Avaliação de transmissão de sinais M-QAM em modelos de canais sujeitos a ruído impulsivo e desvanecimento generalizado. - SILVA, Hugerles Sales. (2018)
Esta tese apresenta um estudo da transmissão de sinais modulados digitalmente em sistemas de comunicações sem fio sujeitos a ruído e desvanecimento. Esse modelo de canal de comunicações, diferente dos anteriores, considera o canal do ponto de vista da recepção, cuja principal característica é a presença de dispositivos e equipamentos locais que geram ruído impulsivo, como motores, fontes chaveadas, modems WiFi, entre outros. As novas redes de comunicações de quinta geração, e as redes de sensores sem fio, que incluem dispositivos de Internet das coisas, são objetivos desse modelo, assim como as redes de difusão, como rádio e televisão digital. A tese apresenta uma análise matemática dos efeitos combinados dos modelos de ruído aditivo Gaussiano branco duplamente gatilhado (G2AWGN – Double Gated Additive White Gaussian Noise) binário ou multinível e do desvanecimento η-μ, κ-μ ou α-μ no sinal recebido. Expressões exatas e inéditas para o cálculo da probabilidade de erro de bit (PEB) do esquema de modulação em amplitude e quadratura M-ário (M-QAM) sujeito ao ruído G2AWGN e a modelos de desvanecimento generalizados são determinadas. Variações dessas expressões, obtidas considerando que a ocorrência do ruído impulsivo é caracterizada com o auxílio de um processo aleatório C(t), controlado por um processo de Poisson (processo telegráfico), são também apresentadas. Para análise dos resultados, são apresentadas curvas de PEB em função da relação sinal-ruído permanente para diferentes valores da relação sinal-ruído impulsivo, diferentes probabilidades de ocorrências e durações de pulsos e surtos impulsivos, ordem de constelação M e diferentes parâmetros que caracterizam a distribuição do desvanecimento. Um modelo do canal de comunicações sem fio que aplica cadeias de Markov também é descrito nesta tese. As cadeias de Markov caracterizam melhor o canal não estacionário, em relação aos modelos clássicos, porque representam uma forma de modelar alterações bruscas de comportamento estatístico das variações de intensidade do sinal transmitido à medida que o receptor trafega pelo ambiente de comunicação, cujos estados da cadeia podem ser definidos de acordo com as condições do canal para cada cenário considerado. Duas técnicas de recepção em diversidade são consideradas. A recepção em diversidade espacial é denominada recepção com combinação por razão máxima (MRC), e a recepção em diversidade de polarização usa álgebra dos quatérnios. Essas técnicas são usadas com o objetivo de diminuir as taxas de erro de bit e tornar o canal de comunicações menos susceptível aos ixefeitos do ruído impulsivo e desvanecimento. Expressões de PEB inéditas e exatas, com a inclusão destas técnicas, são apresentadas nesta tese. Um teste de hipóteses para determinar, a partir de amostras observadas, se o ruído G2AWGN está presente nos sistemas de comunicações sem fio também é apresentado. Duas abordagens para estimação dos parâmetros da função densidade de probabidade (FDP) que caracteriza matematicamente o ruido G2AWGN, uma utilizando o método dos momentos (MOM) e outra com o uso do método de máxima verossimilhança, por meio da maximização da esperança (EM), são também consideradas. Uma estratégia de mitigação dos efeitos nocivos do ruído G2AWGN a partir da teoria de sistemas lineares ótimos também é descrita. Análises numéricas da estratégia de mitigação adotada foram realizadas para um modelo de sinal OFDM. Para esse modelo, verificou-se que o filtro linear ótimo projetado consegue minimizar a interferência causada pelo ruído G2AWGN.