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Type: Tese
Title: Resource allocation and time-frequency modulation for power line communication
Author: Colen, Guilherme Ribeiro
First Advisor: Ribeiro, Moises Vidal
Referee Member: Duque, Carlos Augusto
Referee Member: Cerqueira, Augusto Santiago
Referee Member: Campos, Marcello Luiz Rodrigues de
Referee Member: Lopes, Renato da Rocha
Resumo: Esta tese concentra-se na redução da complexidade computacional e na necessidade de largura de banda associada com a utilização de técnicas de alocação de recursos em sistemas de comuniação via rede elétrica (power line communication – PLC) com base no esquema de multiplexação por divisão ortogonal na frequência (orthogonal frequency division multiplexing – OFDM). Neste contexto, é introduzida a técnica sub-ótima chamada de temporal compressive resource allocation (TCRA). Esta técnica é capaz de explorar a relação existente entre microslots (exploração no domínio do tempo) para reduzir o número de vezes por segundo que alocação de recursos é executada. Além disso, é proposto um novo parâmetro, denominado de banda de coerência da relação sinal ruído normalizada (normalized signal to noise ratio – nSNR) para informar precisamente a planicidade da nSNR. A eficácia deste parâmetro é comparada com a banda de coerência. Diante disto, sua modelagem estatística para ambientes in-home, outdoor de baixa tensão e PLC-wireless é apresentada considerando distribuições de componentes individuais e misturas de Gaussianas. Com base na definição da banda de coerência da nSNR, é descrita a técnica sub-ótima denominada spectral compressive resource allocation (SCRA). Ela explora a relação existente entre os sub-canais adjacentes (exploração no domínio da frequência) para reduzir a dimensão do vector de nSNR, que é a principal informação de entrada para a técnicas de alocação de recursos. Com base no fato de que a geometria de tiles associadas com a transformada de Fourier discreta limita os ganhos associados com o uso da técnica SCRA em conjunto com o esquema OFDM, é introduzido pela primeira vez o esquema chamado multiplexação por divisão ortogonal no tempo-frequência (orthogonal time-frequency division multiplexing – OTFDM). Este esquema se baseia na transformada ortogonal de Stockwell discreta para oferecer diferentes geometrias de tiles e funciona tanto para comunicação de dados em banda de base quanto em banda passante. Os resultados numéricos baseados em canais PLC medidos e no uso de protótipo de transceptores PLC mostram que as técnicas TCRA e SCRA podem trocar redução de complexidade computacional por perda de taxa de transmissão e que economia de complexidade computacional relevante pode ser realizada com baixas perdas na taxa de transmissão. Ademais, os resultados numéricos mostram que o esquema OTFDM pode ser superado pelo esquema de OFDM se a informação de estado de canal não está disponível no lado do transmissor. No entanto, a disponibilidade de tais informações no lado do transmissor permite a utilização do esquema OTFDM em conjunto com a técnica SCRA atingir uma melhoria notável em comparação com o esquema OFDM trabalhando com a técnica SCRA.
Abstract: This dissertation focuses on the computational complexity reduction and on the need for network bandwidth associated with the use of resource allocation techniques in power line communication (PLC) system based on orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme. In this context, the so-called temporal compressive resource allocation (TCRA) technique, which is a sub-optimal technique, is introduced. The TCRA is capable of exploiting the existing relationship among microslots (time domain exploitation) to reduce the number of times per second the resource allocation technique is executed. Also, a noval parameter, called nSNR coherence bandwidth, that precisely informs the flatness of the normalized signal to noise ratio (nSNR) is proposed. The effectiveness of this parameter is compared to the coherence bandwidth. Also, its statistical modeling for in-home, outdoor and low-voltage, and hybrid PLC-wireless channels with single-component and Gaussian mixture distributions is presented. Based on the nSNR coherence bandwidth definition, the spectral compressive resource allocation (SCRA) technique, which is a suboptimal technique, is outlined. The SCRA technique exploits the existing relationship among adjacent subchannels (frequency domain exploitation) to reduce the dimensionality of the nSNR vector, which is the main feeding information for the resource allocation technique. Based on the fact that the geometry of the tiles associated with the discrete Fourier transform limits the gains associated with the use of the SCRA together with the OFDM scheme, the so-called orthogonal time-frequency division multiplexing (OTFDM) scheme is, for the first time, introduced. The OTDFM scheme, which is based on the discrete orthogonal Stockwell transform, offers different tile geometries and works in both baseband and passband data communications. Numerical results based on measured PLC channels and the use of prototype of PLC transceivers show that TCRA and SCRA techniques can trade computational complexity reduction with data rate loss and relevant computational complexity savings may be accomplished with low data rate losses. Moreover, the numerical results show that the OTFDM scheme may be outperformed by the OFDM scheme if channel state information is not available at the transmitter side; however, the availability of such information at the transmitter side allow the use of the OTFDM scheme together with the SCRAs achieve remarkable improvement in comparison with OFDM scheme working with the SCRA technique.
Keywords: Comunicação via rede elétrica
Alocação de recursos
Multiplexação por divisão ortogonal na frequência
Power line communication
Resource allocation technique
Orthogonal frequency division multiplexing
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/2268
Issue Date: 31-Mar-2016
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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