde os anos de 1970 tem ganhado força a percepção da floresta como herança cultural e biológica a ser preservada. Estas mudanças nos discursos mais gerais sobre a Amazônia foram acompanhadas por um deslocamento do discurso de legitimação dos incentivos fiscais gozados pelas indústrias de Manaus, em um movimento relacionado ao processo de construção de hegemonia no campo ambiental, marcado pela emergência da chamada modernização ecológica. Utilizando a análise crítica do discurso, este artigo mostra como se constituiu o argumento de que as empresas em Manaus protegem a floresta, assentado em um roteiro de dupla ameaça: de desemprego e de desmatamento. As informações e dados foram levantados por meio de pesquisa bibliográfica, entrevistas semiestruturadas e observações diretas em reuniões e eventos corporativos. Fizeram parte do corpus, ainda, as transcrições oficiais de 64 pronunciamentos em plenário dos três senadores e oito deputados federais do Amazonas em 2007; 125 matérias publicadas no caderno de Economia do jornal A Crítica entre 1º de janeiro e 30 de junho, e quatro edições da revista institucional Suframa Hoje, no mesmo ano.

Una aproximación a las zoonosis parasitarias como experiencia preuniversitaria

Las zoonosis parasitarias raramente se enseñan en la educación media desde un abordaje experimental que comprenda trabajos de campo y laboratorio. Desde 2008 mediante pasantías en la cátedra de Parasitología se pretende un acercamiento a algunas zoonosis parasitarias según un criterio experimental siendo además una articulación entre los niveles medio y universitario. Los objetivos son concientizar a los alumnos de nivel medio acerca de las parasitosis, su significado epidemiológico y en salud humana y animal, conocer los riesgos a que se encuentran expuestos, discutir y proponer medidas de prevención, efectuando experiencias prácticas. Las pasantías cuatrimestrales se ofrecen a alumnos de los últimos años del nivel medio de escuelas de la región. Se realiza una introducción teórica, actividades audiovisuales, de identificación parasitaria y un trabajo de campo con muestreo de heces caninas en lugares públicos con riesgo zoonótico-sanitario. Las muestras son analizadas en un laboratorio especializado, se efectúa un análisis crítico de los resultados, se sacan conclusiones y se elaboran informes. Realizan un poster con fines de divulgación-prevención de las zoonosis detectadas para exponer en instituciones educativas. Se genera un espacio de reflexión y los pasantes se transforman en agentes multiplicadores de prevención de zoonosis parasitarias urbanas.Los alumnos mostraron siempre muy buena respuesta y predisposición

Una aproximación a las zoonosis parasitarias como experiencia preuniversitaria

Las zoonosis parasitarias raramente se enseñan en la educación media desde un abordaje experimental que comprenda trabajos de campo y laboratorio. Desde 2008 mediante pasantías en la cátedra de Parasitología se pretende un acercamiento a algunas zoonosis parasitarias según un criterio experimental siendo además una articulación entre los niveles medio y universitario. Los objetivos son concientizar a los alumnos de nivel medio acerca de las parasitosis, su significado epidemiológico y en salud humana y animal, conocer los riesgos a que se encuentran expuestos, discutir y proponer medidas de prevención, efectuando experiencias prácticas. Las pasantías cuatrimestrales se ofrecen a alumnos de los últimos años del nivel medio de escuelas de la región. Se realiza una introducción teórica, actividades audiovisuales, de identificación parasitaria y un trabajo de campo con muestreo de heces caninas en lugares públicos con riesgo zoonótico-sanitario. Las muestras son analizadas en un laboratorio especializado, se efectúa un análisis crítico de los resultados, se sacan conclusiones y se elaboran informes. Realizan un poster con fines de divulgación-prevención de las zoonosis detectadas para exponer en instituciones educativas. Se genera un espacio de reflexión y los pasantes se transforman en agentes multiplicadores de prevención de zoonosis parasitarias urbanas.Los alumnos mostraron siempre muy buena respuesta y predisposición

