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FACULDADE DE TECNOLOGIA
CONGREGAÇÃO
Pauta da
12ª. Reunião Ordinária
11/09/2014 - 16:00 horas
Local: Sala PA03 da FT
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MEMBROS DOCENTES - NATOS
01- José Geraldo Pena de Andrade Diretor
02- Marco Antônio Garcia de Carvalho Diretor Associado
03- Vitor Rafael Coluci Coordenador dos Cursos de Pós-Graduação
04- Marcos Sérgio Gonçalves Coordenador dos Cursos de Graduação
05- Simone Andréa Pozza Coordenadora de Extensão
DOCENTES - TITULARES SUPLENTES CATEGORIA
06- Jaime Portugheis MS-6
07- MS-6
08- Gisela de Aragão Umbuzeiro MS-5
09- MS-5
10- Luísa Andréia Gachet Barbosa André Leon Sampaio Gradvohl MS-3
11- Varese Salvador Timóteo Leonardo Lorenzo Bravo Roger MS-3
12- José Carlos Magossi André Franceschi de Angelis MTS
13- Francisco José Arnold Maria Aparecida Carvalho de Medeiros MTS
NÃO DOCENTES - TITULARES SUPLENTES
14- Josiane Aparecida de Souza Vendemiatti Rodrigo Gonçalves Silvestre TEC-ADM
15- Sérgio Roberto Spadotin Simone Vicente Silva TEC-ADM
DISCENTES - TITULARES SUPLENTES
16- Bruno Silva de Oliveira Kiron Hashimoto
17- Andrea Neves dos Santos Joseane Cristina Oroch
18- Vlademir Fázio Santos Luiz Ariovaldo Fabri Júnior
SECRETÁRIOS: Rodrigo Gonçalves Silvestre Luiz Manoel da Silva
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REF. COMISSÃO / SUBCOMISSÃO COMPONENTES
Delib. nº 155/12 12ª Reunião Extraordinária 09/11/2012
Comissão Especial de Avaliação Acadêmica (Competirá a CEAA analisar e emitir parecer para Prorrogação de Contratos e Progressões dos Docentes da carreira MTS)
Profa. Dra. Cassiana Maria Reganhan Coneglian (Titular) Prof. Dr. Francisco José Arnold (Titular) Prof. Dr. Luis Camolesi Junior (Titular) Prof. Dr. André Franceschi de Angelis (Suplente) Profa. Dra. Elaine Cristina Catapani Poleti (Suplente)
Port. FT nº 05/13
Comissão da Biblioteca
Profª. Dra. Simone Andréa Pozza (Coordenadora) Profa. Dra. Ana Estela Antunes da Silva Prof. Dr. Mauro Menzori Profa. Dra. Talia Simões dos Santos Sra. Silvana Moreira da Silva Soares
4
Apreciação e aprovação da Ata da : 11ªReunião Ordinária da Congregação da Faculdade de Tecnologia. 05ªReunião Extraordinária da Congregação da Faculdade de Tecnologia. II - Expediente : 1)Solicitação de afastamento do Prof. Dr. Renato Falcão para participar do Programa de Cooperação Mundial - VRERI/UNICAMP de 24/09 a 08/10/2014 em Kotayan, Índia. pág. 06. 2)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Gisela de Aragão Umbuzeiro para participação no evento ECOTOX 2014 de 23 a 26/09/2014 em Guarapari, ES. pág. 07. 3)Solicitação de afastamento do Prof. Dr. Guilherme Palermo Coelho para participar do III Brispe Brazilian Meeting on Research Integrity, Science and Publication Ethics nos dias 14 e 15/08/2014 em São Paulo, SP. pág. 08. 4)Solicitação de afastamento do Prof. Dr. Varese Salvador Timóteo para participar do Programa de Cooperação Mundial - VRERI/UNICAMP de 13/10 a 10/11/2014 em Buenos Aires, Argentina. pág. 09. 5)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Simone Andrea Pozza para participação de palestra “Aprendizagem Ativa – Sala de Aula Invertida” no dia 26/08/2014 na UNICAMP em Campinas, SP. pág. 10. 6)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Gisela de Aragão Umbuzeiro para participar de Banca Julgadora de Defesa de Doutorado na UFRN nos dias 27 e 28/08/2014. pág. 11. 7)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Maria Aparecida Carvalho de Medeiros para participar do Programa de Cooperação Mundial - VRERI/UNICAMP de 21/09 a 27/10/2014 em Johannesburgo (África do Sul) e Chennai (Índia). pág. 12. 8)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Regina Lúcia de Oliveira Moraes para participação de reunião de organização do evento 45th Annual IEEE/IFIP de 25 a 27/08/2014 na cidade do Rio de Janeiro, RJ. pág. 13. 9)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Maria Aparecida Carvalho de Medeiros para participar de Workshop no SIMCRO 2014 de 03 a 06/09/2014 na cidade de Campos de Jordão, SP. pág. 14. 10)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Gisela de Aragão Umbuzeiro para participação de reunião de projeto e visita técnica de 13 a 25/10/2014 em Delft (Holanda) e Leipzig (Alemanha). pág. 15. 11)Solicitação de afastamento do Prof. Dr. Marco Antônio Garcia de Carvalho para participação em banca de Concurso Público na UFABC nos dias 15 e 16/09/2014 em Santo André, SP. pág. 16. 12)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Gisela de Aragão Umbuzeiro para participação no VII Encontro Nacional de Química Ambiental de 06 a 09/10/2014 na UNB em Brasília, DF. pág. 17. 13)Solicitação de afastamento da Profa. Dra. Simone Andrea Pozza para participação de Fórum Permanente na UNICAMP no dia 11/09/2014 na UNICAMP em Campinas, SP. pág. 18. 14)Solicitação de afastamento do Prof. Dr. Vitor Rafael Coluci para participação de Banca Julgadora de Defesa de Doutorado no dia 10/10/2014 no Instituto de Física da USP em São Paulo, SP. pág. 19.
