Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE/ITEC

URI Permanente desta comunidadehttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2314

O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA) foi o primeiro e é considerado o melhor programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica da Região Amazônica. As atividades acadêmicas regulares dos cursos de mestrado e doutorado são desenvolvidas principalmente nas Faculdades de Engenharia Elétrica e Engenharia de Computação, supervisionadas pela Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (CPPGEE).

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Acesso aberto (Open Access)
3D geometric reconstruction of civil infrastructures with neural radiance fields
(Universidade Federal do Pará, 2025-04-04) RIBEIRO, Thiago Figueiró; SILVA, Moisés Felipe Mello da; http://lattes.cnpq.br/8154941342611201; https://orcid.org/0000-0001-7897-3978; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434; ARAÚJO, Jasmine Priscyla Leite de; SANTOS, Adam Dreyton Ferreira dos; CARDOSO, Diego Lisboa; http://lattes.cnpq.br/2616572481839756; http://lattes.cnpq.br/0507944343674734; http://lattes.cnpq.br/4001747699670004; https://orcid.org/0000-0002-5940-4961; https://orcid.org/0000-0002-5971-3668; https://orcid.org/0000-0003-3514-0401
O uso de tecnologias de sensoriamento sem contato para o monitoramento da saúde estrutu- ral (SHM) ampliou significativamente o conjunto de ferramentas disponíveis para medições e análises precisas em contextos científicos e de engenharia. Essas tecnologias superam vá- rias limitações dos sensores convencionais de contato, muitas vezes apresentando desempenho superior, com levantamentos mais ágeis, instalação mais conveniente e frequentemente custo inferior. Gêmeos Digitais — réplicas virtuais dinâmicas e orientadas por dados de estruturas físicas — revolucionaram ainda mais o SHM ao integrar dados de sensores em tempo real com análises preditivas e modelagem computacional. Tecnologias como LiDAR e fotogrametria são utilizadas para criar modelos 3D de alta fidelidade, que podem servir de base para modelos de informações de construções (BIM) e gêmeos digitais de estruturas civis. Avanços recentes em aprendizado profundo marcaram uma mudança de paradigma em diversas áreas, incluindo a reconstrução 3D. Uma abordagem promissora é o uso de Neural Radiance Fields (NeRF), uma metodologia baseada em aprendizado profundo capaz de produzir modelos 3D de alta fidelidade a partir de conjuntos esparsos de imagens, como fotos capturadas por câmeras convencionais ou smartphones. NeRF é capaz de gerar nuvens de pontos densas, comparáveis às produzidas por fotogrametria Multiview Stereo (MVS) e laser scanner terrestre. No entanto, há uma lacuna na literatura quanto à avaliação quantitativa das capacidades do NeRF para escaneamento 3D de pontes. Este trabalho avalia o desempenho das reconstruções 3D de pontes reais usando NeRF em comparação com modelos baseados em fotogrametria SFM/MVS e dados de referência gerados por LiDAR. Demonstramos a viabilidade do NeRF para avaliações estruturais em larga escala, com insights interessantes sobre seu desempenho sob diferentes disponibilidades de dados, impactando tanto as métricas de Nível de Precisão (LOA) quanto as medições estatísticas de erro. Modelos NeRF possuem maior LOA e valores menores de erro médio, desvio padrão e erro quadrático médio quando comparados com modelos de fotogrametria. No geral, o NeRF se mostrou um método mais robusto e preciso, especialmente ao equilibrar a disponibilidade de dados com a qualidade da reconstrução, posicionando-se como a escolha preferida para modela- gem 3D em cenários de dados limitados, restrições orçamentárias e escassez de equipamentos especializados. Essa abordagem oferece uma solução eficiente, econômica e precisa para atender à crescente demanda por monitoramento de infraestrutura no setor de Arquitetura, Engenharia e Construção, reduzindo assim as barreiras econômicas e técnicas à adoção dessa tecnologia.
Acesso aberto (Open Access)
Acoplamento de modos guiados em cabos de pares trançados utilizando antenas com simetria radial no cenário terabit DSL
(Universidade Federal do Pará, 2020-03-26) SOUSA, Brenda Penedo Tavares de; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
O desenvolvimento dos padrões de transmissão de dados e tecnologias de acesso sempre vem atrelado com a necessidade de suprir altas taxas de dados. Assim, tecnologias já implantadas, como exemplo o sistema DSL (Digital Subscriber Line) que utiliza pares trançados para transmissão, vem se ajustando para conseguir atender essa crescente demanda de dados. No sistema DSL, os pares trançados são utilizados como linha de transmissão, utilizando o modo transversal eletromagnético (TEM). Entretanto, as limitações físicas do par trançado como linha de transmissão impedem que o sistema alcance taxas mais elevadas, necessárias para suportar aplicações da quinta geração (5G). Recentemente, foi proposta a utilização de outros modos de transmissão no par trançado, os modos guiados de ordem superior, como alternativa para que essa infraestrutura consiga suportar taxas de transmissão da ordem de Terabits por segundo (Tbps), denominada como a tecnologia Terabit DSL (TDSL). Porém, um dos desafios para esta implementação é o acoplamento dos modos guiados no par trançado, já que não são amplamente explorados no contexto de propagação dos modos guiados de ordem superior, como acontece com guias de onda mais simples, como exemplo de Sommerfeld e Goubau. Neste cenário, esta dissertação tem como objetivo avaliar o acoplamento do sinal radiado entre uma antena com propagação radial e um cabo de pares trançados, analisando o comportamento eletromagnético das estruturas. Considerando que o cabo de pares trançados não tem um modelo analítico fechado para o comportamento dos modos de ordem superior, que se propagam ao longo deles, todos os resultados foram obtidos a partir de simulações numéricas no software HFSS (High Frequency Structure Simulator). Esses resultados são em termos do parâmetro de espalhamento da antena e do campo eletromagnético no cabo, sendo possível avaliar a eficiência de acoplamento, o guiamento do sinal e prever a taxa de transmissão disponível aos usuários. Os resultados obtidos mostraram que o acoplamento entre a antena e o cabo de pares trançados sem blindagem alcançou níveis de até 83,83% em frequências de 0,15 THz, demonstrando uma alta eficiência de acoplamento quando comparada com cenários mais simples da literatura, que alcançam níveis em média de 67%. Verificou-se que a utilização desses cabos para transmissão de dados é eficaz, conseguindo entregar taxas de até 1,737 Tbps em cabos de até 10 metros, enquanto que as previsões de taxa para o cenário TDSL que consideram o acoplamento 100% alcançam níveis de 2,013 Tbps.