Una aproximación a las zoonosis parasitarias como experiencia preuniversitaria

Las zoonosis parasitarias raramente se enseñan en la educación media desde un abordaje experimental que comprenda trabajos de campo y laboratorio. Desde 2008 mediante pasantías en la cátedra de Parasitología se pretende un acercamiento a algunas zoonosis parasitarias según un criterio experimental siendo además una articulación entre los niveles medio y universitario. Los objetivos son concientizar a los alumnos de nivel medio acerca de las parasitosis, su significado epidemiológico y en salud humana y animal, conocer los riesgos a que se encuentran expuestos, discutir y proponer medidas de prevención, efectuando experiencias prácticas. Las pasantías cuatrimestrales se ofrecen a alumnos de los últimos años del nivel medio de escuelas de la región. Se realiza una introducción teórica, actividades audiovisuales, de identificación parasitaria y un trabajo de campo con muestreo de heces caninas en lugares públicos con riesgo zoonótico-sanitario. Las muestras son analizadas en un laboratorio especializado, se efectúa un análisis crítico de los resultados, se sacan conclusiones y se elaboran informes. Realizan un poster con fines de divulgación-prevención de las zoonosis detectadas para exponer en instituciones educativas. Se genera un espacio de reflexión y los pasantes se transforman en agentes multiplicadores de prevención de zoonosis parasitarias urbanas.Los alumnos mostraron siempre muy buena respuesta y predisposición

Comparative Analysis of Tolerances Allocation in Mechanical Assemblies based on Cost-tolerance Curves

El presente trabajo propone un método para la determinación de los valores de las tolerancias individuales de las piezas que forman un conjunto ensamblado a partir de valores de tolerancias especificados en el conjunto final, optimizando el coste total de fabricación de las piezas individuales a partir de funciones de coste-tolerancia basadas en el proceso de fabricación de cada una de ellas. Para ello se parte de los principales trabajos desarrollados en la línea de asignación de tolerancias y se realiza la propuesta del modelo de trabajo, basado en la optimización de costes a partir de la aplicación del método de los multiplicadores de Lagrange a diversas curvas de coste-tolerancia

Tratamiento consistente de restricciones e impacto en dinámica de sistemas multicuerpo

Esta tesis está enmarcada en el estudio de diferentes procedimientos numéricos para resolver la dinámica de un sistema multicuerpo sometido a restricciones e impacto, que puede estar compuesto por sólidos rígidos y deformables conectados entre sí por diversos tipos de uniones. Dentro de los métodos numéricos analizados se presta un especial interés a los métodos consistentes, los cuales tienen por objetivo que la energía calculada en cada paso de tiempo, para un sistema mecánico, tenga una evolución coherente con el comportamiento teórico de la energía. En otras palabras, un método consistente mantiene constante la energía total en un problema conservativo, y en presencia de fuerzas disipativas proporciona un decremento positivo de la energía total. En esta línea se desarrolla un algoritmo numérico consistente con la energía total para resolver las ecuaciones de la dinámica de un sistema multicuerpo. Como parte de este algoritmo se formulan energéticamente consistentes las restricciones y el contacto empleando multiplicadores de Lagrange, penalización y Lagrange aumentado. Se propone también un método para el contacto con sólidos rígidos representados mediante superficies implícitas, basado en una restricción regularizada que se adaptada adecuadamente para el cumplimiento exacto de la restricción de contacto y para ser consistente con la conservación de la energía total. En este contexto se estudian dos enfoques: uno para el contacto elástico puro (sin deformación) formulado con penalización y Lagrange aumentado; y otro basado en un modelo constitutivo para el contacto con penetración. En el segundo enfoque se usa un potencial de penalización que, en ausencia de componentes disipativas, restaura la energía almacenada en el contacto y disipa energía de forma consistente con el modelo continuo cuando las componentes de amortiguamiento y fricción son consideradas. This thesis focuses on the study of several numerical procedures used to solve the dynamics of a multibody system subjected to constraints and impact. The system may be composed by rigid and deformable bodies connected by different types of joints. Within this framework, special attention is paid to consistent methods, which preserve the theoretical behavior of the energy at each time step. In other words, a consistent method keeps the total energy constant in a conservative problem, and provides a positive decrease in the total energy when dissipative forces are present. A numerical algorithm has been developed for solving the dynamical equations of multibody systems, which is energetically consistent. Energetic consistency in contacts and constraints is formulated using Lagrange multipliers, penalty and augmented Lagrange methods. A contact methodology is proposed for rigid bodies with a boundary represented by implicit surfaces. The method is based on a suitable regularized constraint formulation, adapted both to fulfill exactly the contact constraint, and to be consistent with the conservation of the total energy. In this context two different approaches are studied: the first applied to pure elastic contact (without deformation), formulated with penalty and augmented Lagrange; and a second one based on a constitutive model for contact with penetration. In this second approach, a penalty potential is used in the constitutive model, that restores the energy stored in the contact when no dissipative effects are present. On the other hand, the energy is dissipated consistently with the continuous model when friction and damping are considered.

