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)
Uma Análise do uso de informacões multiescala no mapeamento da PSNR para pontuacão perceptual
(Universidade Federal do Pará, 2019-11-18) GONÇALVES, Luan Assis; ZAMPOLO, Ronaldo de Freitas; http://lattes.cnpq.br/9088524620828017; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
A previsão da qualidade visual é crucial nos sistemas de imagem e vídeo. Métricas de qualidade de imagem com base no erro quadrático médio prevalecem em diversas aplicacões, apesar de apresentarem baixa correlacão¸ com a percepção visual humana, devido à sua simplicidade matemática. As últimas realizacões na área sustentam que o uso de redes neurais convolucionais (CNN) para avaliar a qualidade visual perceptiva é uma tendência clara. Resultados em outras aplicacões, como deteccão de desfoque e remocão de chuva, indicam que a combinacão de informacões de diferentes escalas melhora o desempenho da CNN. No entanto, até onde sabemos, a melhor maneira de incorporar informacões em várias escalas na caracterizacão da qualidade visual ainda é uma questão em aberto. Assim, neste trabalho, investigamos a influência do uso de informacões em várias escalas para prever a qualidade perceptual de imagens. Especificamente, propomos uma rede densa de fluxo único que estima um parâmetro espacialmente variável da funcão logística usada para mapear valores de métricas objetivas de qualidade visual para as notas subjetivas de qualidade visual através da imagem de referência. O método proposto alcançou uma reducão de 36,37% e 69,45% para o número de parâmetros e de operacões de ponto flutuante por segundo, respectivamente, e seu desempenho é comparado com o estado da arte, usando um banco de dados de imagens disponível publicamente.
Acesso aberto (Open Access)
Análises de atividades oscilatórias de EEG durante treinamento cognitivo e análise espectral de Holo-Hilbert
(Universidade Federal do Pará, 2022-07-19) SOUZA, Suzana Cescon de; GOMES, Bruno Duarte; http://lattes.cnpq.br/4932238030330851; PEREIRA JÚNIOR, Antonio; http://lattes.cnpq.br/3239362677711162
Neste trabalho desenvolvemos um protocolo de análise de um treinamento cognitivo (TC) para melhoria de performance de desempenho em operadores de escavadeira da empresa Vale S.A. Esta pesquisa fez parte do Projeto de Inovação POAD (Programa de Operadores de Alto Desem- penho) do Instituto Tecnológico Vale (TV). O protocolo de TC foi baseado em Neurofeedback (NFB), com a finalidade de desenvolver habilidades de auto regulação das frequências cerebrais de indivíduos, com base nas análises de eletroencefalograma (EEG). Nesta pesquisa, utilizamos a Análise Espectral de Holo-Hilbert (HHSA) para estudar a modulação em amplitude (AM) e frequência (FM) dos ritmos quc compõem as frequências cerebrais. A HHSA foi baseada na decomposição em modo empírico (EMD) de duas camadas. Primeiro houve uma decomposição do sinal EEG em uma série de funções de modo intrínseco em frequência modulada (IMFs) e então se decompôs cada IMF modulado em frequência cm um conjunto de IMFs modulados em amplitude. Dessa forma, este trabalho investiga a eficácia de um TC com base nas variações de frequência e amplitude moduladas nos dados de EEG obtidos por NFB. Os resultados demons- tram eficácia para o TC e validam a cficácia da HHSA em extrair caracteristicas informativas dos sinais.
