Dissertações em Engenharia Elétrica (Mestrado) - PPGEE/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2316

O Mestrado Acadêmico inicou-se em 1986 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)
5G MIMO and LIDAR data for machine learning: mmWave beam-selection using deep learning
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-29) DIAS, Marcus Vinicius de Oliveira; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284
Sistemas de comunicação modernos podem explorar o crescente número de dados de sensores usados atualmente em equipamentos avançados e reduzir a sobrecarga associada à configuração de links. Além disso, a crescente complexidade das redes sugere que o aprendizado de máquina, como redes neurais profundas, podem ser utilizadas efetivamente para melhorar as tecnologias 5G. A falta de grandes conjuntos de dados dificulta a investigação da aplicação de aprendizado profundo na comunicação sem fio. Este trabalho apresenta uma metodologia de simulação (RayMobTime) que combina um simulador de tráfego de veículos (SUMO) com um simulador de ray-tracing (Remcom’s Wireless InSite), para gerar canais que representem cenários 5G realísticos, bem como a criação de dados de sensores LIDAR (através do Blensor). O conjunto de dados criado é utilizado para investigar técnicas de beam selection de veículo para infraestrutura usando ondas milimétricas em diferentes arquiteturas, como arquitetura distribuída (uso das informações de apenas um veículo selecionado e processamento de dados no veículo) e arquiteturas centralizadas (uso de todas as informações presentes fornecidas pelos sensores em um dado momento, processando na estação base). Os resultados indicam que redes neurais profundas convolucionais podem ser utilizadas para beam selection sob uma estrutura de classificação de top-M. Também mostra que uma arquitetura distribuída baseada em LIDAR fornece desempenho robusto independentemente da taxa de penetração de veículos, superando outras arquiteturas, bem como pode ser usada para detecção de visada direta com precisão razoável.
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 comparativa de nanoantenas plasmônicas no modo de recepção para a aplicação em nanocircuito óptico.
(Universidade Federal do Pará, 2020-01-30) LOPES, Patrik Coelho; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647; https://orcid.org/0000-0003-4393-3217
Neste trabalho, é feito um estudo teórico para diferentes casos de nanoantenas ópticas. As análises numérica são realizadas pelo Método dos Elementos Finitos (FEM – Finite Element Method). A primeira parte da análise será feita com as nanoantenas isoladas consideradas: dipolo, dipolo-espira, espira e bastão-espira. Inicialmente é feita para o modo de transmissão para a obtenção de parâmetros importantes para o estudo das nanoantenas, como impedância de entrada, coeficiente de reflexão, eficiência de radiação e diagrama de ganho. Posteriormente no modo de recepção, excitadas por uma onda plana linearmente polarizada, variando a direção de polarização. Onde a potência recebida pela carga versus frequência e o campo elétrico próximo são investigados para antenas. Os resultados mostram que o caso da nanoantena dipolo-espira é o mais eficiente (atingindo até er = 81.25%) além de uma melhor banda de recepção. Já a segunda parte, é apresentado a aplicação de um nanocircuito óptico, composto pela espira de recepção conectado a uma linha de transmissão óptica bifilar (OTL – Optical Transmission Line) com um dipolo no terminal da linha. São investigados também, o campo próximo e a potência recebida para os nanocircuitos analisados separadamente, com uma carga no terminal da linha de transmissão. Por fim, a excitação do nanocircuito é feita através de uma sonda de abertura modelado por um feixe gaussiano, focalizado na espira receptora, transferindo energia para o dipolo emissor, com um padrão de onda estacionária, o acoplamento eletromagnético do nanocircuito espira com o feixe gaussiano, mostrou melhores resultados (com valor máximo atingido de PZC = −103 dBm) em comparação com a onda plana (com valor máximo de PZC = −125 dBm), com a potencia recebida na carga de ZC = 50Ω.
