Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2317

O Doutorado Acadêmico inicio-se em 1998 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

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Acesso aberto (Open Access)
Análise de sensores plasmônicos baseados em Nano estruturas estratificadas utilizando o Método das imagens complexas discretas
(Universidade Federal do Pará, 2018-05-11) SOUZA, Nadson Welkson Pereira de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647
Nesta tese, apresenta-se a análise teórica de um sensor de ressonância plasmônica de superfície (SPR) acoplado a nanopartículas metálicas. O sensor é considerado na configuração de Emissão Acoplada de Plasmon de Superfície (SPCE), onde as nanopartículas metálicas (ou analitos) são modeladas por dipolos equivalentes localizados acima do sensor. Um conjunto completo de funções diádicas de Green para o campo elétrico é derivado para meios planares, multicamadas e uniaxiais em uma forma computacionalmente eficiente e conveniente para aplicações que utilizem-se do Método das Imagens Complexas Discreta (DCIM) com a utilização do Generalized Pencil of Function Method (GPOF). O princípio da deformação do caminho complexo em um contorno de dois níveis é empregado para expressar uma integral original como uma soma de imagens complexas. Apresenta-se resultados de ressonância plasmônica de superfície, reflexão, campo próximo e distante de sensores planares e descreve-se como estas nanopartículas influenciam na capacidade de aumentar a intensidade de campo próximo e alterar a resposta de sensibilidade destes sensores ópticos. Além disso, para comparação, alguns resultados são calculados por métodos numéricos e experimentais. Os resultados mostram uma boa concordância, o que prova que o DCIM é um método teórico eficiente e poderoso para analisar sensores SPR na configuração SPCE.
Acesso aberto (Open Access)
Análise e modelagem em larga escala para as frequências 8, 9, 10 e 11 ghz em ambientes indoor
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-06) BATALHA, Iury da Silva; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382
Dentro do contexto de estudos relacionados a radio propagação, esta tese apresenta uma proposta de modelagem em larga-escala da perda de propagação para as bandas 8, 9, 10 e 11 GHz em relação ao número de paredes, distância e polarização. Foram feitas campanhas de medições no corredor do Anexo II e em laboratório de ensino localizados na Universidade Federal do Pará. A campanha de medições foi realizada utilizando antenas cornetas direcionais co-polarizadas em V-V e H-H e com polarização cruzada V-H em condições de Linha de visada (LoS - Line-of-sight) e sem Linha de Visada (NLoS - non-line-of-sight), o transmissor foi fixado dentro do ambiente com potência de transmissão de 0 dBm com disposição de antenas em V-V e H-H e 15 dBm para V-H. Foram utilizadas antenas direcionais para transmissor e receptor com elevação de 29.3∘ e azimute de 29∘ para as frequências 8, 9, 10 e 11 GHz. Foi aplicada a técnica Mínimos Quadrados Lineares (Minimum Mean Square Error - MMSE) para determinar os valores dos parâmetros das equações como: PLE, XPD, HHPD e OPLE. O modelo proposto para perda de propagação apresentou resultados satisfatórios em comparação com os dados medidos apresentando um desvio padrão baixo. Também é apresentada uma análise de desvio padrão pontoa- ponto dentro dos dois ambientes para as frequências estudadas. Para o corredor os valores de desvio padrão utilizando antenas polarizadas V-V foram de 7, 7.5, 5.6 e 5 dB e para antenas com polarização cruzada V-H foram de 5, 6.2, 2.3 e 3.5 dB para as frequências 8, 9, 10 e 11 GHz respectivamente. Para o laboratório os valores de desvio padrão para antenas V-V obteve 7, 7, 6.5 e 7.3 dB e para antenas com polarização H-H resultaram os valores de 9.3, 6.1, 6.1 e 6 dB. O fator de perda por polarização (XPD) apresentado na extensão do modelo CIX para o corredor apresentaram valores de 19.3, 28.7, 21.3 e 14.3 para as frequências de 8, 9, 10 e 11 GHz, respectivamente.