5
15)Solicitação de afastamento do servidor Rodrigo Gonçalves Silvestre para participar do Programa de Mobilidade de Funcionários VRERI/UNICAMP no período de 19/09 a 06/10/2014 em Waterford Institute of Technology em Waterford, Irlanda. pág. 20. 16)Assuntos diversos. III - Ordem do Dia : 1)Parecer CG 49/14 - Alterações no Calendário de TCC e Estágio para o 2º semestre/2014. pág. 21. 2)Parecer CE 29/14 – Contrato de Prestação de Serviço e de Pesquisa entre a empresa Ajinomoto com a Faculdade de Tecnologia. pág. 22. 3)Parecer CE 30/14 - Convênio entre a Universidade Estadual de Campinas e a empresa Microbiol. pág. 36. 4)Parecer CE 31/14 – Encerramento do convênio entre a Universidade Estadual de Campinas e a RNP. pág. 42. 5)Parecer CP 04/14 – Projeto de Pós-doutorado do Sr. Samuel Ricardo dos Santos. pág. 44. 6)Of. Coord. TCC 39/14 – Comissão Julgadora do Concurso para Professor Doutor nas disciplinas ST618 e ST723. pág. 62. 7)Of. Coord. TADS 10/14 – Comissão Julgadora do Concurso para Professor Doutor nas disciplinas SI101 e TT060. pág. 63. 8)Apreciação dos pareceres finais do processo de promoção por mérito da carreira MS nas áreas de Informática e Telecomunicações no ano de 2014. pág. 64. 9)Apreciação da Comissão de Eleição para a escolha do novo Diretor da FT para o quadriênio 2015-2018. pág. 74. 10)Parecer CPG 33/14 – Regulamento da Pós-Graduação. pág. 75. 11)Relatório Final do Prof. Dr. Cristhof Runge das atividades desenvolvidas como Pesquisador Colaborador. Para aprovação – Parecer exarado pelo Prof. Dr. Jaime Portugheis. pág. 87.
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RELATÓRIO DE ATIVIDADES
FACULDADE DE TECNOLOGIA - UNICAMP
PESQUISADOR COLABORADOR
CRISTHOF JOHANN ROOSEN RUNGE
2
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
I-Atividades Acadêmicas e de extensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
I.1 - Participação em Banca de qualificação de Doutorado. . . . . . . . . . . . . . . 5
I.2 - Participação em trabalho de conclusão de curso (TCC). . . . . . . . . . . . . . 5
I.3 – Apresentação de palestra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I.4 - Submissão de artigo científico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
II-Atividades de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
II.1 - Estudo das diferentes estratégias para formação do conjunto de
vetores de teste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
II.1.1 - Formação do primeiro conjunto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
II.1.2 - Formação do segundo conjunto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3
II.1.3 - Formação do terceiro conjunto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
II.1.4 - Formação do quarto conjunto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
II.1.5 – Resultados de Simulação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
II.1.5.1 - Resultados de simulação para o primeiro conjunto. . . . . . . . . . . . . 16
II.1.5.2 - Resultados de simulação para o segundo conjunto. . . . . . . . . . . . 17
II.1.5.3 - Resultados de simulação para o terceiro conjunto. . . . . . . . . . . . . 18
II.1.5.4 - Resultados de simulação para o quarto conjunto. . . . . . . . . . . . . . 19
II.1.6 - Comparação entre os melhores resultados obtidos com a utilização
das quatro estratégias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
II.2 Estudo para determinação de métrica para utilização no cálculo
da informação extrínseca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
II.2.1 - Revisão bibliográfica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4
II.2.1.1 - Investigação dos ganhos obtidos com a utilização
da métrica euclidiana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
II.2.2 - Análise do problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
II.3 - Trabalho de estudo para desenvolvimento de um Protótipo FSO
de alta capacidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
II.3.1 - Revisão bibliográfica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
II.3.2 - Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
II.3.3 – Setup experimental de testes e medidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
II.3.3.1 – Especificação do setup de testes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
II.3.3.2 – Medidas experimentais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Referências. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Conclusão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5
Introdução:
Este relatório descreve as atividades realizadas como pesquisador colaborador na
Faculdade de Tecnologia da Unicamp, o mesmo se encontra dividido em duas
sessões: atividades acadêmicas e de extensão, atividades de pesquisa.
I-Atividades Acadêmicas e de extensão
Obs. Anexos ao presente relatório estão os comprovantes de participação nas
atividades descritas.
I.1 - Participação em Banca de qualificação de Doutorado:
Membro Titular da Banca de Exame de Qualificação do Doutorando Fernando
Pujaico Rivera – na área de Telecomunicações e Telemática, na faculdade de
Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas.
Este trabalho tem como título, ”Codificação Fonte-Canal Conjunta para fontes
Distribuídas”.