Acesso aberto (Open Access)
Análise da Coexistência entre Sistemas 5G e Serviços Fixos na Faixa de Ondas Milimétricas
(Universidade Federal do Pará, 2019-10-07) TEIXEIRA, Fátima Priscila Araújo; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Esta dissertação tem como objetivo analisar o impacto de interferência que um sistema 5G possa causar em um sistema legado de serviço fixo ponto-a-ponto na faixa de 26 GHz e, dessa forma, obter uma distância de proteção mínima para que o sistema fixo não seja afetado pelo sistema 5G. Para obtenção destes resultados, foram realizadas simulações utilizando o método de Monte Carlo. Foram avaliados o impacto da interferência co-canal da rede 5G sobre o serviço fixo, considerando diferentes parâmetros, como altura de antenas fixa, número de células, ganho de antena fixa e número de usuários. Nos resultados obtidos, a topologia de rede tri-setorizada de 7 células, combinada com altura de antena fixa de 60 m, foi a que apresentou o maior impacto na distância de proteção necessária, enquanto outros parâmetros como ganho e potência tiveram impacto moderado. Estes resultados implicam que a coexistência será possível quando todos os parâmetros apropriados forem aferidos para cada caso em questão. Outra contribuição desta dissertação é a disponibilização de um modelo de coexistência no simulador SEAMCAT, que possa auxiliar novos cenários para análise de coexistência.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de desempenho de redes de acesso G.mgfast e fronthaul 5G baseado em cabos coaxiais
(Universidade Federal do Pará, 2019-05-27) FREITAS, Marx Miguel Miranda de; NUNES, Diogo Lobato Acatauassú; http://lattes.cnpq.br/1972007941497086; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Este trabalho explora duas possibilidades de aproveitamento de tecnologias de sistemas cabeados maduras, utilizadas nas redes banda larga dos sistemas de 4a geração, em aplicações emergentes de próxima geração. Especificamente, avaliam-se duas propostas de uso da estrutura cabeada das redes HFC (Hybrid Fiber Coax) e dos sistemas de SAT TV (Satellite Television). A primeira delas, como suporte em redes de transporte (fronthaul) analógico de rede 5G. A segunda avalia o uso dos cabos coaxiais em redes de acesso G.mgfast (Multi Gigabit G.fast). Na primeira, são mostradas as relações existentes entre as taxas de dados e o número de antenas alcançadas pelo cabo coaxial RG06 sob um nível de potência fixo e sob uma condição sinal ruído alvo, considerando distâncias distintas e duas configurações de sinais de rádio. Mostra-se que no (fronthaul) analógico 5G analisado, taxas superiores a 40 Gbps podem ser obtidas em um cabo coaxial RG06, dando suporte para 140 antenas, atendendo a critérios de transmissão do 3GPP. Para segunda solução é proposto um processo para redução consumo de energia na rede, por meio da adequação da potência de transmissão na rede coaxial, com maior carregamento de bits nas frequências iniciais do espectro. São analisados enlaces com cabos coaxiais RG59, RG06 e RG11, considerando taxas variando entre 5 Gbps e 10 Gbps e dois tipos de algoritmos de carregamento de bit. Mostra-se que com esses procedimentos a economia de potência obtida em único enlace com cabo coaxial de 100 m pode ser utilizada para alimentar outros 28 cabos de 50 m. Por outro lado, mostra-se que a redução de potência não é relevante, do ponto de vista da redistribuição, em cabos cujo comprimento seja menor ou igual a 25 m.
Acesso aberto (Open Access)
Aprovisionamento dinâmico de recursos em redes ópticas elásticas multiplexadas por divisão de espaço considerando limitações de camada física
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-07) LOBATO, Fabricio Rossy de Lima; CARTAXO, Adolfo da Visitação Tregeira; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Em redes ópticas elásticas (EONs), empregando fibra multi-núcleo (MCF) com núcleos monomodo fracamente acoplados, a diafonia entre os núcleos (XT) pode afetar significativamente o desempenho da rede, particularmente com o aumento do número de núcleos e o comprimento da rota. Portanto, em nível de rede, o problema de roteamento e atribuição de núcleo e espectro (RSCA) consciente de limitações de camada física (IA) é um importante desafio de pesquisa de MCF-EONs. Nesta tese, uma metodologia de aprovisionamento dinâmico é proposta para resolver de forma independente o problema IARSCA levando em conta limitações de camada física. Para obter a minimização do impacto da XT, decompõe-se o problema IA-RSCA em dois subproblemas: o subproblema de roteamento IA e o subproblema de atribuição de núcleo e espectro (IA-SCA). Para a solução de roteamento, um método de pré-computação baseado no k caminhos mais curtos é usado, e uma fase de verificação de limitação de camada física é realizada levando em consideração a relação sinal ruído óptica requerida. Para o subproblema IA-SCA, o novo algoritmo guloso XT-aware é proposto para minimizar o impacto da XT no desempenho das MCF-EONs da seguinte maneira: para cada nova conexão, o nível de potência da XT detectada da nova conexão e conexões interferentes em relação ao limite de potência da XT de cada conexão é minimizado na média sobre todas essas conexões. Essa minimização é obtida escolhendo o núcleo e o intervalo de frequência da nova conexão. De modo a ter em conta a extensão de sobreposição espectral das conexões novas e interferentes na potência da XT detectada, um novo índice de sobreposição de intervalos de frequência é introduzido. O desempenho do algoritmo proposto é avaliado por meio de simulações computacionais. Os resultados mostram que a probabilidade de bloqueio total e a utilização média da rede obtida pelo algoritmo proposto são melhores que as obtidas pelas estratégias de priorização de núcleo, aleatória e first-fit, para diferentes cenários de nível da XT e fragmentação do espectro.