Acesso aberto (Open Access)
Beam tracking using deep learning applied to 6G MIMO
(Universidade Federal do Pará, 2024-12-16) OLIVEIRA, Ailton Pinto de; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284
ste trabalho explora a aplicação de aprendizado de máquina para aprimorar o rastreamento de feixes em comunicações 6G MIMO Vehicle-to-Infrastructure (V2I). O rastreamento de feixes, essencial para sustentar conexões mmWave confiáveis, continua desafiador devido à alta mobilidade dos ambientes veiculares e à sobrecarga significativa associada à formação de feixes MIMO de ondas milimétricas. Embora a seleção de feixes tenha sido amplamente estudada, o rastreamento de feixes baseado em ML é relativamente pouco explorado, em grande parte devido à escassez de conjuntos de dados abrangentes. Para preencher essa lacuna, este estudo apresenta um novo conjunto de dados multimodais públicos, projetado de acordo com os requisitos do 3GPP, que combina dados de canal sem fio com informações de sensores multimodais. Este conjunto de dados oferece suporte à avaliação de algoritmos avançados de fusão de dados especificamente adaptados para cenários V2I. Além disso, uma arquitetura de rede neural recorrente (RNN) personalizada é proposta como uma solução robusta para rastreamento de feixes eficaz, aproveitando dados temporais e multimodais para abordar os desafios das comunicações veiculares dinâmicas.
Acesso aberto (Open Access)
Classificação de eletroencefalogramas epiléticos em estado de repouso com aplicação de classificadores lineares e um atributo derivado da densidade espectral de potência
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-04) FIEL, José de Santana; PEREIRA JÚNIOR, Antonio; http://lattes.cnpq.br/3239362677711162
Milhões de brasileiros são afetados pela epilepsia e o acesso ao diagnóstico precoce é crucial para o seu tratamento adequado. No entanto, o diagnóstico de epilepsia depende da avaliação de registros eletroencefalográficos (EEG) de longa duração realizados por profissionais treinados, transformando-o em um processo oneroso que não está imediatamente disponível para muitos pacientes no Brasil. Assim, o presente trabalho propõe uma metodologia para a classificação automática do EEG de indivíduos epiléticos, que utiliza registros de EEG de curta duração obtidos com o paciente em repouso. O sistema é baseado em algoritmos de aprendizado de máquina que usam um atributo extraído da densidade espectral de potência dos sinais de EEG. Esse atributo é uma estimativa da conectividade funcional entre os pares de canais de EEG e é chamado debiased weighted phase-lag index (dWPLI). Os algoritmos de classificação foram análise discriminante linear (LDA) e máquinas de vetores de suporte (SVM). Os sinais de EEG foram adquiridos durante o estado interictal, isto é, entre convulsões e não tinham atividade epileptiforme. Registros EEG 11 pacientes epiléticos e 7 indivíduos saudáveis foram utilizados para avaliar o desempenho do método proposto. Ambos os algoritmos atingiram seu desempenho máximo de classificação, 100 % de precisão e área sob a curva de característica de operação do receptor (AUROC), quando um vetor de característica com 190 atributos foi usado como entrada. Os resultados mostram a eficácia do sistema proposto, dado seu alto desempenho de classificação.
Acesso aberto (Open Access)
Comparison of Satellite Tracking Techniques in Inclined Orbit.