A partir do teorema de Slepian-Wolf, e através da utilização de códigos LDPC (Low
Density Parity Check codes), busca-se um esquema de codificação baseada na
definição de taxa ótima de codificação fonte-canal. Tem como principal proposta, a
decodificação conjunta para um sistema de transmissão de informação com várias
fontes distribuídas que possuem correlação.
I.2 - Participação em trabalho de conclusão de curso (TCC):
Durante a vigência da presente bolsa participei juntamente com o Prof. Dr. Jaime
Portugheis no auxílio à orientação de dois trabalhos de conclusão de curso, de
alunos de graduação do curso de Tecnologia em Telecomunicações.
6
Abaixo segue a descrição dos trabalhos de conclusão de curso acompanhados:
1- Título:” Modulação Digital para Sistemas de transmissão óptica IM/DD”.
A proposta deste trabalho é a utilização de Computação Natural na otimização e
busca de constelações digitais para transmissão em sistemas ópticos que
utilizam a técnica IM/DD (Intensity Modulation/Direct Detection).
A computação natural busca utilizar princípios encontrados na natureza para
solucionar problemas e otimizar processos. Desta forma, a partir do
estabelecimento de condições de contorno (e.g mínima energia), um algoritmo
Natural é utilizado com aplicação voltada para sistemas de modulação.
2-Título:”Modulação Espacial em sistemas de Modulação sem Fio”.
A proposta deste trabalho é um estudo da proposta das técnicas de modulação
espacial, baseado na utilização de múltiplas antenas de transmissão e múltiplas
antenas de recepção, a transmissão não simultânea entre as antenas e a sua
identificação na recepção ( informação espacial) são utilizadas como estratégia
para aumento na eficiência espectral.
Este estudo esta fortemente baseado no estudo dos artigos[1] e [2]. Os
resultados apresentados nestes trabalhos estão sendo validados através de
simulações, que visam reproduzir e investigar com um melhor detalhamento
estes resultados.
I.3 – Apresentação de Palestra:
Apresentação da palestra intitulada: “Sistemas Rádio: Projeto e Arquitetura”, na
Faculdade de Tecnologia da Unicamp. Esta apresentação visou dar uma visão
introdutória dos sistemas rádio como uma das tecnologias atuais de
telecomunicações. A palestra abordou os conceitos básicos envolvidos na
transmissão via rádio, as terminologias usualmente empregadas, a arquitetura
básica de um rádio digital e as diferentes aplicações dos sistemas rádio em
situações reais.
7
I.4 - Submissão de artigo científico:
O artigo elaborado, e submetido a revista científica, Mathematical Problems in
Engineering, tem como título:
A New Methodology for Turbo Decoding Product Codes Using Q-ary Constituent
Codes in QAM Modulation Schemes.
Este trabalho tem como principal contribuição, a proposta de extensão dos
resultados obtidos no trabalho de doutoramento para códigos Q-ários em
modulações QAM [3], além de apresentar resultados de simulação obtidos com a
utilização de diferentes métricas utilizadas no decodificador SISO, para o cálculo da
confiabilidade associada ao símbolo decidido durante o processo iterativo de
decodificação turbo. A abordagem geométrica e a sua interpretação são discutidos
detalhadamente, é apresentado um exemplo através do qual a convergência para a
decisão correta, durante o processo de decodificação para uma dada sequência
recebida, pode ser observada de forma gráfica. Além disso, a metodologia para a
parametrização da métrica inicialmente introduzida em [4], é apresentada e
discutida. Uma discussão relativa aos ganhos em termos de redução na
complexidade de implementação dos circuitos de decodificação é apresentada ao
final do artigo.
Obs. Até o término da conclusão deste relatório, o artigo científico submetido
encontrava-se em processo de análise pela revista científica.
8
II-Atividades de Pesquisa
A seguir serão descritas as atividades de pesquisa realizadas no período em que
atuei como pesquisador colaborador.
II.1 - Estudo das diferentes estratégias para formação do conjunto de vetores
de teste.
Esta atividade teve como objetivo a verificação de estratégias de formação de
padrões de teste para utilização na primeira etapa da decodificação utilizando o
algoritmo de Chase através da abordagem geométrica. A descrição detalhada do
algoritmo de Chase e da sua abordagem geométrica estão descritas em [3]. Os
resultados obtidos, podem ser utilizados tanto na determinação de uma estratégia
para a determinação de vetores de teste na primeira etapa da decodificação turbo,
quanto na utilização apenas como estratégia de decodificação soft para um sistema
codificado.
Os critérios investigados tiveram como base a relação entre os símbolos do alfabeto
de modulação dentro do espaço euclidiano.
Lembrando que o espaço euclidiano é uma representação vetorial dos sinais através
de bases ortonormais, temos que a disposição geométrica e distâncias entre os
símbolos de modulação e os vetores de ruído observados possuem correspondência
direta com a relação sinal ruído do sistema sob análise.
Neste estudo foi considerado a utilização de uma modulação 16QAM (do Inglês:
Quadrature Amplitude Modulation), utilizando um código de Reed Solomon de
comprimento 15n , com 13k símbolos de informação formados por elementos
de um campo de Galois )2( 4GF . Os conceitos e critérios envolvidos na análise
podem ser estendidos facilmente para qualquer outra geometria ou código Q-ário.