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)
Avaliação de técnica semi-supervisionada de análise de vetor comprimido (C2VA) em imagens de satélites para detecção de mudanças de uso e cobertura da terra
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-15) SIRAVENHA, Ana Carolina Quintão; PELAES, Evaldo Gonçalves; http://lattes.cnpq.br/0255430734381362
Imagens de sensores remotos e sistemas de informação geográfica são poderosas ferramentas para o monitoramento do meio ambiente. A região de Carajás é um importante depósito de minerais no Brasil e, como as leis ambientais protegem uma grande parte dessa cadeia de montanhas, a região Sul/Sudeste do Pará tem estado no meio de um intenso conflito envolvendo interesses econômicos e da natureza. O maior projeto de mineração brasileiro, o projeto Carajás, ativo na região desde a década de 70 nessa região e sua influência direta e indireta atinge vários municípios, entre eles, Parauapebas, Canaã dos Carajás, Ourilândia do Norte, São Félix do Xingu e Tucumã. Os dados utilizados nesta tese são baseados na coleta informações de uso e cobertura de terra desses municípios, abrangendo uma área de aproximadamente 111.000 km2, com o objetivo de observar a intervenção da paisagem a partir de uma perspectiva em grande escala. Assim, por meio da técnica de análise de vetores de mudanças comprimido em conjunto com o método de clusterização fuzzy c-means, foram analisadas as mudanças ambientais em cada um dos municípios citados. Os resultados foram avaliados a partir de métricas comuns ao campo de processamento se imagens, tais quais, erro médio quadrático normalizado, entropia cruzada e índice de similaridade; além disso, foram extraídos valores de avaliação a partir da matriz de confusão, a saber razão kappa e acurácia total. Sob o ponto de vista da aplicabilidade das ferramentas propostas, percebeu-se que a combinação da análise de vetores comprimido com a clusterização fuzzy é suficientemente eficiente para a detecção e análise de mudanças no uso e cobertura da terra. As métricas de avaliação quantitativa e qualitativa mostram boa acurácia em comparação com as imagens de referência manualmente obtidas. Os resultados mostram que, em geral, a cobertura vegetativa foi substituída por pastagens, que por sua vez foram substituídas por áreas urbanas. A comparação com as estatísticas oficiais e a avaliação visual indicam boa precisão do presente estudo na estimativa da cobertura vegetal. Sob a perspectiva da preservação do meio ambiente, a presença de áreas ambientalmente protegidas impediu o aumento do desmatamento nessa região,onde as taxas de mudança observadas foram pelo menos 15% menores do que as regiões não protegidas.
Acesso aberto (Open Access)
Circuladores de grafeno de banda ultralarga para região THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-07) SILVA, Samara Leandro Matos da; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Componentes não recíprocos são partes indispensáveis de muitos sistemas de micro-ondas e ópticos. No futuro, sistemas de comunicação THz também exigirá esses componentes. As publicações existentes mostram que a largura de banda dos circuladores baseados em grafeno na região THz pode ser de 10% a 20% com o uso de estruturas bastante complicadas. Os circuladores sugeridos são formados por uma junção de grafeno com padrão côncavo conectada aos guias de onda. O grafeno é suportado por camadas de SiO2/Si. O comportamento de circulação é baseado na não-simetria do tensor de condutividade do grafeno que aparece devido à magnetização por um campo magnético DC aplicado normalmente ao plano do grafeno. Discutimos os principais parâmetros que definem a largura de banda e sua influência na mesma. Os circuladores possuem largura de banda recorde que é duas vezes mais do que os publicados. Demonstramos que o circulador Y pode ter a largura de banda de 42% na faixa de frequência (2,75 ÷ 4,2) THz, com o isolamento melhor que −15 dB e as perdas de inserção maiores que −2 dB, proporcionadas pela polarização campo magnético DC 1,5 T e o potencial químico de 0,15 eV. Para os dois circuladores de 4 portas conseguimos uma largura de banda de 44% para os mesmos parâmetros físicos.
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)
Dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno na região de THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-02-28) CASTRO, Wagner Ormanes Palheta; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Quatro novos tipos de dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno operando na região de Terahertz (THz) são sugeridos e analisados teoricamente neste trabalho, sendo dois circuladores de três portas com geometrias tipo Y e tipo W, e dois divisores de potência de quatro portas com diferentes geometrias. A seção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas, compostas de grafeno, sílica (SiO2) e silício (Si), os planos das figuras desses componentes consistem de um ressonador circular de grafeno e guias de ondas conectados a ele. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético DC externo, e o princípio físico de funcionamento dos dispositivos é baseado na ressonância dipolar do ressonador. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, analisamos as matrizes de espalhamento dos componentes simétricos dos dispositivos. Além disso, para análise dos circuladores, a Teoria de Modos Acoplados Temporal também foi usada. Simulações numéricas foram realizadas por um programa computacional de onda completa e os cálculos demonstram níveis de isolamentos melhores que – 15 dB, tanto para os circuladores, como para os divisores de potência. O circulador tipo Y apresentou perdas de inserção em torno de - 2,6 dB, largura de banda de 7,4% na frequência central de 5,38 THz, enquanto que o circulador tipo W demostrou perdas de inserção de – 2 dB, largura de banda de 4,25% na frequência central de 7,5 THz; os campos magnéticos DC de polarização nos dois casos foram de 0,45 T e 0,56 T, respectivamente. Os divisores de potência demostraram que a divisão do sinal entre as duas portas de saída é de – 4,4 dB com banda de frequência de 4,5% e 3,4% e polarização magnética de 0,8 T. A influência de parâmetros geométricos e físicos sobre as características dos circuladores é discutida. As bandas de frequência dos dispositivos podem ser controladas dinamicamente alterando a tensão de polarização aplicada entre a camada de grafeno e o substrato.