Efectos dinámicos debidos al tráfico de ferrocarril sobre la infraestructura de vía y las estructuras

La vía tradicional sobre balasto sigue siendo una selección para las líneas de alta velocidad a pesar de los problemas técnicos y la prestación del funcionamiento. El problema de la vía sobre balasto es el proceso continuo del deterioro de éste debido a las cargas asociadas al tráfico ferroviario. En consecuencia es imprescindible un mantenimiento continuado para mantener un alineamiento adecuado de la vía. Por eso se surge la necesidad de comprender mejor el mecanismo involucrado en el deterioro de la vía y los factores claves que rigen su progresión a lo largo de ciclos de carga con el fin de reducir los costos del mantenimiento de la vía y mejorar el diseño de las nuevas vías. La presente tesis intenta por un lado desarrollar los modelos más adecuados y eficientes del vehículo y de la vía para los cálculos de los efectos dinámicos debido al tráfico de ferrocarril sobre la infraestructura de la vía sobre balasto, y por otro evaluar estos efectos dinámicos sobre el deterioro de la vía sobre balasto a largo plazo, empleando un adecuado modelo de predicción del deterioro de la misma. Se incluye en el trabajo una recopilación del estado del arte en lo referente a la dinámica de la vía, a la modelización del vehículo, de la vía y de la interacción entre ambos. También se hace un repaso al deterioro de la vía y los factores que influyen en su proceso. Para la primera línea de investigación de esta tesis, se han desarrollado los diferentes modelos del vehículo y de la vía y la modelización de la interacción entre ambos para los cálculos dinámicos en dos y tres dimensiones. En la interacción vehículo-vía, se ha empleado la formulación de contacto nodo-superficie para establecer la identificación de las superficies en contacto y el método de los multiplicadores de Lagrange para imponer las restricciones de contacto. El modelo de interacción se ha contrastado con los casos reportados en la literatura. Teniendo en cuenta el contacto no lineal entre rueda-carril y los perfiles de irregularidades distribuidas de la vía, se han evaluado y comparado los efectos dinámicos sobre el sistema vehículo-vía en la interacción de ambos, para distintas velocidades de circulación del vehículo, en los aspectos como la vibración del vehículo, fuerza de contacto, fuerza transmitida en los railpads, la vibración del carril. También se hace un estudio de la influencia de las propiedades de los componentes de la vía en la respuesta dinámica del sistema vehículo-vía. Se ha desarrollado el modelo del asiento de la vía que consiste en la implementación del modelo de acumulación de Bochum y del modelo de hipoplasticidad en la subrutina del usuario \UMAT" del programa ABAQUS. La implementación numérica ha sido comprobado al comparar los resultados de las simulaciones numéricas con los reportados en la literatura. Se ha evaluado la calidad geométrica de la vía sobre balasto de los tramos de estudio con datos reales de la auscultación proporcionados por ADIF (2012). Se ha propuesto una metodología de simulación, empleando el modelo de asiento, para reproducir el deterioro de la geometría de la vía. Se usan los perfiles de la nivelación longitudinal de la auscultación como perfiles de irregularidades iniciales de la vía en las simulaciones numéricas. También se evalúa la influencia de la velocidad de circulación sobre el deterioro de la vía. The traditional ballast track structures are still being used in high speed railways lines with success, however technical problems or performance features have led to ballast track solution in some cases. The considerable maintenance work is needed for ballasted tracks due to the track deterioration. Therefore it is very important to understand the mechanism of track deterioration and to predict the track settlement or track irregularity growth rate in order to reduce track maintenance costs and enable new track structures to be designed. This thesis attempts to develop the most adequate and efficient models for calculation of dynamic track load effects on railways track infrastructure, and to evaluate these dynamic effects on the track settlement, using a track settlement prediction model, which consists of the vehicle/track dynamic model previously selected and a track settlement law. A revision of the state of the knowledge regarding the track dynamics, the modelling of the vehicle, the track and the interaction between them is included. An overview related to the track deterioration and the factors influencing the track settlement is also done. For the first research of this thesis, the different models of vehicle, track and the modelling of the interaction between both have been developed. In the vehicle-track interaction, the node-surface contact formulation to establish the identification of the surfaces in contact and the Lagrange multipliers method to enforce contact constraint are used. The interaction model has been verified by contrast with some benchmarks reported in the literature. Considering the nonlinear contact between wheel-rail and the track irregularities, the dynamic effects on the vehicle-track system have been evaluated and compared, for different speeds of the vehicle, in aspects as vehicle vibration, contact force, force transmitted in railpads, rail vibration. A study of the influence of the properties of the track components on the the dynamic response of the vehicle-track system has been done. The track settlement model is developed that consist of the Bochum accumulation model and the hipoplasticity model in the user subroutine \UMAT" of the program ABAQUS. The numerical implementation has been verified by comparing the numerical results with those reported in the literature. The geometric quality of the ballast track has been evaluated with real data of auscultation provided by ADIF (2012). The simulation methodology has been proposed, using the settlement model for the ballast material, to reproduce the deterioration of the track geometry. The profiles of the longitudinal level of the auscultation is used as initial profiles of the track irregularities in the numerical simulation. The influence of the running speed on the track deterioration is also investigated.