Acesso aberto (Open Access)
Aspectos de avaliação de desempenho em redes ponto a ponto e ponto multiponto baseados em modelagem Markoviana e medições
(Universidade Federal do Pará, 2012-04-02) SOUZA, Lamartine Vilar de; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Esta tese apresenta uma metodologia para avaliação de desempenho de redes de acesso banda larga. A avaliação de desempenho de redes é uma forma de identificar e analisar como determinadas características tais como diferentes tipos de tráfego ou formas de utilização, por exemplo, podem influenciar no comportamento da rede em foco, podendo assim prever como tal rede se comportará frente a situações futuras. A metodologia apresentada é composta de duas abordagens: uma abordagem baseada em medições e outra baseada em modelagem via processos Markovianos. As redes analisadas englobam os dois tipos básicos de arquitetura de acesso: redes ADSL2+ (linha digital do assinante assimétrica 2+ – Asymmetric Digital Subscriber Line 2+), as quais são redes cabeadas que utilizam cabos metálicos de pares trançados; redes FBWN (rede sem fio banda larga fixa – Fixed Broadband Wireless Network), as quais são redes sem fio (wireless) baseadas no padrão IEEE 802.16. A abordagem de medições é focada na forma como a rede analisada se comporta frente a três situações: transmissão de um tráfego genérico; impacto de ruídos não-estacionários no sistema; e uso da rede como meio de transmissão de tráfego multimídia em tempo real. A abordagem de modelagem, por sua vez, ´e baseada em prever o comportamento das redes analisadas utilizando uma formulação matemática fundamentada em processos Markovianos. Os resultados apresentados indicam a viabilidade de aplicação desta metodologia como forma de avaliação de desempenho. Os resultados ainda tornam possível a extensão desta metodologia a outros tipos de redes de acesso banda larga, tais como: redes de fibras ópticas, redes de enlaces de microondas, redes VDSL/VDSL2 (linha digital do assinante de alta taxa de dados – Very-high-data-rate DSL), etc.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de modos guiados em cabos de cobre para transmissão de dados em terabit por segundo
(Universidade Federal do Pará, 2020-03-27) SOUZA, Daynara Dias; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
As tecnologias baseadas em cobre têm usado os cabos de pares trançados e coaxiais como linhas de transmissão, explorando o modo TEM (Transversal Eletromagnético) para transmitir dados. Na tecnologia sobre par trançado, para garantir maiores taxas é necessário utilizar bandas de frequências cada vez maiores, o que implica também em aumento da atenuação sobre o modo TEM, com consequente limite na taxa de dados do enlace. As aplicações para sistemas de última geração (5G) demandam por taxas na ordem de dezenas Gbps (Gigabit por segundo), praticamente impossíveis de atender devido à sua atenuação, mesmo considerando enlaces curtos. Nesse contexto, no sentido de dar mais sobrevida aos cabos de pares trançados, foi proposto utilizá-los como guias de ondas, i.e., explorando seus modos de ordem superior para transmissão, em um sistema chamado de Terabit DSL (Digital Subscriber Line). Tais modos são do tipo TE (Transversal Elétrico) ou TM (Transversal Magnético), e surgem quando os comprimentos de onda, associados às frequências de operação, são da mesma ordem ou menores que as dimensões da seção transversal do cabo de par trançado. Fato semelhante se aplica aos cabos coaxiais. Ao utilizar esses modos, estima-se alcançar taxas de transmissão na ordem de Tbps (Terabit por segundo) em cabos de pares trançados. Isso possibilita, por exemplo, ter cabos de pares trançados e coaxiais como alternativas viáveis para a rede de transporte no futuro sistema 5G. Tais prognósticos assumem que o modelo baseado no modo guiado em um único fio condutor nu, conhecido como modelo de Sommerfeld, descreve a atenuação dos modos guiados de ordem superior em um par trançado. No entanto, é evidente que tal modelo não descreve adequadamente cabos de pares trançados, dado que a sua estrutura física é muita mais complexa. Assim sendo, é premente um estudo mais apurado sobre as características dos modos de ordem superior presentes em cabos de pares trançados e coaxiais, visando previsões em completa conformidade com a real estrutura e propagação eletromagnética através destes. Este trabalho investiga a propagação de vários modos guiados em cabos de pares trançados e coaxiais, a partir de simulações numéricas no software HFSS (High Frequency Structure Simulator), considerando características construtivas reais. Com base nos resultados obtidos, determinou-se a taxa de dados agregada de cada cabo usado como guia de ondas. Os resultados obtidos indicam que se pode alcançar para 10 metros de comprimento, taxas de dados de mais de 1,7 Tbps em apenas um par trançado, até 6,1 Tbps em um cabo de quatro pares trançados e aproximadamente 5,6 Tbps em um cabo coaxial.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação técnico econômica de alternativas backhaul e fronthaul para arquiteturas de rádio centralizado em cenários 5G indoor
(Universidade Federal do Pará, 2019-05-28) FERNANDES, André Lucas Pinho; FARIAS, Fabrício de Souza; http://lattes.cnpq.br/1521079293982268; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