Acesso aberto (Open Access)
Efeitos de Faraday e Kerr em estruturas periódicas metálicas: Grafeno na faixa de THz e Ouro-Dielétrico-Bi:YIG na faixa do infravermelho
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-05) SANTOS, Carlos Rafael Marques dos; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
A fotônica é um campo de pesquisa cuja finalidade reside na utilização da luz (fótons) ao invés de elétrons (eletrônica) na realização de determinadas funções como, por exemplo, o armazenamento, a transferência e o processamento de sinais. Dentro desse contexto, abre-se a possibilidade de desenvolvimento e produção de dispositivos cuja capacidade de armazenamento supera as dos dispositivos eletrônicos. Para tanto, é preciso controlar os fótons semelhantemente ao que é feito na eletrônica com os elétrons. O controle da radiação dentro da fotônica pode ser realizado através dos efeitos magneto-ópticos, como por exemplo, os efeitos de Faraday e de Kerr. O efeito de Faraday é utilizado como base de funcionamento de dispositivos tais como isoladores ópticos, sensores de corrente e outros. Por sua vez, o efeito de Kerr pode constituir a base de funcionamento de dispositivos de armazenamento de dados (memória magneto-óptica). No presente trabalho são estudados os efeitos magneto-ópticos de Faraday e Kerr, bem como a transmissão da radiação eletromagnética nas regiões do terahertz e infravermelho. Na faixa de frequência que corresponde ao THz são analisados o efeito de Faraday, o efeito de Kerr e a transmitância da radiação em estruturas periódicas de grafeno com diferentes geometrias. As estruturas analisadas neste trabalho podem apresentar, para campos magnéticos fracos (B = 1 por exemplo), rotação de Faraday maior que 3_ dependendo da escolha da geometria que podem ser círculos, quadrados, quadrados com pequenos cortes nos cantos e fitas. A rotação de Faraday nestes sistemas pode ser explicada por meio de um modelo simples de circuito onde a introdução de periodicidade no grafeno altera a impedância do sistema e consequentemente muda as propriedades magneto-ópticas do mesmo melhorando a rotação de Faraday em altas frequências (maiores que 7 THz) ainda com valores de campos magnéticos tidos como fracos. Tal característica não é possível se obter em uma folha uniforme de grafeno, uma vez que para esta só é possível obter forte rotação de Faraday em altas frequências com campos magnéticos fortes (10 T, por exemplo). Adicionalmente, para as três estruturas periódicas foi calculada a rotação de Kerr que pode chegar ao valor 3,96_ dependendo da geometria escolhida. Para todos os casos, a máxima rotação de Faraday e Kerr ocorrem para frequências maiores que 8 THz. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na região do infravermelho são estudos os efeitos de Faraday e Kerr, bem como a transmissão óptica extraordinária em uma estrutura plasmônica híbrida composta por quatro camadas. Para esta, a rotação de Faraday é de 7,9_ e 0,25 de transmitância para o comprimento de onda 945 nm. Adicionalmente, o efeito de Kerr pode chegar a 23_. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na estrutura proposta, a melhora da rotação de Faraday deve-se ao aumento do fator Q das ressonâncias na camada de material magneto-óptico.
Acesso aberto (Open Access)
Estados ligados de Majorana em nanodispositivo com ponto quântico acoplado à cadeia de átomos em zigue zague sobre supercondutor topológico.
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-11) BEIRÃO, Antonio Thiago Madeira; SILVA, Shirsley Joany dos Santos da; http://lattes.cnpq.br/6060351208361634; DEL NERO, Jordan; http://lattes.cnpq.br/5168545718455899
A pesquisa em física da matéria condensada com isolantes e supercondutores topológicos tem contribuído muito para a caracterização das propriedades de superfície e de modos zero em nanofios. Investigamos teoricamente o transporte de elétrons através do ponto quântico em forma de T (PQ) com um único nível e spinless, conectado a uma cadeia em zigue zague e acoplado a um supercondutor p-wave, utilizando o método analítico recursivo de funções de green no equilíbrio. Este modelo é uma extensão da cadeia de Kitaev para uma rede triangular de tamanho finito com três, quatro e cinco sitios. Observamos que modos zero de Majorana podem ser sintonizados através dos parâmetros de acoplamento do dispositivo e a condutância linear mostra ambos os Estados Ligados de Majorana (MBS) na fase topológica e na fase topológica geral maximamente robusta. Este modelo mais realista permite a detecção de MBS através do controle dos parâmetros que governam o tunelamento eletrônico e pode ser útil para experimentos relevantes.