(Universidade Federal do Pará, 2019-01-26) SARMENTO, Thiago Lima; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284
Este trabalho implementa técnicas de rastreio de satélites em orbita inclinada e compara seus desempenhos com outras técnicas, descrevendo funcionamento e implementando em ambiente de simulação e em um sistema de controle real para gerar a avaliação de desempenho de cada uma. Uma das técnicas investigadas é o aprendizado por reforço (”reinforcement learning”). O rastreio de satélites em orbita inclinada ´e de suma importˆancia para as telecomunicações que utilizam este tipo de enlace, permitindo a manutenção da comunicação de forma automática e aumentando a vida útil dos serviços de satélites nesta situação. Os algoritmos amplamente utilizados em rastreio, tanto na literatura quanto em equipamentos comerciais, tem como resultado estimações ou predições da posição do satélite e não sua posição real, e requerem um estudo das características especificas da região onde a estação base está localizada. A complexidade e investimentos na técnica de rastreio variam de acordo com o compromisso assumido na instalação da antena e sistemas de controle, sendo necessária a comparação dos métodos existentes antes de sua implementação. O trabalho desenvolve o ambiente necessário para simular a comunicação por satélite, desde sua recepção até a movimentação da antena, para analisar o desempenho da técnica em diferentes situações controladas. Também são apresentados resultados reais da implementação das técnicas em um sistema de controle de antenas real
Acesso aberto (Open Access)
Compressão de CSI para MIMO distribuído com processamento centralizado
(Universidade Federal do Pará, 2024-06-18) SILVA, Marcos Davi Lima da; RAMALHO, Leonardo Lira; http://lattes.cnpq.br/7565458988876048; https://orcid.org/0000-0003-3165-1941
Em Distributed-MIMO (D-MIMO), um grande número de Antenna Points (APs) distribuídos são coordenados por uma Central Unit (CU) para atender um número limitado de usuários com os mesmos recursos de tempo/frequência, que traz melhorias na eficiência espectral. O sucesso do D-MIMO depende da pré-codificação e alocação de potência, onde podem ser realizadas de forma totalmente centralizada na CU ou distribuídas nos APs. A abordagem centralizada apresenta maior eficiência espectral do que a implementação distribuída, mas requer um pico significativo de tráfego fronthaul devido à troca de Channel State Information (CSI) entre APs e CU. Neste trabalho, são propostos esquemas de compressão CSI para permitir a implementa- ção prática e centralizada de D-MIMO. É mostrado que dependendo da configuração de compressão, a eficiência espectral pode ser tão boa quanto no caso sem compressão. Além disso, este trabalho explora a implementação de multiple-input multiple-output (MIMO) dentro da estrutura da arquitetura New Radio (NR). O estudo avalia uma implantação MIMO distribuída usando sinais NR com compressão e avalia seu desempenho em comparação ao cenário sem compressão. Através de simulações utilizando a camada física NR, os resultados também mostram que a eficiência espectral pode ser tão boa quanto no caso sem compressão dependendo da configuração de compressão. Por fim, as simulações com sinais NR mostram aspectos práticos importante e a viabilidade de se implementar D-MIMO na arquitetura 5G e além do 5G.
Acesso aberto (Open Access)
Compression of Channel State Information in Multiple Input Multiple Output Mobile Systems
(Universidade Federal do Pará, 2019-05-24) VILAS BOAS, Brenda; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284
Os primeiros testes de redes de quinta geração (5G) de telefonia celular estão sendo feitos em diversas partes do mundo. Vários cenários de uso estão sendo planejados, o que torna necessário a adoção de tecnologias flexíveis e escaláveis para atender seus indicadores de performance. MIMO massivo é uma tecnologia chave para o 5G, pois aumenta a eficiência espectral do sistema. Para explorar as vantagens do MIMO o transmissor precisa ter informações sobre a condição do canal (CSI) de cada equipamento de usuário (UE). O 5G está sendo padronizado para operar em duplexação por divisão de tempo (TDD) e duplexação por divisão de frequência (FDD). Desta forma, os custos de operar MIMO em TDD e FDD devem ser factíveis. Como TDD opera uplink e downlink na mesma frequência, a característica de reciprocidade do canal pode ser usada para extrair o CSI necessário para projetar precodificador ou alocação de usuário, por exemplo. No entanto, FDD não pode explorar reciprocidade do canal. Assim, operar MIMO em FDD é desafiador, pois com o aumento no número de antenas a quantidade de informação a ser repassada ao transmissor se torna impraticável. Desta forma, comprimir CSI de sistemas MIMO FDD é de interesse. Além disso, o uso de vastas faixas de espectro, bandas abaixo de 6 GHz e ondas milimétricas, leva a diferentes características de canal. Também, a proximidade de encapsulamento dos elementos de antena aumentam a correlação espacial do arranjo MIMO. Consequentemente, essa correlação pode ser explorada para prover compressão do CSI. Essa dissertação apresenta uma visão geral sobre compressão de CSI e propõe uma meta heurística que usa codificação por transformada de baixo custo computacional, e faz uma avaliação sistemática dos métodos de compressão baseado em simulações realistas de canais MIMO. Além, disso, o impacto de diferentes aplicações do 5G e o projeto das antenas dos transmissores e receptores também são incluídos na avaliação para escolha do método de codificação por transformada para comprimir CSI em sistemas MIMO FDD.