Acesso aberto (Open Access)
Análise comparativa do desempenho da compensação da dispersão em redes de fibras ópticas
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-13) LUZ, Fabrício Pinho da; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Este trabalho aborda o uso de métodos para tratamento da dispersão em fibras ópticas, mostrando a eficácia da utilização para um melhor resultado do Fator de qualidade (Q. Factor) e da taxa de erro de bit (Min. Ber) na transmissão de dados por redes de fibras ópticas. Desse modo, esta dissertação tem por objetivo fazer uma análise do desempenho de uma das técnicas de Pós-compensação em sistemas Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa, baseado em redes ópticas passivas (DWDM-PON) com 16 canais e 100GHz de espaçamento para uma taxa de transmissão de dados de 10Gbps através do método de Pós-compensação de dispersão; propõe a utilização de técnicas de dispersão, a de Pós-compensação e a de dispersão Cromática na transmissão de dados por fibras ópticas com utilização de fibras compensadoras de dispersão (DCF) e Fibras de Grade de Bragg (FBG) para um melhor resultado do fator de qualidade (Q-Factor) e da taxa de erro de bit (Min Ber). A metodologia aplicada teve base em levantamentos bibliográficos de trabalhos na mesma linha de pesquisa sobre métodos de tratamento dos efeitos não lineares, em especial o de dispersão em fibras ópticas; em seguida foi feita a modelagem da rede óptica no software OptiSytem da Optiwave Corporation para implementação das simulações dos métodos utilizados para tratamento da dispersão em fibras ópticas. Concluiu-se, a partir do estudo de três sistemas de compensação de dispersão, onde uma ligação DCF e uma ligação FBG foram utilizadas para esse fim, que os valores do fator Q e do BER foram comparados e analisados a uma taxa de transmissão de 10 Gb/s; que o fator Q e o OSNR para o sistema de compensação de simétrica (mista) eram os maiores, estas técnicas de compensação de dispersão diminuem a degradação do sinal, melhorando a transmissão dos dados no sistema, com fibra DCF as perdas totais aumentam devido os efeitos não lineares, e seu custo é maior do que a fibra FBG, ou seja, com fibra FBG, o custo do sistema é menor, porém seu alcance é limitado. Portanto as duas técnicas podem ser utilizadas dependendo dos requisitos da rede do projeto de telecomunicações.
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 canal para frequência de 3,5 GHz em aeroporto
(Universidade Federal do Pará, 2022-01-28) MACEDO, Alex Sanches; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
Com a constante evolução dos sistemas de tecnologia e comunicação reforçou o aumento na troca de dados, velocidade e a confiabilidade quanto ao acesso a rede móvel. Diversas causas como a deficiência espectral, dificuldades na cobertura do sinal, problemas com antenas e rádio-enlace, são obstáculos a serem trabalhados e melhorados de forma a atender os serviços com maior qualidade dentro de uma infraestrutura da rede de comunicação móvel. Para atender o aumento vertiginoso do consumo de usuários e equipamentos conectados em rede móvel, diversos trabalhos e pesquisas estão sendo propostas e desenvolvidas. No Brasil, está prevista a chegada da tecnologia de quinta geração (5G) a partir de 2021, e que utilizará a faixa de frequência de 3, 5 GHz. Dessa forma, a necessidade de comunicação em ambientes de grande movimento de pessoas, pois o 5G promete conectividade rápida com mais usuários abrangendo serviços e aplicações que exigem altas taxas de dados em uma ampla área de cobertura. Em particular, nesta frequência que representa uma banda sub-6 GHz a ser usada para o 5G no Brasil. Quanto ao comportamento do canal, a caracterização deste canal é de importante relevância. Assim motivou-se, nesta dissertação, o estudo sobre a análise de canal para a frequência de 3, 5 GHz em um grande ambiente indoor, este cenário é em um saguão do Aeroporto Internacinal Val de Cans, em Belém do Pará. A campanha de medições foram realizadas para Line-Of-Sight (LOS) e por meio da sondagem de canal são extraídos os parâmetros de dispersão do canal de pequena escala. Estes parâmetros são o retardo médio RMS e espalhamento médio RMS, também foi verificada a banda de coerência do canal e o perfil de potência e retardos. Entender a propagação do sinal em larga escala é importante para construção de projetos de sistemas de rádio móvel. Também foi investigado o sinal através dos modelos Floating-Intercept (FI), Close-In (CI) e suas variações são aplicados e analisados para avaliar a perda de percurso para co-polarização (V-V e H-H) e polarização cruzada (V-H e H-V). Pode-se inferir que a metologia aplicada em larga escala mostrou-se adequada com os dados e, quando estes comparados a outros tipos de ambientes e outras frequências encontrados na literatura.