Acesso aberto (Open Access)
Estruturas photonic band gap em antena de microfita com aplicações em microondas e terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) OLIVEIRA, Jorge Everaldo de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho estamos analisando as simulações de duas antenas de microfita. A primeira é uma antena utiliza o material cerâmico Niobato de Bismuto (BiNbO4) dopado com Pentóxido de Vanádio (V2O5) no substrato. O patch da antena foi projetado com linha de alimentação indentada para facilitar o casamento de impedâncias e o substrato com furos de ar foi colocado apenas por baixo do patch para diminuir ainda mais as perdas. A segunda é uma nanoantena com Patch de Grafeno na faixa de Terahertaz e substrato PBG (Photonic Band Gap), com rede triangular, e furos nas seguintes configurações de altura h1, h2 e h3. Na altura h1 o substrato é perfurado totalmente, enquanto que nas alturas h2 os furos serão feitos de cima para baixo até a metade do substrato e a altura h3 é a antena com substrato perfurado de baixo para cima até a metade do substrato. Portanto são criadas três antenas nessas geometrias utilizando uma rede de furos triangular. A disposição dos furos no substrato dielétrico, constituem a estrutura PBG, para aumentar o desempenho e a eficiência dessas antenas, extinguindo ondas de superfície no substrato de antenas de microfita. A geometria adotada melhora ainda parâmetros das antenas como por exemplo a eficiência e a largura de banda. Os Softwares Comerciais HFSS e CST foram utilizados para as simulações das antenas. Após as etapas da simulação numérica foram obtidos os resultados dos parâmetros desses dispositivos. A primeira antena (rede periódica com substrato cerâmico) obteve perda de retorno de -36,21 dB, para uma frequência de ressonância de 10,26 GHz, com largura de banda de 2,18 GHz . Nas simulações das antenas de microfita com Patch de Grafeno a antena h3 obteve dupla banda de transmissão com potencial químico do grafeno de 0,3 eV.
Acesso aberto (Open Access)
Mapeamento de bits para adaptação rápida a variações de canal de sistemas QAM codificados com LDPC
(Universidade Federal do Pará, 2017-09-29) CORRÊA, Fernanda Regina Smith Neves; UCHÔA-FILHO, Bartolomeu Ferreira; http://lattes.cnpq.br/7752341440632617; PELAES, Evaldo Gonçalves; http://lattes.cnpq.br/0255430734381362
Os codigos com matriz de vericação de paridade de baixa densidade (LDPC) tem sido adotados como estrategia de correção de erros em diversos padrões de sistemas de comunicação, como nos sistemas G.hn (padrão que unifica as redes domesticas) e IEEE 802.11n (padrão para redes sem o locais). Nestes sistemas com modulação de amplitude em quadratura (QAM) codicados com LDPC, mapear propriamente os bits codificados para os diferentes sub-canais, considerando o fato de os sub-canais terem diferentes qualidades, garante uma melhora no desempenho geral do sistema. Nesse sentido, esta Tese apresenta uma nova técnica de mapeamento de bits, baseada na suposição de que bits transmitidos em sub-canais \bons" ajudam bits transmitidos em sub-canais \ruins". Isto e possível através de algumas restrições impostas ao grafo de Tanner associado, semelhantes aos códigos Root-LDPC. A otimização deste mapeamento de bits utilizando curvas de transferência de informação extrínseca (EXIT charts) também e apresentada. Observa-se que esse mapeamento tem a vantagem de um espaço de busca de otimização reduzido quando aplicado ao sistema com modo de transmissão de portadora única. Além disso, em situações nas quais o espaço de busca não e tão reduzido, como em aplicações baseadas em multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM), chegou-se a uma simples regra pratica associada as restrições do mapeamento de bits que praticamente elimina a necessidade de uma otimização. Por fim, um estudo do impacto do nível de desequilíbrio de contabilidade através dos sub-canais sobre o desempenho do mapeamento de bits e apresentado. Os resultados das simulações mostram que a estratégia de mapeamento de bits melhora o desempenho do sistema, e que, na presença de variações do canal, o sistema pode, adaptativamente, aplicar um novo mapeamento de bits sem a necessidade de recorrer a uma otimização complexa, podendo ser muito útil em sistemas práticos.
