Advances in hybrid power line/wireless systems - Filomeno, Mateus de Lima (2022)
Nesta tese de doutorado, explora-se o sistema híbrido rede elétrica/ar (do inglês, hybrid power line/wireless system - HPWS), que consiste no uso da rede elétrica e do meio de comunicação sem fio em paralelo, para melhorar o desempenho da comunicação de dados ponto-a-ponto. Neste contexto, os tópicos estudados são: alocação de potência e permutação de subportadoras em esquemas de multiplexação ortogonal por divisão em frequência, bem como a aplicação de esquemas de multiplexação ortogonal por divisão em chirp (do inglês, orthogonal chirp-division multiplexing - OCDM) ao HPWS. Ao longo do trabalho, considera-se a transmissão simultânea, através da rede elétrica e do ar, de símbolos iguais de forma que a combinação ótima possa ser empregada no receptor. Com relação à alocação de potência, a taxa de dados alcançável e a probabilidade de erro de bit média são otimizadas separadamente sob duas e distintas restrições de potência de transmissão. Independente da restrição de potência, é demonstrado que apenas um meio de comunicação deve ser usado no mesmo índice de subcanal quando objetiva-se maximizar a taxa de dados alcançável ou minimizar a probabilidade de erro de bit média. Consequentemente, soluções conhecidas são adaptadas a algoritmos de alocação de potência que demandam baixo custo computacional. Análises numéricas validam os algoritmos propostos, comprovando sua otimalidade e superioridade em relação a outros algoritmos da literatura. No que diz respeito à permutação de subportadoras, sua otimalidade é analisada tanto para maximizar a taxa de dados alcançável como para minimizar a probabilidade de erro de bit média, levando-se em consideração as alocações de potência uniforme e ótima. Para todos os casos, é demonstrado que as subportadoras utilizadas em um meio devem ser ordenadas de forma crescente com relação às relações sinal-ruído normalizadas e então combinadas com as subportadoras utilizadas no outro meio ordenadas, por sua vez, de forma decrescente com relação às relações sinal-ruído normalizadas. Resultados numéricos mostram que ganhos mais elevados desta permutação de subportadoras são obtidos à medida que a seletividade em frequência aumenta e que a permutação de subportadoras pode ser extremamente útil para aumentar a taxa de dados alcançável ou diminuir a probabilidade de erro de bit média. Acerca da aplicação de esquemas OCDM ao HPWS, processos aleatórios estacionários de sentido amplo são estudados de forma que a técnica de combinação de máxima relação sinal-ruído possa ser derivada no domínio discreto de Fresnel. Além disso, a alocação ótima de potência é analisada. Em seguida, análises numéricas mostram que o HPWS baseado em OCDM pode ser a escolha mais adequada para minimizar a probabilidade de erro de bit quando o transmissor tem pouco conhecimento (um bit de informação) ou nenhum do estado do canal. Por fim, um símbolo piloto que habilita tanto a estimação do canal como a sincronização é derivado para esquemas OCDM operando na rede elétrica e no ar. Resultados numéricos baseados em medições validam o símbolo proposto.