Acesso aberto (Open Access)
Deep learning software-based holdover for PTP IEEE 1588 synchronization in 5G networks
(Universidade Federal do Pará, 2023-03-28) DUTRA, Rodrigo Gomes; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284
Este trabalho propõe a avaliação de mecanismos baseados em algoritmos de software para manter a sincronização de um relógio em tempo real em operação de holdover, quando a entrada de referência de sincronização não está disponível. Três algoritmos, ARIMA, LSTM e redes de Transformer, foram implementados e treinados usando dados de carimbo de tempo e temperatura adquiridos enquanto o relógio escravo está sincronizado com um relógio mestre. Quando o relógio escravo perde sua referência, os modelos baseados em algoritmos assumem o controle e o mantém sincronizado. O método proposto foi avaliado em um teste de relógios de protocolo de tempo de precisão IEEE 1588 PTP baseados em uma bancada de testes baseada em FPGAs, onde timestamps precisos em nanossegundos foram coletados para análise offline. Os modelos foram avaliados usando dois tipos de relógios, um econômico, XO, e um robusto, OCXO, em cenários de temperatura constante e variável. Os resultados mostram que todos os algoritmos podem manter a precisão de sincronização do relógio dentro de limites dos requisitos de sincronização para comunicação TDD por intervalos de 1000 segundos em todos os cenários de temperatura e oscilador, sendo que o mecanismo de holdover baseado em redes Transformer superou a abordagem estatística e a rede LSTM. Esta abordagem de software de baixo custo é viável para aumentar a precisão do relógio durante a operação de holdover e pode ser generalizada para outros contextos de holdover, como em um cenário GNSS
Acesso aberto (Open Access)
Estimação de crosstalk em redes c-ran com fronthaul de cobre
(Universidade Federal do Pará, 2019-02-26) MONTEIRO, Waldeir de Brito; BORGES, Gilvan Soares; http://lattes.cnpq.br/7696860178450119; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
A implementação do padrão 5G fará as arquiteturas de rede móveis atuais evoluírem em direção a configurações C-RAN, as quais se caracterizam por concentrar o processamento em uma estação base, de onde o sinal é distribuído para antenas remotas. Para manter uma cobertura uniforme estes sistemas contam com uma densa rede de antenas de baixa potência espalhadas por dentro de construções. Essa abordagem aumenta a complexidade do sistema Multi Entrada multi saída (do inglês Multi Input Mult Output- MIMO) da rede, o que pode dificultar certas medições que envolve a participação de equipamentos em ambas as pontas do enlace. Este trabalho apresenta um método para a estimação de Far End Crosstalk (FEXT) e insertion Loss (IL) que diminui a necessidade de medições em ambas as pontas de enlace, a fim de evitar problemas de sincronização presentes em sistema MIMO complexos. Comparado com outros métodos com propostas similares, a técnica apresentada consegue aliar uma abordagem mais simples a um menor grau de dependência de medições em duas pontas de enlace, além de servir de complemento a técnicas que consegue realizar essas medidas, porém em uma faixa restrita de frequências.