Acesso aberto (Open Access)
Uma metodologia temporal para avaliação do desempenho de códigos concatenados em sistemas OFDM para transmissão de vídeo 4K-UHD
(Universidade Federal do Pará, 2024-08-16) COSTA, Thiago de Araújo; CASTRO, Bruno Souza Lyra; http://lattes.cnpq.br/1897829604434609; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
O canal de comunicação é uma parte crítica do processo de degradação da informação. No domínio da transmissão de vídeo de ultra-resolução 4K, o canal de comunicação é uma parte crucial onde ocorre a degradação da informação, levando inevitavelmente a erros durante a recepção. Para melhorar o processo de transmissão em termos de fidelidade, tecnologias avançadas como digital video broadcasting terrestrial (DVB-T) e seu sucessor evolutivo, digital video broadcasting terrestrial second generation (DVBT2), são utilizadas para mitigar os efeitos dos erros de transmissão de dados. Dentre as mudanças realizadas com esta transição, destaca-se a troca dos pares concatenados da codificação de canal. Dentro deste cenário, esta pesquisa apresenta uma metodologia inovadora para a análise temporal da qualidade de vídeo de ultra-resolução 4K sob a influência de ruído gaussiano branco aditivo (AWGN) e canais Rayleigh. Este esforço analítico é facilitado pela aplicação de esquemas de codificação concatenados, especificamente, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem concatenado com lowdensity parity check (BCH-LDPC) e Reed-Solomon concatenado com códigos covolucionais (RS-CONV). Uma compreensão mais abrangente da qualidade do vídeo pode ser alcançada considerando as suas variações temporais, um aspecto crucial da evolução contínua dos paradigmas tecnológicos. Neste estudo, o Structural Similarity Index (SSIM) serve como principal métrica para avaliação da qualidade durante as simulações. Além disso, os valores simulados da Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) validam essas descobertas, exibindo alinhamento consistente com as avaliações baseadas em SSIM. Além disso, o desempenho do BCH-LDPC supera significativamente o do RS-CONV sob o esquema de modulação 64-QAM, produzindo níveis de qualidade de vídeo superiores que se aproximam ou superam aqueles alcançados pelo RS-CONV sob a modulação QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), levando para um aumento na eficiência espectral. Esta melhoria é evidenciada pelos ganhos do SSIM superiores a 78%, em média. O cálculo dos ganhos médios entre tecnologias distintas na análise da qualidade de vídeo fornece uma estrutura de avaliação robusta e abrangente, capacitando as partes interessadas a tomar decisões informadas neste domínio.
Acesso aberto (Open Access)
Metodologias de discretização espacial sem malha baseadas nos potenciais de Coulomb e Lennard-Jones para o método radial de interpolação por pontos (RPIM) aplicadas para solução numérica das equações de Maxwell
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-04) SOUSA, Washington César Braga de; RABELO, Wilson Ricardo Matos; http://lattes.cnpq.br/7978676206209168; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863
Neste trabalho, três novos métodos de interação entre partículas baseados na lei de Coulomb e potencial de Lennard-Jones foram desenvolvidos e computacionalmente implementados visando gerar discretização espacial totalmente meshless que possa ser aplicada ao Radial Point Interpolation Method (RPIM) na solução de equações diferenciais parciais. Estes novos métodos, chamados de Coulomb Law Discretization Method (CLDM), Electric Charge Gaussian Gradation Method (ECGGM) e Lennard-Jones Discretization Method (LJDM), empregam versões adaptadas de equações das forças vetoriais de Coulomb e Lennard-Jones para obter uma distribuição equilibrada de nós no espaço (estado de equilíbrio), com o intuito de alcançar alta qualidade na discretização espacial de estruturas complexas. Para este objetivo, uma nova métrica de qualidade é introduzida. O trabalho está apresentado na forma de agregação de três artigos cientí cos, os quais apresentam respectivamente os métodos: CLDM, ECGGM e LJDM. Os métodos RPIM e UPML (Uniaxial Perfectlly Matched Layers) são usados para resolver as equações de Maxwell no domínio do tempo para problemas 2D (modo TMz) e 3D. Os métodos CLDM, ECGGM e LJDM (cada um em conjunto com o método RPIM), são aplicados em problemas de espalhamento eletromagnético, com base em cilindros metálicos circulares, elípticos e triangulares (caso 2D). Para o caso 3D é aplicado o método LJDM/RPIM. Os resultados obtidos estão de acordo com soluções analíticas.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem da perda de qualidade de videos H.264 em redes sem fio considerando perdas de PSNR e de frames
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) CARMONA, João Victor Costa; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
As aplicações multimídia vêm crescendo bastante nos últimos anos; novos consumos como jogos online, videoconferência, vídeo sob demanda e telefonia IP são algumas dessas. Porém, percebe-se um destaque maior na busca relacionada à vídeos e streamings, atualmente em altas resoluções e, trafegados majoritariamente sobre redes de comunicações sem fio. Principalmente por conta da proliferação de dispositivos móveis e aumento significativo das redes de acesso, que tornam mais cômodo e fácil o provimento a essas informações. Assim, como consequência imediata,desse tipo de fluxo, surge a necessidade de investimentos em técnicas e mecanismos que proporcionem ao usuário final a qualidade e satisfação desejadas diante de um conteúdo de alta definição. Este trabalho visa realizar a modelagem da perda de qualidade de vídeos, através da análise de desempenho destes em diversas resoluções, especificamente padrões em HD e UHD, em 720p, 1080p e 2160p. Nesse sentido, uma investigação de correlação entre as métricas extraídas dos vídeos é aplicada, através do coeficiente de correlação de Pearson, e fundamentos da área em questão. Propõem-se também equações para a modelagem de perda de qualidade, baseadas em análise de métricas associadas à perda de pacotes, em que ao final do estudo e conforme apontamentos realizados ao longo do texto, utilizou-se para a equação geral da modelagem, os parâmetros de Perda de PSNR e Perda de Frames Total. O resultado obtido mostra valores máximos de RMSE e Desvio Padrão, de 0,793 dB e 0,810 dB, respectivamente, tornando o modelo desenvolvido muito bom para o conjunto de vídeos testado e suas resoluções.