As redes de transporte possuem um papel fundamental no atendimento das demandas de qualquer sistema de telecomunicações. A quinta geração de sistemas de telecomunicação móvel, o 5G, busca dar suporte a uma sociedade altamente digitalizada, a qual possui altas demandas de operação. CRA (Centralized Radio Architeture – Arquitetura de Rádio Centralizado) tem emergido como alternativa de transporte tecnicamente capaz de atender o 5G. Esta solução divide a rede de transporte em duas seções, o backhaul e o fronthaul, os quais podem se subdividir em vários níveis de enlaces, sejam eles ópticos, metálicos ou baseados em micro-ondas. A viabilidade de qualquer tecnologia para suporte ao 5G não depende apenas do atendimento técnico de requisitos, sejam de tráfego, cobertura, disponibilidade ou outros, mas também dos aspectos econômicos de instalação e operação das tecnologias. Nesse contexto, este trabalho realiza uma análise técnica e econômica para CRAs atendendo o ambiente indoor no contexto 5G. Para tal fim, um modelo de previsão de tráfego de referência é utilizado e um conjunto de modelos para dimensionamento, previsão de comportamento de falhas e custos foram propostos e desenvolvidos, os quais são genéricos e podem ser aplicados a diferentes tipos de configuração de redes ou ambientes, seja no indoor ou outdoor, de forma que os dois últimos modelos se baseiam em uma modelagem Markoviana resolvida por simulação. As análises focaram em CRAs instaladas no ambiente indoor, onde os usuários passam a maior parte de seu tempo, considerando um cenário urbano de alta densidade, fronthaul com níveis de enlaces ópticos e metálicos ou somente metálicos, assim como backhaul baseado em PON (Passive Optical Network – Rede Óptica Passiva). As alternativas fronthaul consideradas foram híbrida óptico-metálica usando transceptores bidirecionais de 10 e 32 Gbps, assim como, totalmente metálica usando o padrão G.(mg)fast, fazendo ou não uso do modo de transmissão fantasma, o qual é uma técnica para a criação de canais diferenciais virtuais a partir de pares trançados reais, resultando no aumento de capacidade em cabos metálicos. Os padrões de PONs considerados para backhaul são 40 Gigabit PON e wavelength division multiplexing PON, já as topologias em termos de proteção contra falhas de equipamentos são básica (desprotegida), protegida no nível de alimentação, protegida no nível de alimentação e terminal de linha óptica, e protegida no terminal de linha óptica e em ambos os níveis (alimentação e distribuição). Os resultados obtidos indicam que a melhor alternativa de fronthaul para CRA, atendendo uma edificação mediana de um cenário urbano de alta densidade, é a totalmente metálica usando padrão G.(mg)fast com modo de transmissão fantasma. Além disso, também indicam que PONs podem ser viáveis como backhaul 5G se esquemas proteção forem usados, e que num cenário urbano de alta densidade, o padrão 40 Gigabit PON é o mais viável técnica e economicamente parabackhaul de CRAs.
Acesso aberto (Open Access)
Caracterização e desenvolvimento de sensores ópticos de corrente elétrica para aplicações em linhas de alta tensão
(Universidade Federal do Pará, 2017-04-03) SANTA BRÍGIDA, Angela Costa; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Esta tese, intitulada “Caracterização e desenvolvimento de sensores ópticos de corrente elétrica para aplicações em linhas de alta tensão” foi desenvolvida no âmbito de um programa de doutorado em Engenharia Elétrica. Foram implementados e caracterizados sensores de corrente magneto-óptico, para aplicações de medição e proteção em sistemas de alta potência, nomeadamente, prisma sensor e sensor com fibra de cristal fotônico (PCF). Ambos, são baseados no efeito Faraday, utilizando uma configuração polarimétrica em dupla quadratura. Este trabalho foi, então, dividido, em dois momentos. No primeiro, um prisma sensor, constituído de uma cabeça sensora portátil para ancoragem na linha de transmissão foi desenvolvido, em Portugal, para uma aplicação industrial. Neste caso, no protótipo do prisma sensor foi utilizado um prisma de vidro Schott SF57 de 8cm de comprimento com alta constante de Verdet e baixa birrefringência. Ele foi incorporado em um invólucro de Nylon adequado para aplicações de fixação na linha de alimentação. A operação do sensor é caracterizada e comparada usando Diodos Super Luminescentes (SLD) distintos como fontes ópticas, com emissão a 650, 830 e 1550 nm. O sensor demonstrou precisão de classe 1, para correntes nominais iguais ou superiores a 900 ARMS e classes 0,1 e 0,2 para correntes nominais de 1,2 kARMS e 0,3 kARMS, respectivamente, e a possibilidade de detectar impulsos na rede abaixo dos 10 μs. Em um segundo momento, outra configuração envolveu o uso de fibras ópticas como elemento transdutor, empregando, fibras torcidas altamente birrefringente com 4,5, 6, 9, e 11 rotações por segundo, desenvolvidas pelo grupo do Laboratório de Fibras Especiais & Materiais Fotônico – LaFE, do Instituto de Física Gleb Wataghin da UNICAMP, no Brasil. Em particular, estas fibras foram testadas enrolando-as em torno de um condutor elétrico utilizando três tamanhos de enrolamento de 6, 12 e 18 cm de diâmetros com diferentes voltas, com correntes de até 800 ARMS usando uma fonte SLD a 650 nm. Parâmetros, tais como a sensibilidade e a linearidade do sensor, foram investigados. Uma simulação também foi realizada para analisar quantitavamente o valor da sensibilidade das fibras com relação ao número de voltas e com relação ao diâmetro do suporte, no qual foi concluído que deve haver um compromisso entre estes dois parâmetros afim de obter uma melhor resposta no sinal de saída do sensor.