Acesso aberto (Open Access)
Estimação de descarga de dispositivo IoT usando deep learning com otimização NSGA-II
(Universidade Federal do Pará, 2024-02-28) MACEDO, Wilson Antonio Cosmo; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
O aumento das aplicações de redes IoT (Internet das Coisas) destaca a necessidade de otimizar a gestão de energia nestes sistemas, pois a eficiência energética é crucial para a adaptabilidade das implementações que referem-se à IoT. Este estudo analisa as curvas de descarga de uma bateria recarregável em um contexto de rede IoT que utiliza comunicação LoRa (Long Range) e vários sensores, com o objetivo de gerar múltiplas curvas de descarga para estimar o comportamento da bateria nesse cenário. Essas curvas foram utilizadas para treinar uma Rede Neural Artificial (RNA) de várias camadas, implementando técnicas de Deep Learning, na qual a arquitetura da RNA foi delineada usando o algoritmo de Otimização Multiobjetivo NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II), o que resultou em modelos com capacidade de estimar o tempo de descarga da bateria ao analisar um segmento do processo de descarga observado pelo modelo com erro médio quadrático de aproximadamente dois minutos para o modelo mais eficiente encontrado. Este resultado representa uma margem muito positiva, visto que a extensão dos testes de descarga são de até aproximadamente setenta e uma horas e a taxa de amostragem de coleta dos dados é de um minuto.
Acesso aberto (Open Access)
MAERNI - Módulo de avaliação da exposição à radiação não ionizante proveniente das antes de transmissão de TV digital e rádio FM para uma ferramenta com o ambiente virtual 3D
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-09) GUERREIRO, Charllene de Sousa; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382
Nos últimos anos dado o avanço tecnológico dos meios de comunicação, e o aumento da demanda de usuários que primam pela qualidade destes serviços oferecido a eles, as operadoras tem aumentado o número de Estações Rádio Base nas cidades, onde muitas destas estão localizadas em ambientes de alta densidade habitacional. Considerando que cada antena ou conjunto de antenas presentes nessas estações possuem um campo eletromagnético de radiofrequência e transmitem radiação, a preocupação com a população que mora nas adjacência da antena transmissora é pauta de órgãos que regulam o serviços que oferecem serviços de radiofrequência bem como, é alvo de estudos que visam não somente descobrir os efeitos do contato com a radiação ionizante e não-ionizante presente nestes campos, como também descobrir se a norma criada para a regulamentação dos serviços está sendo cumprida. Neste trabalho apresenta as etapas de desenvolvimento de um módulo que consiste em uma extensão adicionada ao Simulador para Planejamento de Redes de Comunicação Móveis (SIMPLARCOM). O módulo proposto permite, através de ambiente de Realidade Virtual (RV), construir e configurar diferentes cenários, bem como os parâmetros da antena de transmissão, a fim de propiciar um ambiente para testes não invasivos de avaliação de exposição à Radiação Não-Ionizante; e identificar potenciais áreas inseguras para habitações, propiciando informações para auxílio na tomada de decisão quanto à realocação da localização de antenas transmissoras e visando diminuir a EIRP (Potência Efetivamente Radiada) irradiada por essas antenas. O módulo considera as diretrizes presentes na resolução nº 303, publicada pela Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL). Nos resultados obtidos é possível, navegar pelo cenário construído e verificar o valor da potência recebida, a intensidade de campo, a frequência de operação, a antena que está sendo analisada e se um determinado ponto no cenário está ou não recebendo radiação de acordo com o limiar permitido pela ANATEL.
Acesso aberto (Open Access)
Modelo de propagação usando dois raios com modificação de fase para mobilidade aplicado a receptor LoRa sobre rio.
(Universidade Federal do Pará, 2024-09-19) RIBEIRO, Lucian Morais; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
Conforme previsto por especialistas, houve um crescimento exponencial no número de dispositivos IoT utilizados pela população em geral. Entre esses dispositivos, um dos grupos mais notáveis é o dos dispositivos Long Range (LoRa). A característica mais relevante da tecnologia LoRa é o baixo consumo de energia, ao mesmo tempo em que proporciona uma ampla área de cobertura. Essa tecnologia, se aplicada na região amazônica – uma área densamente arborizada, úmida, com populações afastadas dos centros urbanos e com infraestrutura muito limitada – pode oferecer uma nova gama de serviços aos habitantes da região, incluindo serviços que envolvem comunicação em movimento. Partindo do princípio de que os modelos de propagação mais conhecidos não estão ajustados às especificidades da região amazônica, nem consideram as variações de fase ocasionadas pela movimentação do receptor – o que torna os enlaces de rádio de difícil predição –, este trabalho visa apresentar soluções para esse problema, propondo ajustes no modelo de perda de propagação de Dois Raios para atender comunicações LoRa sobre os rios amazônicos, quando os dispositivos receptores estão em movimento. O modelo proposto é comparado com o Modelo de Dois Raios padrão, que serve de base, e apresenta resultados superiores. Além disso, o trabalho avalia o impacto das marés na perda de propagação dos sinais LoRa em ambientes fluviais.