Design and Validation of an Optimized MB-OFDM Ultra Wideband Transceiver System

Esta tesis está incluida dentro del campo del campo de Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra Wideband (MB-OFDM UWB), el cual ha adquirido una gran importancia en las comunicaciones inalámbricas de alta tasa de datos en la última década. UWB surgió con el objetivo de satisfacer la creciente demanda de conexiones inalámbricas en interiores y de uso doméstico, con bajo coste y alta velocidad. La disponibilidad de un ancho de banda grande, el potencial para alta velocidad de transmisión, baja complejidad y bajo consumo de energía, unido al bajo coste de implementación, representa una oportunidad única para que UWB se convierta en una solución ampliamente utilizada en aplicaciones de Wireless Personal Area Network (WPAN). UWB está definido como cualquier transmisión que ocupa un ancho de banda de más de 20% de su frecuencia central, o más de 500 MHz. En 2002, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) definió que el rango de frecuencias de transmisión de UWB legal es de 3.1 a 10.6 GHz, con una energía de transmisión de -41.3 dBm/Hz. Bajo las directrices de FCC, el uso de la tecnología UWB puede aportar una enorme capacidad en las comunicaciones de corto alcance. Considerando las ecuaciones de capacidad de Shannon, incrementar la capacidad del canal requiere un incremento lineal en el ancho de banda, mientras que un aumento similar de la capacidad de canal requiere un aumento exponencial en la energía de transmisión. En los últimos años, s diferentes desarrollos del UWB han sido extensamente estudiados en diferentes áreas, entre los cuales, el protocolo de comunicaciones inalámbricas MB-OFDM UWB está considerado como la mejor elección y ha sido adoptado como estándar ISO/IEC para los WPANs. Combinando la modulación OFDM y la transmisión de datos utilizando las técnicas de salto de frecuencia, el sistema MB-OFDM UWB es capaz de soportar tasas de datos con que pueden variar de los 55 a los 480 Mbps, alcanzando una distancia máxima de hasta 10 metros. Se esperara que la tecnología MB-OFDM tenga un consumo energético muy bajo copando un are muy reducida en silicio, proporcionando soluciones de bajo coste que satisfagan las demandas del mercado. Para cumplir con todas estas expectativas, el desarrollo y la investigación del MBOFDM UWB deben enfrentarse a varios retos, como son la sincronización de alta sensibilidad, las restricciones de baja complejidad, las estrictas limitaciones energéticas, la escalabilidad y la flexibilidad. Tales retos requieren un procesamiento digital de la señal de última generación, capaz de desarrollar sistemas que puedan aprovechar por completo las ventajas del espectro UWB y proporcionar futuras aplicaciones inalámbricas en interiores. Esta tesis se centra en la completa optimización de un sistema de transceptor de banda base MB-OFDM UWB digital, cuyo objetivo es investigar y diseñar un subsistema de comunicación inalámbrica para la aplicación de las Redes de Sensores Inalámbricas Visuales. La complejidad inherente de los procesadores FFT/IFFT y el sistema de sincronización así como la alta frecuencia de operación para todos los elementos de procesamiento, se convierten en el cuello de la botella para el diseño y la implementación del sistema de UWB digital en base de banda basado en MB-OFDM de baja energía. El objetivo del transceptor propuesto es conseguir baja energía y baja complejidad bajo la premisa de un alto rendimiento. Las optimizaciones están realizadas tanto a nivel algorítmico como a nivel arquitectural para todos los elementos del sistema. Una arquitectura hardware eficiente en consumo se propone en primer lugar para aquellos módulos correspondientes a núcleos de computación. Para el procesado de la Transformada Rápida de Fourier (FFT/IFFT), se propone un algoritmo mixed-radix, basado en una arquitectura con pipeline y se ha desarrollado un módulo de Decodificador de Viterbi (VD) equilibrado en coste-velocidad con el