Foi considerado um canal Gaussiano com ruído aditivo branco AWGN (do Inglês:
Additive Withe Gaussian Noise), de média 0 e variância 22 No .
9
Foi utilizada codificação Gray para o mapeamento da constelação de forma que
erros entre símbolos adjacentes resultem em um único bit errado. Desta forma, o
mapeamento dos bits nos símbolos da constelação 16QAM em notação inteira (eg. 9
coresponde a tupla “1001”) dentro do espaço euclidiano, pode ser representada
conforme a figura 1 abaixo.
Figura1 -Constelação 16QAM mapeamento Gray ( representação inteira dos bits mapeados)
Nas simulações, foram verificados os ganhos obtidos através da variação de dois
critérios:
1-número de símbolos de menor confiança recebidos a partir da estimativa do vetor
de ruído associado a símbolo recebido para uma dada sequência de n símbolos
correspondendo a uma palavra código recebida após ter sido transmitida pelo canal
AWGN.
2-Escolha dos símbolos a serem utilizados em substituição ao símbolo de menor
confiança segundo a distância euclidiana em relação ao símbolo substituído.
O código de Reed Solomon utilizado possui distância mínima igual a d . Um
resultado conhecido da teoria de codificação é que um decodificador binário será
capaz de corrigir todos os erros de peso até 2min
d . Sendo que , representa o
maior inteiro menor que 2min
d . O algoritmo de Chase tentará corrigir com grande
probabilidade todos os erros até 1mind . No processo de decodificação,
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eventualmente um decodificar poderá corrigir padrões de erro de pesos maiores que
os acima, porém não há garantia.
Dezesseis conjuntos distintos foram formados segundo os dois critérios descritos
anteriormente. E os resultados de desempenho obtidos através de simulação.
Foram formados conjuntos com uma, duas e três substituições de símbolos,
associados aos seguintes critérios de formação respectivamente:
1- Substituição pelo símbolo dentro do alfabeto de modulação de menor
distância euclidiana em relação ao vetor recebido.
2- Substituição por todos os símbolos de menor distância euclidianadE , dentro
do alfabeto de modulação.
3- Substituição por todos os símbolos de menor distância euclidiana dE e
segunda menor distância Euclidiana dE2 , dentro do alfabeto de
modulação.
4- Substituição por quatro símbolos definidos pelo critério de maior proximidade,
dentro do alfabeto de modulação.
As distâncias descritas podem variar de acordo com a geometria da constelação
utilizada, mas os conceitos de proximidade e distância mínima pode ser estendido
para qualquer constelação.
11
A figura 2 ilustra os conceitos de distâncias descritos acima para a constelação
16QAM.
Figura 2 - Constelação 16-QAM. Escolhas possíveis de símbolos para formar as sequências
candidatas
II.1.1 - Formação do primeiro conjunto:
A formação do primeiro conjunto é realizada utilizando-se, conforme descrito
anteriormente o critério de substituição pelo símbolo dentro do alfabeto de
modulação de menor distância Euclidiana em relação ao vetor recebido. Assim, a
formação do conjunto pode ser feita conforme ilustrado na figura 3. Neste caso o
símbolo de menor confiança identificado é o “13”. A marca em vermelho representa
o vetor efetivamente recebido. Neste caso o símbolo que se encontra a menor
distância do vetor recebido para realizar a substituição pelo símbolo “13”, é o
símbolo “9”, que será então escolhido para substituição.
dE2
dE
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Figura 3 - Substituição pelo símbolo dentro do alfabeto de modulação de menor distância Euclidiana
em relação ao vetor recebido.
II.1.2 - Formação do segundo conjunto:
A formação do segundo conjunto é realizada utilizando-se, a substituição do símbolo
de menor confiança por todos os símbolos menor distância Euclidiana dE , dentro do
alfabeto de modulação. Desta forma a formação do conjunto pode ser feita para
qualquer um dos símbolos do alfabeto de modulação conforme ilustrado na figura 4.
Observamos que dependendo da localização geométrica do símbolo a ser
substituído na constelação, teremos duas substituições para os símbolos mais
externos, três substituições para os símbolos intermediários, e quatro substituições
no caso dos símbolos mais internos. Considerando que a transmissão dos símbolos
ocorre de forma equiprovável, teremos conjuntos formados em média por três
vetores de teste, durante o processo de decodificação turbo.
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Figura 4 - Substituição do símbolo de menor confiança por todos os símbolos menor distância
EuclidianadE , dentro do alfabeto de modulação.
II.1.3 - Formação do terceiro conjunto:
A formação do terceiro conjunto é realizada utilizando-se, a substituição do símbolo
de menor confiança por todos os símbolos menor distância Euclidiana dE , e
segunda menor distância Euclidiana dE2 , dentro do alfabeto de modulação.
Assim, a formação do conjunto pode ser feita para qualquer um dos símbolos do
alfabeto de modulação conforme ilustrado na figura abaixo. Observamos que
dependendo da localização geométrica do símbolo a ser substituído na constelação,
teremos três substituições para os símbolos mais externos, cinco substituições para
os símbolos intermediários, e oito substituições no caso dos símbolos mais internos.
Considerando que a transmissão dos símbolos ocorre de forma equiprovável,
teremos conjuntos formados em média por 5.25 vetores de teste, durante o processo
de decodificação turbo.