Acesso aberto (Open Access)
. Sistema de monitoramento de vazão de água utilizando tecnologia LoRA
(Universidade Federal do Pará, 2024-12-17) CASTRO, Jucicleber Francisco da Silva; BORGES, Gilvan Soares; http://lattes.cnpq.br/7696860178450119; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
A discussão sobre o uso racional da água ganhou força mundial nos últimos anos. A Organização das Nações Unidas (ONU) trata o tema com a devida prioridade trazendo-o em seus Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS 6). O Brasil, por sua vez, esforça-se em aderir a este contexto com a implantação do novo marco regulatório do setor de saneamento, promulgado em 2020. Mesmo com a merecida importância dada ao saneamento nos últimos anos, há a necessidade de investimentos de recursos à área para que se consiga ter o alcance social adequado de água para todos, onde é latente a ausência dessas políticas em regiões isoladas e socialmente mais excluídas. Tecnologicamente, dentro deste cenário, é possível vislumbrar a Internet das Coisas (IoT) como um importante diferencial a ser usado como tecnologia social de inclusão através da aplicação de redes de área ampla de baixa potência (LPWAN), tendo a tecnologia LoRa como destaque das mais promissoras para construir redes de comunicação voltadas à aplicações IoT. O presente trabalho visa ir ao encontro dessa demanda através de uma proposta de sensoriamento de vazão de água utilizando redes LoRa com posterior estudo de caso em comunidades isoladas para trabalhos futuros. Esta proposta de sistema de monitoramento do fluxo de água se baseia numa arquitetura que envolve a instalação de um hidrômetro digital ultrassônico em um ponto de captação de água para coleta dos dados e monitoramento em tempo real. Os testes de bancada foram realizados a partir da simulação da leitura de vazão de um hidrômetro com o propósito inicial de realizar a comunicação com o módulo LoRa-ESP32-Wi-Fi v2. Com os dados obtidos, foi possível transmiti-los via protocolo MQTT para um servidor broker que alimenta um dashboard desenvolvido utilizando o Node-RED para as análises de monitoramentos de consumo de água, facilitando a identificação de vazamentos e o desenvolvimento de estratégias para redução de perdas, quando da implementação do protótipo.
Acesso aberto (Open Access)
Sistemas fotovoltaicos aplicados em cenário de rede 5G
(Universidade Federal do Pará, 2020-01-31) OLIVEIRA, Carmela Souza; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Com a implantação da próxima geração de redes móveis, é estimado um significativo aumento no consumo de dados e, analogamente, um substancial impacto no consumo energético. Com este cenário, é interessante pensar em fontes alternativas que possam suprir essa demanda energética e adicionalmente mitigar maiores impactos ambientais. Com base nesta perspectiva econômica e ambiental, este trabalho propõe a utilização de um sistema fotovoltaico como estratégia para a potencialização do consumo de energia de forma menos agressiva ao meio ambiente. Os experimentos realizados avaliam a viabilidade da proposta a partir da implantação em duas arquiteturas RAN (Radio Access Network) que podem ser empregadas à nova geração (5G). Os resultados demonstram a viabilidade financeira na implantação de um sistema fotovoltaico, quando comparada a fontes convencionais de geração de energia.

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