Acesso aberto (Open Access)
Carimbó: canal de retorno com interatividade condicionada por mecanismo de sinalização contínua e provisionamento de banda orientado QoS
(Universidade Federal do Pará, 2006-12-15) COUTINHO, Mauro Margalho; FRANCÊS, Carlos Renato Lisboa; http://lattes.cnpq.br/7458287841862567; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Esta tese de doutorado propõe um framework para controle e gerenciamento da rede de retorno da Televisão Digital a partir de quatro componentes: o Provedor de Televisão Digital, o Terminal Interativo, o Provedor de Canal de Retorno e o Provedor de Conteúdo. Juntos, interagem com base em um mecanismo de sinalização que propaga restrições de QoS associadas à programação interativa corrente pelo sistema de carrossel de dados. O conjunto também provê um sistema de admissão que investiga, periodicamente, a condição do canal de retorno autorizando ou restringindo acesso em função das necessidades das aplicações interativas. Também é flexível a ponto de viabilizar aplicações tanto em larga escala, quanto localmente uma vez que permite mobilidade ao gestor do serviço. Uma aplicação de e-gov/ehealth foi desenvolvida em Java XleTView para consolidar o desempenho do sistema. Realizou-se a avaliação utilizando técnicas de aferição e modelagem de acordo com a escala. Na última milha, avaliaram-se tecnologias de baixo custo e que não requerem tarifação periódica como é o caso de redes locais sem fio. Em escala maior, o sistema foi modelado e seu desempenho avaliado em diferentes cenários com auxílio do simulador de redes Network Simulator.
Acesso aberto (Open Access)
Cell-free massive multiple antenna systems: estimation techniques, scalability challenges, and aerial access point deployments
(Universidade Federal do Pará, 2026-09-26) SOUZA, Daynara Dias; NARDELLI, Pedro Henrique Juliano; http://lattes.cnpq.br/3953769758774581; https://orcid.org/0000-0002-7398-1802; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434; ******; BORGES, Gilvan Soares; CARDOSO, Diego Lisboa; RODRIGUES, Roberto Menezes; CAVALCANTE, André Mendes; DINIS, Rui Miguel Henriques Dias Morgado; http://lattes.cnpq.br/7696860178450119; http://lattes.cnpq.br/0507944343674734; http://lattes.cnpq.br/0848357090195263; http://lattes.cnpq.br/3939185965976929; ******; https://orcid.org/0000-0002-0667-663X; https://orcid.org/0000-0002-5971-3668; ******; ******; https://orcid.org/0000-0002-8520-7267
As redes cell-free (CF) massive multiple-input multiple-output (MIMO) são apontadas como uma das tecnologias promissoras para redes sem fio de próxima geração. Estas redes se destacam pela alta eficiência espectral, menor suscetibilidade a bloqueios e sombreamento, e desempenho uniforme entre os usuários. Como o cenário CF massive MIMO espalha um grande número de pontos de acesso (APs- access points) em uma grande área atendendo a um número muito menor de equipamentos dos usuários (UE- user equipment), problemas relacionadas ao controle de energia, pré-codificação de sinal, alocação de recursos, estratégias decodificação e gerenciamento de interferência serão questões-chave. Além disso, para obter um sistema CF massive MIMO escalável e eficiente, usa-se uma abordagem centrada nos usuários (UC- user-centric) para definir o subconjunto de APs que servem a cada UE, de modo que a complexidade e os requisitos de recursos para cada AP devem permanecer finitos quando o número de UE tende ao infinito. Nesse sentido, esta tese de doutorado objetiva apresentar metodologias escaláveis adequadas para alcançar uma implementação eficiente de redes UC CF massive MIMO. Especificamente, são desenvolvidos métodos de alocação de recursos de rádio e atribuição piloto, e esquemas de estimação de canal efetivo de DL cega e baseada em pilotos de DL. Também propõe-se uma estratégia dinâmica e adaptável às condições dos UE para escolher o melhor método de estimação de canal para cada um. Os resultados mostram que as soluções propostas podem melhorar a eficiência espectral dos 50%-likely UE em até 91% comparado com as soluções da literatura. Nesta tese de doutorado, também apresenta-se propostas de avanços relacionados à implantação de uma rede CF massive MIMO habilitado através de APs aéreos, que são úteis para melhorar a conectividade sem fio em ambientes ultra-densos ou para estender a cobertura em áreas mais isolados de uma maneira flexível. Para isto, é proposto uma otimização de trajetória de umenxame de veículos aéreos não tripulados (VANTs) cooperativos. Os resultados mostram que é possível otimizar a localização e trajetória dos VANTs sem a necessidade do conhecimento das posições do UE, alcançando um aumento de até 47% na média da eficiência espectral. Por fim, também foram investigados sistemas UC CF massive MIMO com capacidade de processamento limitada. Mais especificamente, são propostos métodos para ajustar o grupos de APs de forma que a complexidade computacional (CC) para processamento de sinais não aumente com o número de APs. Os resultados mostram que é possível reduzir a CC em 96% sem causar grandes degradações na eficiência espectral.