objetivo de reducir el consumo energético e incrementar la velocidad de procesamiento. También se ha implementado un correlador signo-bit simple basado en la sincronización del tiempo de símbolo es presentado. Este correlador es usado para detectar y sincronizar los paquetes de OFDM de forma robusta y precisa. Para el desarrollo de los subsitemas de procesamiento y realizar la integración del sistema completo se han empleado tecnologías de última generación. El dispositivo utilizado para el sistema propuesto es una FPGA Virtex 5 XC5VLX110T del fabricante Xilinx. La validación el propuesta para el sistema transceptor se ha implementado en dicha placa de FPGA. En este trabajo se presenta un algoritmo, y una arquitectura, diseñado con filosofía de co-diseño hardware/software para el desarrollo de sistemas de FPGA complejos. El objetivo principal de la estrategia propuesta es de encontrar una metodología eficiente para el diseño de un sistema de FPGA configurable optimizado con el empleo del mínimo esfuerzo posible en el sistema de procedimiento de verificación, por tanto acelerar el periodo de desarrollo del sistema. La metodología de co-diseño presentada tiene la ventaja de ser fácil de usar, contiene todos los pasos desde la propuesta del algoritmo hasta la verificación del hardware, y puede ser ampliamente extendida para casi todos los tipos de desarrollos de FPGAs. En este trabajo se ha desarrollado sólo el sistema de transceptor digital de banda base por lo que la comprobación de señales transmitidas a través del canal inalámbrico en los entornos reales de comunicación sigue requiriendo componentes RF y un front-end analógico. No obstante, utilizando la metodología de co-simulación hardware/software citada anteriormente, es posible comunicar el sistema de transmisor y el receptor digital utilizando los modelos de canales propuestos por IEEE 802.15.3a, implementados en MATLAB. Por tanto, simplemente ajustando las características de cada modelo de canal, por ejemplo, un incremento del retraso y de la frecuencia central, podemos estimar el comportamiento del sistema propuesto en diferentes escenarios y entornos. Las mayores contribuciones de esta tesis son: • Se ha propuesto un nuevo algoritmo 128-puntos base mixto FFT usando la arquitectura pipeline multi-ruta. Los complejos multiplicadores para cada etapa de procesamiento son diseñados usando la arquitectura modificada shiftadd. Los sistemas word length y twiddle word length son comparados y seleccionados basándose en la señal para cuantización del SQNR y el análisis de energías. • El desempeño del procesador IFFT es analizado bajo diferentes situaciones aritméticas de bloques de punto flotante (BFP) para el control de desbordamiento, por tanto, para encontrar la arquitectura perfecta del algoritmo IFFT basado en el procesador FFT propuesto. • Para el sistema de receptor MB-OFDM UWB se ha empleado una sincronización del tiempo innovadora, de baja complejidad y esquema de compensación, que consiste en funciones de Detector de Paquetes (PD) y Estimación del Offset del tiempo. Simplificando el cross-correlation y maximizar las funciones probables solo a sign-bit, la complejidad computacional se ve reducida significativamente. • Se ha propuesto un sistema de decodificadores Viterbi de 64 estados de decisión-débil usando velocidad base-4 de arquitectura suma-comparaselecciona. El algoritmo Two-pointer Even también es introducido en la unidad de rastreador de origen con el objetivo de conseguir la eficiencia en el hardware. • Se han integrado varias tecnologías de última generación en el completo sistema transceptor basebanda , con el objetivo de implementar un sistema de comunicación UWB altamente optimizado. • Un diseño de flujo mejorado es propuesto para el complejo sistema de implementación, el cual puede ser usado para diseños de Cadena de puertas de campo programable general (FPGA). El diseño mencionado no sólo reduce dramáticamente el tiempo para la verificación funcional, sino también provee un análisis