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Figura 5 - Substituição do símbolo de menor confiança por todos os símbolos menor distância Euclidiana dE , e
segunda menor distância Euclidiana dE2 , dentro do alfabeto de modulação
II.1.4 - Formação do quarto conjunto:
A formação do quarto conjunto é realizada utilizando-se, a substituição do símbolo
de menor confiança por um número fixo de 4 símbolos vizinhos segundo o critério de
proximidade. Neste caso, devido à geometria da constelação, para alguns símbolos
mais de uma escolha é possível. Para as simulações deste conjunto o critério
escolhido de escolhas esta ilustrado na figura abaixo. Neste caso o conjunto
formado possuirá sempre 4 vetores de teste.
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Figura 6 - Substituição do símbolo de menor confiança por um número fixo de 4 símbolos vizinhos
segundo o critério de proximidade
As setas pontilhadas representam que poderá ser formado um conjunto com um ou
outro símbolo vizinho dependendo da proximidade, no caso das setas sólidas,
sempre que o respectivo símbolo for substituído, o conjunto será formado pelos
símbolos indicados pelas setas. No caso dos símbolos mais externos, não houve
critério específico para escolha do último símbolo para a formação do conjunto.
Haviam duas escolhas possíveis para cada símbolo mais externo, segundo o critério
de proximidade neste caso, e se “atirou uma moeda para cima”.
Os resultados de simulação para a utilização do primeiro, segundo, terceiro e quarto
conjunto, com a substituição de 1,2,3 e 4 símbolos respectivamente estão
apresentados abaixo. Para o terceiro conjunto, devido à complexidade e aos
resultados obtidos de simulação, foram realizadas simulações somente para uma e
duas substituições, como será comentado posteriormente.
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II.1.5 – Resultados de Simulação
Os itens a seguir apresentam e discutem os resultados de simulação obtidos com o
uso de cada uma das estratégias de formação de conjuntos.
II.1.5.1 - Resultados de simulação para o primeiro conjunto:
Como pode ser observado pelos resultados de simulação, essa estratégia embora
seja a que gera o menor conjunto de vetores de teste, não apresenta praticamente
ganhos em relação a decodificação “hard”. Observa-se ainda diferença de poucos
centésimos de decibéis entre as curvas, podendo estar associados à própria
aleatoriedade das sequências enviadas. O maior ganho obtido, é para o uso de
quatro substituições, sendo da ordem de 0.5 dB. Não é observada uma tendência de
aumento de ganho de para um aumento na relação sinal ruído.
Figura 7
17
II.1.5.2 - Resultados de simulação para o segundo conjunto:
Nessa estratégia a formação do conjunto é realizada utilizando-se a substituição do
símbolo de menor confiança por todos os símbolos menor distância euclidianadE ,
dentro do alfabeto de modulação. Através dos resultados de simulação observa-se
que o ganho de desempenho tem aumento proporcional ao número de subsituições.
No entanto para elevadas relações sinal ruído, o uso de três substituições apresenta
melhor resultado que o uso de quatro substituições. Este fato será comentado
posteriormente.
Figura 8
18
II.1.5.3 - Resultados de simulação para o terceiro conjunto:
Nessa estratégia conjunto é formado através da substituição do símbolo de menor
confiança por todos os símbolos menor distância euclidiana dE , e segunda menor
distância Euclidiana dE2 , dentro do alfabeto de modulação. Observa-se que que
os ganhos são inferirores aos obtidos na estratégia do segundo conjunto, embora o
número de substituições seja maior. Devido a complexidade de simulação e aos
resultados obtidos de baixa performance obtidos, foram realizadas simulações
somente para substituição em um e dois símbolos. Observa-se que neste caso um
aumento na relação sinal ruído não parece conduzir a uma tendência de aumento
do ganho assintótico.
Figura 9
19
II.1.5.4 - Resultados de simulação para o quarto conjunto:
Nessa estratégia, o conjunto é formado através da substituição dos símbolos de
menor confiabilidade por um número fixo de quatro símbolos definidos pela sua
proximidade, dentro do alfabeto de modulação. Observa-se neste caso uma
característica interessante quando os resultados relativos a três substituições e duas
susbtituições são comparados. Ocorre um cruzamento das curvas quando a relação
sinal ruído atinge o valor em torno de 11dB. Este fato será comentado
posteriormente.
Figura 10
20
II.1.6 - Comparação entre os melhores resultados obtidos com a utilização das
quatro estratégias:
Figura 11
Através do resultado comparativo entre as curvas de performance utilizando as
diferentes estratégias, pode ser realizada a análise a seguir:
Para baixas relações sinal ruído (assumido nesse estudo como até 8 dBs) os
resultados obtidos para qualquer uma das estratégias é muito similar, este resultado
é de pouco interesse em termos de implementações práticas, uma vez que o ganho
relativo ao sistema utilizando decodificação “hard” que possui uma implementação
bem mais simples não parece justificar a adoção da estratégia soft nessas
situações. Este resultado no entanto é esperado, uma vez que o algoritmo soft
proposto inicialmente por Chase [5], tem sua justificativa de ganho de performance
para alta relação sinal ruído.
Para médias relações sinal ruído (assumido nesse estudo como até 11 dBs),
observa-se ganhos acima de 1dB. Apenas não ocorrendo para o caso da primeira
estratégia, onde devido ao seu conjunto limitado de elementos (o conjunto de
21
vetores de teste consiste em um único elemento), não apresenta ganhos
significativos ainda que o número de substituições seja aumentada.