Acesso aberto (Open Access)
Cenário de redes de acesso para integração de redes ópticas e sem fio baseadas em sistemas de rádio sobre fibra
(Universidade Federal do Pará, 2016-01-15) OLIVEIRA, Rosinei de Sousa; TEIXEIRA, Antônio Luis Jesus; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
A constante demanda por alta largura de banda principalmente dos usuários finais tem levado as operadoras de telecomunicações a explorar novas soluções para aumentar a capacidade da infraestrutura atual. A combinação das altas taxas disponibilizada pelos enlaces ópticos com a flexibilidade e mobilidade das redes sem fio é vista com uma solução promissora para suportar o alto tráfego, decorrente principalmente de novas aplicações e do aumento de dispositivos móveis, como smartphones e tablets. Nesse contexto, os sistemas de rádio sobre fibra têm sido a solução mais utilizada para prover a real integração fixo-móvel. Tradicionalmente, esses sistemas são baseados na transmissão de sinais analógicos (RoF), entretanto as altas degradações originadas principalmente no domínio óptico impõem limites na real aplicação desse tipo de sistema. Esse problema tem sido contornado com uso de sinais digitalizados (DRoF) que minimizam os efeitos que limitam o desempenho das transmissões analógicas, visto que o enlace, do emissor ao receptor é realizado no domínio digital. Por outro lado, os sistemas digitais apresentam como desafio a necessidade de enlaces ópticos com maior largura de banda em função do processo de digitalização que aumenta significativamente a taxa de dados a ser transmitida no enlace óptico.. A utilização de sistemas de rádio sobre fibra tem modificado a infraestrutura tradicional móvel com a adição de arquiteturas baseadas na centralização das funcionalidades mais complexas do sistema na central office, deixando na antena apenas funções mais básicas, o que possibilita diminuição dos custos, principalmente do consumo de energia. Tais arquiteturas são denominadas C-RAN (Cloud/Centralized Remote Access Network). Em contrapartida, essa descentralização requer redes ópticas de acesso de alta capacidade para conexão entre a central office e antena no segmento denominado fronthaul. Dentro desse contexto, a investigação de cenários que consideram a aplicação de sistemas de rádio sobre fibra enquanto solução para redes de acesso vem sendo explorada, mais intensamente, desde 2010. Todavia em grande parte dos trabalho, o objeto principal de estudo tem sido na análise de desempenho da transmissão de sistemas de rádio sobre fibra, analógico e digitais. Por outro lado, até o momento do desenvolvimento dessa tese, a investigação desses sistemas em cenários considerando a coexistência tanto com sistemas legados (RF-Vídeo, G-PON e XG-PON) quanto com novos padrões (TWDM-PON). Esse tipo de estudo é importante porque visa, principalmente, investigar a compatibilidade dos sistemas de rádio sobre fibra em cenários mais realísticos. Nesse contexto, essa tese propõe investigar cenários de rede de acesso baseado em sistemas de rádio sobre fibra em cenários de coexistência. Inicialmente, os estudos foram conduzidos por meio de simulação, e, adicionalmente, por experimentos realizados em laboratório.
Acesso aberto (Open Access)
Classificação de regiões de desmatamento via imagens do satélite landsat no nordeste do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2023-12-18) CANAVIEIRA, Luena Ossana; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Acesso aberto (Open Access)
A Comparison of dimensionality reduction and blind source separation techniques for video-based modal identification
(Universidade Federal do Pará, 2023-03-29) PAES, Thaisse Dias; SILVA, Moisés Felipe Mello da; http://lattes.cnpq.br/8154941342611201; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Compreender as propriedades dinâmicas de um sistema estrutural é indispensável para um estudo confiável do comportamento da estrutura. A identificação da dinâmica estrutural baseada em vídeo tem sido efetivamente usada como um método chave para a análise modal nos últimos anos. Com várias abordagens diferentes, aquelas baseadas na estratégia de separação cega de fontes têm recebido maior atenção para a identificação de características estruturais. A separação cega de fontes aborda o problema de separar ou extrair as formas de onda da fonte original de uma matriz de sensores. Embora a literatura aborde diversas técnicas para realizar a separação de fontes, apenas uma delas (denominada complexit pursuit) é frequentemente empregada para soluções baseadas em vídeo. Este trabalho visa explorar outros algoritmos de separação cega de fontes para realizar análise modal baseada em vídeo. Para realizar a decomposição modal, um conjunto de métodos de separação cega de fontes é combinado com diferentes técnicas de redução de dimensionalidade para dinâmica estrutural de alta resolução de campo completo a partir de vídeo. Especificamente, a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Fatoração de Matriz Não Negativa (NNMF), técnicas de redução de dimensionalidades, são usadas para compressão de vídeo junto com seis algoritmos de separação de fontes, resultando em doze estruturas diferentes testadas em uma estrutura de viga cantilever e um modelo em escala de uma estrutura de edifício de três andares. As técnicas de separação cega de fontes utilizadas são: Complexity Pursuit (CP), Idependent Component Analysis (ICA), Second Order Blind Identification (SOBI), Second Order Blind Identification with Robust Orthogonalization (SOBIRO), Equivariant Robust Idependent Component Analysis (ERICA) e Algoritmo para Extração de Múltiplos Sinais Desconhecidos (AMUSE). As doze técnicas baseadas em algoritmos de redução de dimensionalidade e separação cega de fontes são aqui avaliadas usando como critério de comparação sua forma de modo, coordenadas modais e valores de MAC. O objetivo principal é fornecer uma gama de alternativas para a avaliação da dinâmica estrutural baseada em vídeo. Para algoritmos específicos, os resultados indicam que tanto as técnicas de redução de dimensionalidade quanto os métodos de separação cega de fontes desempenham um papel importante no desempenho da estimativa de modo. No experimento utilizando a estrutura de viga em balanço, todos os modos de vibração esperados foram identificados com sucesso utilizando algoritmos baseados em PCA-CP, PCAICA, PCA-SOBIRO, PCA-ERICA, NNMF-CP, NNMF-SOBI, NNMF-SOBIRO e NNMFERICA. No segundo cenário, utilizando o modelo de uma estrutura de prédio de três andares, os métodos que realizaram corretamente a análise modal são baseados em PCA-CP, PCA-SOBI, PCA-SOBIRO, PCA-ERICA, NNMF-CP e NNMF-SOBIRO. Sugere-se que a eficácia da combinação de NNMF e métodos de separação cegas de fontes para análise modal pode depender da complexidade do sistema em investigação.