automático como los errores del retraso del output para el sistema de hardware implementado. • Un ambiente de comunicación virtual es establecido para la validación del propuesto sistema de transceptores MB-OFDM. Este método es provisto para facilitar el uso y la conveniencia de analizar el sistema digital de basebanda sin parte frontera analógica bajo diferentes ambientes de comunicación. Esta tesis doctoral está organizada en seis capítulos. En el primer capítulo se encuentra una breve introducción al campo del UWB, tanto relacionado con el proyecto como la motivación del desarrollo del sistema de MB-OFDM. En el capítulo 2, se presenta la información general y los requisitos del protocolo de comunicación inalámbrica MBOFDM UWB. En el capítulo 3 se habla de la arquitectura del sistema de transceptor digital MB-OFDM de banda base . El diseño del algoritmo propuesto y la arquitectura para cada elemento del procesamiento está detallado en este capítulo. Los retos de diseño del sistema que involucra un compromiso de discusión entre la complejidad de diseño, el consumo de energía, el coste de hardware, el desempeño del sistema, y otros aspectos. En el capítulo 4, se ha descrito la co-diseñada metodología de hardware/software. Cada parte del flujo del diseño será detallado con algunos ejemplos que se ha hecho durante el desarrollo del sistema. Aprovechando esta estrategia de diseño, el procedimiento de comunicación virtual es llevado a cabo para probar y analizar la arquitectura del transceptor propuesto. Los resultados experimentales de la co-simulación y el informe sintético de la implementación del sistema FPGA son reflejados en el capítulo 5. Finalmente, en el capítulo 6 se incluye las conclusiones y los futuros proyectos, y también los resultados derivados de este proyecto de doctorado. ABSTRACT In recent years, the Wireless Visual Sensor Network (WVSN) has drawn great interest in wireless communication research area. They enable a wealth of new applications such as building security control, image sensing, and target localization. However, nowadays wireless communication protocols (ZigBee, Wi-Fi, and Bluetooth for example) cannot fully satisfy the demands of high data rate, low power consumption, short range, and high robustness requirements. New communication protocol is highly desired for such kind of applications. The Ultra Wideband (UWB) wireless communication protocol, which has increased in importance for high data rate wireless communication field, are emerging as an important topic for WVSN research. UWB has emerged as a technology that offers great promise to satisfy the growing demand for low-cost, high-speed digital wireless indoor and home networks. The large bandwidth available, the potential for high data rate transmission, and the potential for low complexity and low power consumption, along with low implementation cost, all present a unique opportunity for UWB to become a widely adopted radio solution for future Wireless Personal Area Network (WPAN) applications. UWB is defined as any transmission that occupies a bandwidth of more than 20% of its center frequency, or more than 500 MHz. In 2002, the Federal Communications Commission (FCC) has mandated that UWB radio transmission can legally operate in the range from 3.1 to 10.6 GHz at a transmitter power of －41.3 dBm/Hz. Under the FCC guidelines, the use of UWB technology can provide enormous capacity over short communication ranges. Considering Shannon’s capacity equations, increasing the channel capacity requires linear increasing in bandwidth, whereas similar channel capacity increases would require exponential increases in transmission power. In recent years, several different UWB developments has been widely studied in different area, among which, the MB-OFDM UWB wireless communication protocol is considered to be the leading choice and has recently been adopted in the ISO/IEC standard for WPANs. By combing the OFDM modulation and data transmission using frequency hopping techniques, the MB-OFDM