A partir de 11dBs observa-se um comportamento onde as estratégias que
apresentam a melhor performance são a de substituição de três símbolos utilizando
a menor distância Euclidiana da constelação ou a utilização de dois símbolos
utilizando o critério de proximidade fixando-se o número de elementos do conjunto
formado a quatro. Observamos que a mesma substituição de dois símbolos no caso
em que as menor e a segunda menor distância Euclidiana é utilizada (terceira
estratégia), curiosamente possui uma performance inferior. Ainda se observamos o
resultado obtido quando diferentes substituições são realizadas quando o critério de
proximidade é utilizado, observamos que as curvas para duas e três substituições se
cruzam em torno de11dBs de relação sinal ruído. Tais fatos podem ser interpretados
levando-se em consideração alguns aspectos destas estratégias, da codificação e
da geometria da constelação utilizada. Primeiramente observamos que a distância
mínima do código é 3min
d , desta forma substituições de três símbolos podem
eventualmente conduzir a troca de uma palavra correta por uma palavra errada,
embora a distância entre as palavras do código sejam de três ou mais posições.
Quando a relação sinal ruído é elevada, a tendência é que os erros quando ocorrem,
se localizem na vizinhança imediata dentro do espaço euclidiano do símbolo
identificado como de menor confiança e possivelmente em erro.
Quando realizamos substituições por símbolos que distam de dE , para altas
relações sinal ruído, observa-se que mesmo com três substituições (que
eventualmente poderia provocar a troca por um palavra código pertencente ao
código porém errada), a segunda estratégia apresenta ganhos. No entanto, no caso
da quarta estratégia, de substituição de símbolo segundo o critério de proximidade,
símbolos que distam além de dE também são utilizados. A chance de um ruído que
corresponda a estes símbolos ter ocorrido, parece ser menor que a chance por se
trocar uma palavra erroneamente por outra dentro do código devido a substituição,
daí a perda de performance em relação a duas substituições ( 1mind ) observada
quando aumentamos a relação sinal ruído. Este argumento é reforçado pelo
resultado obtido no caso do uso da terceira estratégia, onde um número elevado de
22
substituições por símbolos não tão próximos, parece levar a uma perda de
desempenho para altas relações sinal ruído.
Do ponto de vista de implementação, as duas estratégias que apresentam melhor
desempenho irão gerar respectivamente um total de nove vetores (para a segunda
estratégia) e oito vetores (no caso da quarta estratégia). Sob esta ótica, a quarta
estratégia seria a que apresenta a melhor relação desempenho x complexidade.
Entretanto, ela requer um passo adicional de processamento na decisão dos oito
símbolos externos conforme referenciado na figura 6 pelas setas tracejadas.
Observa-se que para o caso da segunda estratégia, embora o resultado de
performance para o uso de dois símbolos seja levemente degradado em relação a
utilização de três substituições( em torno de 0.2dB). Nesse caso temos uma redução
no número total de vetores gerados, que será de 8, e devido ao fato do mapeamento
de símbolos de menor distância dE ser fixo, estes vetores podem ser facilmente
gravados em uma tabela sem necessidade de processamento adicional.
A escolha de uma estratégia ou de outra estará associada a aplicação e às suas
condições de contorno, mas em relação as estratégias apresentadas e testadas a
segunda e a quarta estratégia mostram a melhor relação custo benefício.
Conclui-se, que o aumento indiscriminado de vetores de teste para cada substituição
de símbolo de menor confiança não leva a ganhos, e pode inclusive prejudicar a
performance quando o número de substituições de símbolos de menor confiança é
próxima ou igual a distância mínima do código. Ainda como era de se esperar o
aumento do número de substituições além da distância mínima do código não traz
ganhos significativos, e em alguns caso pode levar até a uma degradação,
dependendo de quais critérios estão sendo utilizados na substituição.
23
II.2 Estudo para determinação de métrica para utilização no cálculo da
informação extrínseca.
II.2.1 - Revisão bibliográfica:
A presente revisão bibliográfica se refere a atividade de investigação dos ganhos de
performance observados durante o trabalho de doutoramento, em que através de
resultados de simulação foram observados ganhos quando da utilização da distância
Euclidiana como métrica de decodificação SISO, em lugar da métrica Euclidiana
quadrática proposta em [6].
II.2.1.1 - Investigação dos ganhos obtidos com a utilização da métrica
euclidiana:
Durante o trabalho de doutoramento [3], em que propus um algoritmo de
decodificação turbo produto utilizando uma abordagem geométrica, que leva em
consideração a posição geométrica dos símbolos de modulação no processo de
decodificação, além de um mapeamento em que é estabelecida uma relação entre
os símbolos de modulação e elementos de campo de Galois utilizados nos códigos
constituintes. A métrica derivada do logaritmo da razão de máxima verossimilhança
da função de densidade de probabilidade a posteriori (LLR – do inglês Log-
likelihood ratio), utilizando as considerações e parametrizações descritas no meu
trabalho de doutoramento, para o cálculo da confiabilidade i
kw associado ao k-
ésimo símbolo kd da palavra ‘ D ’, decodificada no i-ésimo passo de iteração do
decodificador SISO ( Soft Input Soft Output), conduziram a fórmula (1),
)'(---
1
21'
2 ≠
min
1'
i
k
idi
i
k k
k
rd D RCR
w
(1)
Sendo,
kdC
min
: Palavra competidora mais próxima do vetor recebido com a k-ésima posição
diferente de k
d .e R o vetor recebido.