Acesso aberto (Open Access)
Modelling and mitigation of alien crosstalk for DSL systems
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-11) GOMES, Diego de Azevedo; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284; PELAES, Evaldo Gonçalves; http://lattes.cnpq.br/0255430734381362
G.fast é o padrão mais recente do ITU-T para transmissões DSL, o qual e destinado para topologias do cobre de curtas distâncias e adota uma largura de banda de 106 MHz, que pode ser extendida at é 212 MHz. Em muitas situações os sistemas G.fast serão compostos ou coexistirão com linhas não-coordenadas (o linhas alien), as quais são fonte de forte crosstalk, pois estas linhas não fazem parte do grupo vetorizado. Este documento apresenta uma formula ção que explica o desempenho de m étodos de mitiga ção de alien crosstalk de acordo com o n úmero de linhas alien no ambiente, o mecanismo que defi ne a correla ção desta interferência e um m étodo de mitiga ção de alien crosstalk para transmissões DSL na dire ção de downstream afetadas por m últiplos interferentes, chamado AMMIS. Os resultados das simula c~oes mostram que os m étodos de mitiga c~ao de alien crosstalk encontrados na literatura podem de fato melhorar o desempenho de sistemas G.fast, mas apenas em condi ções específi cas. N os contrastamos estas situa c~oes e apresentamos diretrizes acerca da viabilidade destas t écnicas de mitigação em cen ários com n úmeros distintos de linhas alien. Adicionalmente, o AMMIS apresenta resultados promissores em rela c~ao a taxa de dados quando comparado com os m etodos encontrados na literatura em cen arios com grande quantidade de interferentes, com a vantagem adicional de ainda possibilitar economia de energia. Como suporte para as simula ções, tamb ém apresentamos um conjunto de medi ções de alien crosstalk.
Acesso aberto (Open Access)
Modelo para representação de ambientes 3D utilizando composição de modos do método FDTD-2D
(Universidade Federal do Pará, 2017-05-26) LIMA, Bruno Wallacy Martins; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Neste trabalho, utilizam-se as versões em duas e três dimensões do método de diferenças finitas no domínio do tempo, FDTD, para simulação da propagação da onda eletromagnética em ambiente interior (indoor). Primeiramente, a validade do método FDTD-3D é comprovada através da comparação dos valores do perfil de retardo de potência obtidos por campanha de medições. As perdas expressas com o método FDTD-3D foram utilizadas para propor correções aos resultados do método FDTD-2D que levam em conta a propagação no espaço livre e a propagação no ambiente interior. As vantagens do método FDTD-2D com respostas transitórias corrigidas estão no reduzido tempo de processamento e consumo de memória quando comparados a outros métodos numéricos. Além disso, é possível com o método FDTD-2D com respostas corrigidas expandir a simulação da propagação da onda para ambientes complexos e de grandes dimensões, desenvolver software de simulação voltado para computadores pessoais e aparelhos celulares.