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)
Análise de desempenho deum sistema óptico baseado em interferômetro de Mach-Zehnder e amplificador óptico semicondutor
(Universidade Federal do Pará, 2024-11-18) ARAÚJO, Fábio Souza de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
O presente trabalho apresenta e explora, através do software OptiSystem, o desempenho de um sistema óptico que combina o interferômetro de Mach-Zehnder, o amplificador óptico semicondutor (SOA) e a Grade de Bragg em Fibra (FBG). O sistema é formado por três partes principais: sessão de transmissão, sessão amplificador óptico semicondutor interferômetro MachZehnder (SOA-MZI) e sessão de recepção. E foram analisados os parâmetros de desempenho: fator de qualidade (Fator-Q) e a taxa de erro de bit (BER) para diferentes sequências de bits e para a variação do tamanho do comprimento da fibra óptica. Em geral, o sistema proposto apresentou um bom desempenho, mostrando-se como projeto viável para aplicação em redes metropolitanas com enlaces de até 50 km.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de nanoenlaces ópticos sem fio compostos por nanoantenas plasmônicas yagi-uda e dipolo
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-17) GARCIA, Tiago dos Santos; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647
Neste trabalho foi feita uma análise teórica comparativa de nanoenlaces ópticos sem fio formados por nanoantenas plasmônicas Yagi-Uda e dipolo. Os resultados da análise das antenas isoladas no modo de transmissão, tais como impedância de entrada, diretividade, ganho, eficiência de radiação, coeficiente de reflexão e diagrama de radiação foram obtidos pelo Método dos Momementos linear, além da análise do efeito de um substrato de dióxido de silício nas propriedades ressonantes da antena que foi obtido do Método dos Elementos Finitos através do software COMSOL Multiphysics. A análise numérica do nanoenlace foi realizada pelo Método dos Momentos linear, onde a potência de transmissão e o campo elétrico próximo são investigados e otimizados para os nanoenlaces dos tipos Yagi-Uda/Yagi-Uda, Yagi-Uda/dipolo e dipolo/dipolo. Os resultados mostram que o nanoenlace Yagi-Uda/Yagi-Uda oferece uma melhora na transmissão de potência, em alguns pontos de frequência, em relação aos nanoenlaces dipolo/dipolo e Yagi-Uda/dipolo. Além disso, os resultados demonstram que todos os três enlaces podem operar com boas potências de transmissão em diferentes pontos de frequência, variando a impedância da carga da antena receptora.
Acesso aberto (Open Access)
Análise de ressonâncias eletromagnéticas em estrutura periódica de discos de grafeno magnetizadosd na faixa de terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2023-02-27) SILVA, Amanda Evangelista da; OLIVEIRA, Cristiano Braga de; http://lattes.cnpq.br/2012907724305086; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Desde seu isolamento em 2004, o grafeno tem se mostrado um material promissor, pois permite forte interação de portadores de carga com radiação terahertz (THz). Esta extensa interação com a luz se deve à excitação de polaritons de plasmon de superfície (SPPs) proporcionando assim diversas aplicações nas áreas de fotônica THz. Na presença de um campo magnético externo, a ressonância de cíclotron domina nos espectros THz. Neste trabalho analisamos vários modos de ressonância (dipolo, quadrupolo, hexapolo e os modos com simetria azimutal) que podem existir no disco de grafeno em um arranjo com células unitárias quadradas periódicas. Calculamos as ressonâncias com magnetização por campo magnético externo DC variando até 3T e as comparamos com o caso da mesma estrutura sem magnetização, onde observou-se que a presença do campo magnético resulta no desdobramento de alguns modos ressonantes. As características ressonantes são obtidas numericamente usando o software COMSOL Multiphysics em dois estudos distintos e complementares: o regime de cálculo de autofrequência referente aos modos naturais de ressonância e o de excitação por onda plana (plane wave) com incidência normal. As condições de contorno Floquet nos quatro lados das células unitárias são usadas para simular a estrutura periódica no plano do grafeno. O lado da célula unitária (ou seja, o período da matriz) usado no cálculo numérico é A = 9µm, o raio do disco de grafeno é D = 3µm. O problema da excitação de alguns modos por incidência de onda plana é discutido do ponto de vista da simetria circular que, para gerar os picos de ressonância neste regime, precisou ser quebrada através de um corte sutil no formato de fenda retangular de tamanho Lx = 10nm por Ly = 550nm, partindo axialmente da borda. O disco é modelado como elemento bidimensional, e isso fornece uma boa aproximação da espessura atômica de uma única camada desse material. A condutividade é modelada pelo modelo semi-clássico de Drude. A discussão das propriedades do ressonador é cumprida em termos de correntes no grafeno e campos eletromagnéticos fora do grafeno. As aplicações potenciais dos resultados obtidos são rotadores Faraday e Kerr, filtros controláveis e absorvedores para circuitos fotônicos THz

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