Acesso aberto (Open Access)
Compressão de sinais em sistemas de rádio sobre fibra digital para redes fronthaul
(Universidade Federal do Pará, 2019-07-23) MATE, Dércio Manuel; TEIXEIRA, António Luis de Jesus; OLIVEIRA, Rosinei de Sousa; http://lattes.cnpq.br/3853897074036715; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
A introdução de tecnologias como Carrier Aggregation (CA), Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) e Coordinated Multipoint (CoMP), visando melhorar a capacidade dos sistemas móveis de banda larga, aumenta o desafio para implantação do Mobile fronthaul devido à limitação da capacidade da infraestrutura para suportar altas taxas de transmissão. Uma abordagem usada para lidar com a limitação da capacidade do fronthaul é a compressão do sinal transmitido. Várias técnicas vêm sendo desenvolvidas para compressão do sinal no fronthaul e a maioria dessas técnicas comprime o sinal transmitido em banda base. Neste trabalho é desenvolvida uma técnica de compressão, para cenários específicos dos sistemas Rádio-sobre-Fibra digital, configurados para transmissão do sinal em frequência intermediária. Esta técnica usa informações sobre o estado de canal de rádio (Channel state information) para controlar a compressão do sinal no fronthaul. Os resultados das simulações, com a técnica desenvolvida, demonstram a sua capacidade para reduzir o volume de dados transmitidos na rede em cerca de 45,05%. Além disso, esta técnica permite a transmissão de sinais com modulação de 64 QAM, usando uma resolução menor (até 4 bits por amostra) no quantizador, mantendo o EVM abaixo do limiar recomendado pelo 3GPP (8%). Por fim, o desempenho da rede fronthaul é avaliado experimentalmente em um enlace óptico de 20-km, considerando cenários com compressão e sem compressão do sinal.
Acesso aberto (Open Access)
Compressão de sinais para fronthaul em arquitetura CRAN utilizando algoritmo evolutivo
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-28) SOUZA, Vitória Alencar de; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
As redes de acesso por rádio centralizado apresentam-se como uma potencial alternativa para a próxima geração de telefonia celular, devido à sua capacidade de prover grandes taxas de dados e permitir a redução dos gastos estruturais e operacionais na rede. A arquitetura centralizada implementa o conceito de fronthaul, mas aponta o desafio para aumento da capacidade de transmissão de dados nesses enlaces. Desta forma, o estudo de técnicas de compressão de sinais digitais apresenta-se como uma alternativa para reduzir o custo de implantação das redes de acesso por rádio centralizado. Nesse contexto, este trabalho investiga o uso de métodos de quantização vetorial na compressão de amostras complexas de sinais de LTE em bandabase. Propõe-se o uso de Algoritmos Genéticos no treinamento de dicionários sub-ótimos para o processo de quantização vetorial com objetivo de reduzir os erros impostos neste processo e consequente aumento na capacidade do fronthaul. Os resultados mostram que o algoritmo de compressão proposto permite redução de taxas de dados em fronthaul associados a erros aceitáveis. Demonstra-se ser possível fatores de compressão de taxa de dados de 5; 4 vezes, com erros de, aproximadamente, 4; 4%,comprovando-se a efetividade do método de treinamento de dicionários de LTE no downlink das redes de acesso por rádio centralizado.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de sensores baseados em fibra óptica afunilada para monitoramento ambiental
(Universidade Federal do Pará, 2015-02-06) SILVEIRA, Clenilson Rodrigues da; GIRALDI, Maria Thereza Miranda Rocco; http://lattes.cnpq.br/0270661833822671; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
O monitoramento de parâmetros ambientais é importante na preservação do meio ambiente. O desenvolvimento de sistemas tecnologicamente avançados para a medição de parâmetros físicos pode permitir a detecção antecipada de fatores nocivos ao meio ambiente. Por exemplo, sistemas de medição de índice de refração e temperatura permitem detectar poluição térmica e química na água de rios. Medição de curvatura ou inclinação é importante na previsão de fenômenos naturais que possam causar danos ao ser humano, tais como deslizamentos de encostas e sismos. Essa tese investiga sensores baseados em fibra óptica afunilada para monitoramento de parâmetros ambientais. A tecnologia investigada é baseada em fibra óptica monomodo padrão com seção afunilada que faz uso do campo evanescente para detectar alterações no ambiente externo, tais como índice de refração, temperatura e curvatura. Esse tipo de dispositivo é analisado através de simulações numéricas e medidas experimentais. A modelagem numérica é feita através do método de propagação de feixe por diferenças finitas (FD-BPM, finite difference beam propagation method). É comprovado numérica e experimentalmente que o interferômetro de Michelson em fibra óptica afunilada submetida à curvatura apresenta uma intensificação na sensibilidade à variação de índice de refração em comparação com o dispositivo não curvado. Medidas experimentais indicam que esse tipo de dispositivo tem também grande potencial como sensor de temperatura. Resultados numéricos, baseados no FD-BPM, indicam que é possível otimizar os parâmetros do afunilamento na fibra óptica para melhorar sua sensibilidade à curvatura em termos de potência transmitida.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de sensores baseados em fibra óptica para monitoramento estrutural
(Universidade Federal do Pará, 2016-04-01) FERNANDES, Cindy Stella; GIRALDI, Maria Thereza Miranda Rocco; http://lattes.cnpq.br/0270661833822671; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