24
No entanto os resultados de simulação mostraram ganhos da ordem de 0.15dB a
0.3dB quando no lugar da métrica Euclidiana quadrática contida na formula anterior,
a métrica Euclidiana era utilizada, conforme a expressão abaixo.
)'(---
1
21'
2 ≠
min
1'
i
k
idi
i
k k
k
rd D RCR
w
(2)
Como uma das atividades do plano de trabalho, foi realizada uma investigação de
tais ganhos.
Durante esta investigação foram estudados os materiais apresentados em [7-10],
que são trabalhos que abordam a questão da métrica utilizada quando uma
modulação multinível é utilizada.
Em [7], foram obtidos ganhos quando uma decodificador SISO, referenciado como
neste trabalho como euclidian SISO é utilizado. Nesse trabalho os autores
investigam através de simulação os ganhos obtidos quando o euclidian SISO é
utilizado no lugar da abordagem pragmática binária. No entanto, o termo euclidian
SISO utilizado não se refere ao uso da métrica euclidiana no lugar da métrica
euclidiana quadrática, mas sim de uma investigação do impacto em termos de
degradação que é causado, quando se utiliza a abordagem pragmática binária, e
onde se considera que os bits são descorrelacionados para uma canal gaussiano
discreto sem memória. Esta premissa não é válida quando estamos utilizando
alfabetos de modulação multinível, onde um único símbolo carrega mais de um bit.
Em geral teremos que o número de bits que um símbolo de modulação carrega será
igual ao logaritmo na base dois da cardinalidade do alfabeto de modulação. Nesse
trabalho os autores propõem uma métrica baseada no decodificador SISO Hartmann
Rudolph [9]. O decodificador proposto leva em consideração a dependência dos bits
pertencentes a um mesmo símbolo de modulação, na métrica de decodificação e a
probabilidade condicional do símbolo de modulação recebido. Embora os autores
observem ganhos nas simulações em torno de centenas de decibéis quando tal
abordagem é utilizada, no artigo ela é considerada como um ganho não significativo
que justifique tal implementação. Este resultado, no entanto corrobora com os
resultados de simulação obtidos em [3], de maneira indireta. Ainda um aspecto
importante comentado neste artigo é que para modulações de alta ordem, a
25
distância Euclidiana quadrática não é proporcional a distância de Hamming,(embora
seja sabido que a distância de Hamming não é o principal parâmetro de performance
quando se trata de decodificação turbo).
Em [10], é utilizada uma abordagem similar à utilizada em [7], é proposto um
remapeamento nos símbolos originais dos bits na recepção a fim de se resgatar a
estatística associada a estes símbolos, porém a análise é desmembrada em um
mapeamento dos níveis em fase e quadratura da modulação, após uma análise da
interdependia estatística entre as componentes em fase e quadratura do sinal. A
análise, no entanto se limita a uma aplicação específica de um código BCH para
uma modulação 16QAM. Neste artigo os autores novamente concluem que não são
observados ganhos significativos, embora não especifiquem os ganhos obtidos com
tal abordagem.
Em [8], resultados de implementações práticas de circuitos utilizando decodificação
turbo em códigos produto, aplicados a modulação multinível são apresentados.
Embora seja mencionado que o cálculo da informação soft atribuída a cada bit leva
em conta o símbolo recebido, com estratégia de otimização da decodificação, não é
apresentado um detalhamento nem uma justificativa matemática para o uso desta
estratégia, é comentado ainda que nesta implementações os circuitos permitem a
modificação da métrica utilizada, a partir da expectativa das características de canal
utilizado.
26
II.2.2 - Análise do problema:
Se analisarmos a distância euclidiana e a distância euclidiana quadrática, algumas
observações podem ser realizadas. Do ponto de vista estritamente matemático, a
distância euclidiana quadrática, não representa uma medida de distância, uma vez
que ela não obedece à desigualdade do triângulo. Quando em [3] foi proposto o
algoritmo geométrico, o mesmo tem o cálculo da medida de confiabilidade baseada
na distância entre os vetores no espaço euclidiano, o que matematicamente e
definido pela distância euclidiana, que de fato apresentou melhores resultados de
simulação que o uso da distância euclidiana quadrática, que normalmente é utilizada
na abordagem pragmática binária. No entanto, o uso de ambas as métricas
convergem quando utilizadas no algoritmo de decodificação.
Observamos que tanto a distância euclidiana quanto a distância euclidiana
quadrática apresentarão o mesmo resultado quando a distância é igual à unidade.
No entanto, ambas são funções monótonas crescentes com a distância entre os
vetores, conforme pode ser observado no gráfico comparativo da figura 12.
27
Sejam dois vetores n
yyY ,...,1
en
xxX ...,1
E a distância Euclidiana definida
como:
n
iii
xyYXD1
2)(),( (3)
Figura 12 – Gráfico comparativo entre a distância euclidiana e a distancia euclidiana
quadrática para dois pontos vetores X e Y.