UWB system is able to support various data rates, ranging from 55 to 480 Mbps, over distances up to 10 meters. The MB-OFDM technology is expected to consume very little power and silicon area, as well as provide low-cost solutions that can satisfy consumer market demands. To fulfill these expectations, MB-OFDM UWB research and development have to cope with several challenges, which consist of high-sensitivity synchronization, low- complexity constraints, strict power limitations, scalability, and flexibility. Such challenges require state-of-the-art digital signal processing expertise to develop systems that could fully take advantages of the UWB spectrum and support future indoor wireless applications. This thesis focuses on fully optimization for the MB-OFDM UWB digital baseband transceiver system, aiming at researching and designing a wireless communication subsystem for the Wireless Visual Sensor Networks (WVSNs) application. The inherent high complexity of the FFT/IFFT processor and synchronization system, and high operation frequency for all processing elements, becomes the bottleneck for low power MB-OFDM based UWB digital baseband system hardware design and implementation. The proposed transceiver system targets low power and low complexity under the premise of high performance. Optimizations are made at both algorithm and architecture level for each element of the transceiver system. The low-power hardwareefficient structures are firstly proposed for those core computation modules, i.e., the mixed-radix algorithm based pipelined architecture is proposed for the Fast Fourier Transform (FFT/IFFT) processor, and the cost-speed balanced Viterbi Decoder (VD) module is developed, in the aim of lowering the power consumption and increasing the processing speed. In addition, a low complexity sign-bit correlation based symbol timing synchronization scheme is presented so as to detect and synchronize the OFDM packets robustly and accurately. Moreover, several state-of-the-art technologies are used for developing other processing subsystems and an entire MB-OFDM digital baseband transceiver system is integrated. The target device for the proposed transceiver system is Xilinx Virtex 5 XC5VLX110T FPGA board. In order to validate the proposed transceiver system in the FPGA board, a unified algorithm-architecture-circuit hardware/software co-design environment for complex FPGA system development is presented in this work. The main objective of the proposed strategy is to find an efficient methodology for designing a configurable optimized FPGA system by using as few efforts as possible in system verification procedure, so as to speed up the system development period. The presented co-design methodology has the advantages of easy to use, covering all steps from algorithm proposal to hardware verification, and widely spread for almost all kinds of FPGA developments. Because only the digital baseband transceiver system is developed in this thesis, the validation of transmitting signals through wireless channel in real communication environments still requires the analog front-end and RF components. However, by using the aforementioned hardware/software co-simulation methodology, the transmitter and receiver digital baseband systems get the opportunity to communicate with each other through the channel models, which are proposed from the IEEE 802.15.3a research group, established in MATLAB. Thus, by simply adjust the characteristics of each channel model, e.g. mean excess delay and center frequency, we can estimate the transmission performance of the proposed transceiver system through different communication situations. The main contributions of this thesis are: • A novel mixed radix 128-point FFT algorithm by using multipath pipelined architecture is proposed. The complex multipliers for each processing stage are designed by using modified shift-add architectures. The system wordlength and twiddle word-length are compared and selected based on Signal to Quantization