Acesso aberto (Open Access)
Nanoantena Óptica Plasmônica Dipolo-Espira de Banda Larga
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-11) SOUZA, Janilson Leão de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647
Neste trabalho é analisado um novo modelo de nanoantena óptica plasmônica. A nanoantena denominada dipolo-espira é obtida pela combinação de uma antena dipolo cilíndrica e uma espira parasita cilíndrica. Este novo modelo de antena é investigado e aplicado em nanocircuito óptico plasmônico e em nanoenlace óptico sem fio. A modelagem da antena e de suas aplicações são feitas pelo Método dos Momentos (MoM) linear. Para a nanoantena, são investigadas a impedância de entrada, coeficiente de reflexão, largura de banda, eficiência de radiação, ganho, campo elétrico próximo, diagrama de radiação e o efeito de um substrato de dióxido de silício nas propriedades ressonantes da antena. Contudo, o foco principal é a largura de banda. Para o nanocircuito, é investigado o casamento de impedância, aplicando o conceito de casamento de impedância em analogia com a teoria de radiofrequência, variando os parâmetros da antena emissora. Para o nanoenlace, é analisada a potência recebida na carga em função da frequência e distância entre transmissor e receptor. Além disso, é feita uma comparação da perda com a distância do nanoenlace com uma linha de transmissão óptica bifilar. Os resultados mostram que a antena dipolo-espira apresenta característica evidente de largura de banda larga, com valores de até 45.4 % e, no geral, esta largura de banda esteve entre 36.7 e 45.4 %. Esta antena aplicada a nanocircuito pode melhorar o grau de casamento de impedância (coeficiente de reflexão de tensão mínimo de −25 dB) em relação às antenas dipolo. Além disso, ao utilizá-la em nanoenlace óptico sem fio pode-se aumentar a largura de banda operacional na faixa de 179.1 a 202.5 THz, em comparação com nanoenlace convencional baseado apenas em antenas dipolo. Além do mais, os nanoenlaces sem fio, baseados em antenas dipolo-espira ou dipolo, são mais adequados do que nanoenlace com fio para distâncias acima de aproximadamente 22 μm.
Acesso aberto (Open Access)
Network slice admission using reinforcement learning and information-centric networking for mobile networks
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-21) BATISTA, Pedro dos Santos; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284
A evolução das redes móveis mais populares atualmente (4G), as 5G, tem como um dos objetivos suportar aumento de tráfego e ao mesmo tempo diminuir o custo. Assim otimização na entrega de conteúdo é importante para essa nova rede; um outro aspecto é que 5G tem a ambição de ser uma rede altamente adaptável, isto é, ela deve ser confiável o suficiente para ser utilizada em automação industrial e ao mesmo tempo barata o suficiente para ser usada em serviços de banda larga. Nesse contexto, esta tese estuda dois aspectos do 5G, o primeiro é o emprego de redes orientadas a conteúdo (ICN) para melhorar a eficiência de entrega de conteúdo multimídia em serviços de banda larga móvel; o segundo é o desenvolvimento de um agente que utiliza aprendizado por reforço como um facilitador para as novas redes altamente configuráveis, as quais podem se tornar um desafio para serem entendidas e configuradas manualmente. O ICN tem como objetivo circunver vários problemas do atual protocolo de internet, dentre eles, uma entrega de conteúdo mais eficiente. Dado significativa taxa de crescimento de transmissão de vídeos em redes móveis, é sensível avaliar como as redes 4G/5G podem se beneficiar de ICN. Existem muitos trabalhos que avaliam o emprego de ICN em redes fixas e para o núcleo das redes móveis. Menos atenção tem sido dedicada ao emprego de ICN nas redes de acesso a rádio (RAN) ou ICN-RAN. Este trabalho descreve o emprego de ICN na RAN de 4G/5G, e também apresenta uma bancada de testes que permite o desenvolvimento de provas de conceitos usando ICN-RAN em 4G. Os resultados indicam, por exemplo, que a avaliação de diversas funcionalidades de ICN podem ser realizadas, mas que a falta de aceleradores de hardware e código otimizado limitam a taxa de bit que pode ser alcançada em tempo real. No contexto de adaptação da rede, a tecnologia mais promissora é o fatiamento da rede. Fatia de rede pode ser entendida como parte da rede que é personalizada para determinados serviços. Os requisitos de cada serviço são impostos pelo inquilino, o qual adquire fatias do provedor de infraestrutura. O provedor de infraestrutura 5G tem que otimizar a utilização de seus recursos, costumeiramente essa utilização é aumentada ao admitir fatias, porém, os recursos na infraestrutura são finitos e admitir todas as fatias pode aumentar o risco de violação de acordos de prestação de serviços, o que implica em multas que podem diminuir o lucro. Nesta tese, é investigado o uso de um agente treinado por aprendizado por reforço que aprende como aumentar o lucro do provedor de infraestrutura. Tal agente, baseado em redes neurais, aprende as consequências da admissão de fatias na rede baseado no inquilino e no seu perfil de utilização de recursos, aprendendo assim, a balancear os benéficos da admissão em contraste com os custos de orquestração e gerenciamento de recursos.