A investigação e o desenvolvimento de sistemas para a medição de parâmetros físicos e mecânicos de integridade estrutural, pode permitir a prévia detecção de colapsos, processos de deterioração e outros fatores naturais e/ou provocados pelo homem. Nesse caso, a medida desses parâmetros em tempo real é crucial para a identificação, localização e quantificação de danos, e também para melhorar a manutenção e segurança dessas estruturas. Medições de curvatura e vibração são importantes para o monitoramento estrutural devido a sua relação com as respostas dinâmicas de estruturas de engenharia. Nessa tese, estruturas de descasamento de diâmetro de núcleo são propostas e experimentalmente investigadas para sensoriamento de curvatura e vibração. Entre as análises, duas configurações exibiram um melhor desempenho, uma abordagem usa uma estrutura formada pela emenda de uma pequena seção de fibra multimodo não revestida entre duas fibras monomodo padrão (SMS), combinada com um espelho óptico em fibra na sua extremidade, e a outra abordagem é formada pelo sanduíche de uma seção de fibra monomodo entre duas pequenas seções de fibra multimodo, emendadas entre duas fibras monomodo padrão (SMSMS). O dispositivo SMS é analisado através de medidas experimentais e simulações numéricas. Na análise experimental de curvatura, o sensor SMS proposto gera padrões de interferência destrutiva e aumenta a perda óptica se é curvado, variando somente a atenuação do sinal óptico sem variação do comprimento de onda. A modelagem numérica é feita com o método de propagação de feixe por diferenças finitas através da utilização do software BeamProp 9.0 da empresa RSoft. O sensor SMSMS possui duas seções MMF que agem como acoplador e reacoplador de modos de núcleo-casca, e a seção SMF ao meio atua como o “braço” de interferência. Assim os modos da casca que se propagam na seção SMF do meio tornam-se sensíveis às frequências aplicadas. Este dispositivo foi analisado experimentalmente como sensor de vibração e provou ser adequado para monitorar frequências tão baixas como 0.1 Hz. As configurações de sensores propostos apresentam várias características interessantes, tais como fácil fabricação, baixo custo, alta eficiência e alta sensibilidade. Embora o processo de fabricação das estruturas não seja muito preciso, o que afeta sua reprodutibilidade, esses sensores são muito úteis numa vasta variedade de aplicações, tais como monitoramento de integridade estrutural.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de sistema para verificação metrológica de transformadores de corrente IN SITU em sistemas de alta tensão utilizando transdutor óptico
(Universidade Federal do Pará, 2013-08-21) COSTA, Marcelo Melo da; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a aplicação em campo de um sistema para verificação metrológica de transformadores de corrente em alta tensão. O sistema foi desenvolvido utilizando como premissas básicas a portabilidade e a confiabilidade metrológica, de tal forma que pudesse ser facilmente transportado e instalado, sem interrupção do fornecimento de energia elétrica nem o uso de infraestrutura complexa de transporte e montagem. O sistema utiliza como padrão de referência um transdutor ótico, cujo sensor mede a corrente elétrica do primário do transformador de corrente a ser verificado através do efeito magneto-ótico de Faraday. Ele também é composto por outros instrumentos padrão que medem a corrente elétrica do secundário do transformador de corrente sob verificação, e realizam a comparação entre esta e o sinal da saída do transdutor ótico padrão. Foram realizados ensaios em laboratório e em campo. Os ensaios em campo foram realizados em duas subestações em Belém/PA, visando avaliar a correta operação do sistema em condições de alta tensão e alta corrente. Os ensaios foram realizados em seis transformadores de corrente conectados em 230 kV, em condições médias de carga, e obtiveram resultados satisfatórios.
Acesso aberto (Open Access)
Designing cost-efficient transport solutions for fixed and mobile broadband access network
(Universidade Federal do Pará, 2016-03-03) FARIAS, Fabrício de Souza; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Esta tese se concentra na avaliação técnico econômica de soluções de transporte para acesso banda larga fixa e móvel. Para futuras redes de acesso móvel, propõem-se arquiteturas de backhaul usando fibra e microondas baseado no desenvolvimento de redes de acesso wireless verde e infraestruturas legadas de backhaul baseada em cobre para migração Brownfield, ou seja, usando infraestrutura existente até o limite de capacidade suportada, enquanto para redes de banda larga fixa são propostas implantações de proteção baseadas em esquemas híbridos, ou seja, fiber+wireless. As principais contribuições desta tese estão relacionadas ao campo de pesquisa do custo total de investimento em infraestrutura de transporte banda larga. Em termos de custo total de investimento, são propostos dois conjuntos de modelos para avaliar as despesas de capital e de operação, CAPEX e OPEX respectivamente, de operadoras de redes de acesso banda larga fixa e móvel. Primeiramente, para banda larga móvel, é apresentado um conjunto de modelos condensado em uma metodologia geral que visa fornecer: previsão de tráfego, implantação de rede sem fio, implantação de backhaul móvel e avaliação do custo total. É mostrado que o backhaul baseado em fibra considerando acesso sem fio verde é a opção mais eficiente em termos de energia. Além disso, Brownfield mostra que o backhaul baseado em cobre ainda pode desempenhar um grande papel se utilizado até a exaustão de sua capacidade e reduz drasticamente os custos de investimentos em infraestrutura. Adicionalmente, são apresentadas as principais diferenças de custos e valores de energia entre redes de acesso sem fio verde e Brownfield. Finalmente, para banda larga fixa, é proposta uma metodologia baseada em dimensionamento de rede, custos associados à falha e avaliação do custo total por assinante. Os modelos são utilizados para avaliar cinco modelos que representam diferentes esquemas de proteção para arquiteturas de banda larga fixa. Esta pesquisa revela os benefícios econômicos do uso de esquema de proteção híbrido baseado em arquitetura fiber+wireless comparado com a opção de proteção baseada totalmente em fibra e é também apresentada uma análise de sensibilidade para provar que o investimento adicional em CAPEX para proteger a infraestrutura pode ser recuperado em alguns anos através da economia em OPEX.