Noise Ratio (SQNR) and power analysis. • IFFT processor performance is analyzed under different Block Floating Point (BFP) arithmetic situations for overflow control, so as to find out the perfect architecture of IFFT algorithm based on the proposed FFT processor. • An innovative low complex timing synchronization and compensation scheme, which consists of Packet Detector (PD) and Timing Offset Estimation (TOE) functions, for MB-OFDM UWB receiver system is employed. By simplifying the cross-correlation and maximum likelihood functions to signbit only, the computational complexity is significantly reduced. • A 64 state soft-decision Viterbi Decoder system by using high speed radix-4 Add-Compare-Select architecture is proposed. Two-pointer Even algorithm is also introduced into the Trace Back unit in the aim of hardware-efficiency. • Several state-of-the-art technologies are integrated into the complete baseband transceiver system, in the aim of implementing a highly-optimized UWB communication system. • An improved design flow is proposed for complex system implementation which can be used for general Field-Programmable Gate Array (FPGA) designs. The design method not only dramatically reduces the time for functional verification, but also provides automatic analysis such as errors and output delays for the implemented hardware systems. • A virtual communication environment is established for validating the proposed MB-OFDM transceiver system. This methodology is proved to be easy for usage and convenient for analyzing the digital baseband system without analog frontend under different communication environments. This PhD thesis is organized in six chapters. In the chapter 1 a brief introduction to the UWB field, as well as the related work, is done, along with the motivation of MBOFDM system development. In the chapter 2, the general information and requirement of MB-OFDM UWB wireless communication protocol is presented. In the chapter 3, the architecture of the MB-OFDM digital baseband transceiver system is presented. The design of the proposed algorithm and architecture for each processing element is detailed in this chapter. Design challenges of such system involve trade-off discussions among design complexity, power consumption, hardware cost, system performance, and some other aspects. All these factors are analyzed and discussed. In the chapter 4, the hardware/software co-design methodology is proposed. Each step of this design flow will be detailed by taking some examples that we met during system development. Then, taking advantages of this design strategy, the Virtual Communication procedure is carried out so as to test and analyze the proposed transceiver architecture. Experimental results from the co-simulation and synthesis report of the implemented FPGA system are given in the chapter 5. The chapter 6 includes conclusions and future work, as well as the results derived from this PhD work.

Enfoque al ahorro de energía en la conducción de ferrocarriles utilizando el método múltiple de restricción de la optimización

El ahorro de la energía consumida no es un tema menor en el sector ferroviario. Las infraestructuras ferroviarias y los planes operativos implicados en distintos sistemas como el metropolitano, trenes locales, larga distancia y alta velocidad, deben ser realizados teniendo en cuenta las múltiples alternativas para alcanzar un sistema de optimización en el ahorro de energía. Para conseguir alcanzar la mejor solución final, las alternativas deben recoger y trabajar con el máximo de variables asociadas al movimiento del tren y a los planes de operación. El método presentado aquí usa una solución semianalítica que conlleva una discretización del problema, para posteriormente aplicar el método de los Multiplicadores de Lagrange para resolver la optimización de las n-tuplas de velocidad. Con esta alternativa propuesta, es posible incluir todos los detalles sobre las operaciones del tren, como restricciones en el horario o tipos de frenado.