Acesso aberto (Open Access)
Posicionamento otimo de estações rádio base do serviço móvel celular utilizando modelo de conhecimento discreto em propagação outdoor
(Universidade Federal do Pará, 2018-12-14) GOMES, Igor Ruiz; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382
Um bom projeto de redes sem fio depende de viabilidade técnica, financeira e quais critérios deseja-se atender. Com a aparição de novas tecnologias e serviços, como a transmissão em 5G e a reutilização de frequências, novos trabalhos estão sendo feitos para garantir o melhor projeto para uma determinada área. Este trabalho apresenta um modelo de rádio propagação discreto que utiliza o classificador K-vizinhos mais próximos. O modelo leva em consideração atributos diferentes de um ambiente, no caso desta tese, o estudo foi nas dependências da Universidade Federal do Pará, representando um ambiente tipicamente amazônico. Para a concepção do modelo campanhas de medição foram realizadas em tres diferentes frequências: 521MHz, 2100 MHz, e 2600 MHz. O estudo do desvanecimento nessas frequências foi realizado para fazer uma generalização de frequências para incluir no modelo. Com o modelo pronto foram feitos dois cenários para otimização do posicionamento das estações rádio base (ERBs) em estudo. O modelo proposto foi aplicado em alguns cenários, mostrando a potência recebida em cada ponto, além disso, testes para frequência de 700 MHz foram realizados para mostrar a adequação do polinômio obtido na generalização das frequências.
Acesso aberto (Open Access)
Projeto e síntese de superfície seletiva de frequências para o padrão IEEE 802.15.3C via técnica de otimização híbrida multiobjetivo de alta precisão
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-19) MOTA, Raimundo José Santos; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382
As Redes Neurais Artficiais (Arti_cial Neural Networks _ ANN) são inspiradas na estrutura e nos aspectos funcionais nas redes neurais biológicas. Elas são treinadas através de mecanismos obtidos das propriedades físicas dos processos envolvidos, por exemplo, ondas eletromagnéticas. Do conhecimento adquirido através dessa experiência e aprendizagem, elas podem ser capazes de fornecer soluções prevendo comportamentos de usuários e fornecendo, dentro de uma região de interesse, dados de estratégias precisas para projetos e dimensionamentos. Aqueles que criticaram a aplicação de algoritmos obtidos das ANN, argumentavam que os problemas a serem encarados eram normalmente sem grandes complexidades. Entretanto, os métodos convencionais que foram propostos para resolverem estes mesmos problemas não se mostraram eficientes. Alguns sucessos espúrios ocorreram em certos ambientes bem comportados, mas sem a exibilidade quando se encontra restrições diversicadas. Em concordância a estes desenvolvimentos, também se teve a abertura evolutiva das ferramentas computacionais, que tem dado um suporte extraordinário para o aprofundamento de técnicas para resolver e otimizar problemas antes impensados. Em muitos problemas de otimização, a qualidade de uma solução é definida por seu desempenho em relação a vários objetivos concomitantes. Tais objetivos, não podem ser sensivelmente reduzido a um único valor, por exemplo, usando uma soma ponderada de todos eles ou outra metodologia pertinente, mas deve se considerar a solução dominadora, independentemente uma do outra. Para atingir soluções precisas com redução de custos computacionais, menor tempo de processamento, se apresentam os Algoritmos Evolucionários Multi-Objetivos (Multiobjective Evolutionary Algorithms _ MOEA), somada com a Computação Bioinspirada (Bioinspired Computation _ BIC). Combinando as vantagens dos algoritmos clássicos, surgiram de forma irreversível os Algoritmos Metaheurísticos. Nesses moldes, é apresentado neste trabalho, uma técnica de otimização híbrida Bioinspirada que associa uma Rede Neural de Regressão Geral (General Regression Neural Networks _ GRNN) em combinação com o Algoritmo Multiobjetivo do Morcego (Multiobjective Bat Algorithm _ MOBA), para projeto e síntese de Superfícies Seletivas de Frequência (Surfaces Selective Frequency _ FSS) objetivando sua aplicação no sistema de comunicação de dados, por difusão de ondas milimétricas, especificamente, no padrão IEEE 802:15:3c. O dispositivo projetado consiste em arranjos planares de metalizações (patches), na forma geométrica de losango, dispostos sobre substratos do dielétrico RO4003. A FSS proposta e de_nida neste estudo apresenta resultados e resposta com característica de banda ultra larga. A FSS patch losango projetada é capaz de cobrir a faixa de 40:0 GHz a 70:0 GHz, ou seja, com largura de banda de 30:0 GHz e frequência de Ressonância em 60:0 GHz. As frequências de corte inferior e superior, para o caso da matriz de espalhamento, referente ao coeficiente de transmissão é dado em decibéis (dB), e foram obtidas no limiar de corte em 10dB para controle da banda de operação do dispositivo.