O que pode-se concluir é que o uso da distância euclidiana quadrática apresentará
um desvio em relação a métrica de distância euclidiana que representa a distância
entre os vetores no espaço euclidiano, porém que ela também pode ser utilizada
como uma medida de confiabilidade. No entanto, devido a sua característica
quadrática, para valores elevados de ),( YXD , a distância euclidiana deve ser mais
efetiva que a distância euclidiana quadrática no que diz respeito a fornecer uma
medida de distância entre os vetores para o cálculo da confiabilidade, este fato foi
observado nas simulações. Uma releitura, no entanto dos resultados e dos
algoritmos de decodificação turbo baseada também na discussão anterior, conduz a
uma nova conclusão. Devido ao algoritmo turbo ser um processo iterativo, sendo
inclusive o resultado de performance proporcional ao número de iterações, o uso da
métrica Euclidiana no lugar da métrica Euclidiana quadrática, não conduzirá
1
n
iii
xy1
2)(
),( YXD
),(2 YXD
1
28
necessariamente a uma melhor performance quando o número de iterações tende a
infinito, mas a uma maior velocidade de convergência, ou em outras palavras a um
menor número de iterações para se atingir uma mesma performance. Esse resultado
tem impacto no esforço de processamento do algoritmo de decodificação. Desta
forma, ainda que em termos de implementação prática ele possa não representar
um ganho significativo de performance, conforme citado em [7] e [10], em algumas
situações o uso da métrica euclidiana poderá poupar o esforço de processamento,
ou ainda a velocidade de convergência, em termo de uma implementação prática.
Se observamos os resultados de simulação obtidos em [3], o ganho de desempenho
obtido através da utilização da métrica euclidiana em relação à métrica euclidiana
quadrática no sexto passo de iteração (figura 14), corresponde neste caso, de
maneira inversa, a parar na quinta iteração ( ou seja, uma iteração a menos), se
quiséssemos obter a mesma performance encontrada com o uso da métrica
euclidiana quadrática, conforme pode ser visto pelas figuras 13 e 14 abaixo
extraídas de [3].
Figura 13 - Resultados comparativos do uso das métricas Euclidiana e Euclidiana quadrática para
decodificação turbo geométrica do código produto RS(15,13)2, utilizando modulação16QAM.
29
Figura 14 - Resultados de desempenho para diferentes números de iterações na decodificação turbo
geométrica de um código produto RS(15,13)2, em um sistema de modulação 16QAM.
Do ponto de vista de implementação, poderia ser argumentado, como em [11], que o
uso da distancia Euclidiana Quadrática reduz o esforço de processamento. No
entanto, em [3] foi mostrado que o uso de uma LUT ( Look Up Table) de 8 saídas, o
que corresponde a uma aproximação simples da distância euclidiana, pode ser
utilizada sem perda significativa de performance e custo de um baixo esforço
adicional de processamento. A sua utilização, levando-se em consideração os
parâmetros e critérios citados, pode ser uma alternativa que apresenta ganhos, na
escolha de uma métrica para a implementação de um algoritmo de decodificação.
30
II.3 - Trabalho de estudo para desenvolvimento de um Protótipo FSO de alta
capacidade.
Durante o período em que atuei como pesquisador colaborador da Faculdade de
tecnologia da Unicamp, fazendo parte do grupo de pesquisas em sistemas de
comunicação GPSC, tive contato com o paper [12] apresentado por Huixi Liao, et al,
que faz referência a implementação de sistemas FSOC ( Free Space Optical
Communication) e que cita o paper publicado por este autor [4], para utilização de
códigos turbo produto nestes sistemas.
O grupo GPSC da Faculdade de Tecnologia vinha iniciando um trabalho com
sistemas FSO. Em conversa com o Prof Dr.Jose Roberto Castilho Piqueira e com o
Prof Dr. Jaime Portugheis (coordenador do GPSC), sugeri que o meu trabalho de
pós-doutorado fosse redirecionado para uma implementação prática de um link FSO.
Este redirecionamento consistia em agregar além do decodificador turbo, também
uma aplicação para este em um link FSO. Para tanto ao final do ano de 2013
consegui negociar junto a empresa AsGA S/A links e componentes ópticos, que
estão sendo utilizados com intuito de caracterização do meio, além de servirem de
base para implementação de protótipos de FSO’s.
A seguir serão apresentados os estudos e resultados obtidos até o momento nesta
atividade.
31
II.3.1 - Revisão bibliográfica:
O foco dessa revisão bibliográfica está relacionado as atividades voltadas ao
desenvolvimento de um sistema FSO de alta capacidade
Um dos modelamentos que assumem papel fundamental, na transmissão óptica no
espaço livre é o das funções de densidade de probabilidade (fdp) do canal[13], [14].
Diversos modelos de pdf tentam caracterizar de maneira adequada o meio de
propagação, um dos primeiros modelo aceitos e amplamente utilizados de pdf foi a
distribuição K [15]. A função Gamma-Gamma também se mostra bastante robusta e
se adéqua a muitos aos modelos de propagação em ambientes com perturbações
aleatórias de natureza física[15]. A equação 4 apresenta sua forma geral :
(4)
onde I é a intensidade de potência detectada e α,β são os parâmetros a serem
ajustados. Sendo Γ(.) a função Gamma, , Κ(.) a função de Bessel modificada de
tipo II, , e de ordem α-β.
Em ambientes úmidos ou em presença de partículas de vapor o modelamento do
canal é melhor descrito pela fdp Gamma Laguerre [16].
Como o clima e as condições ambientais são fatores limitantes da operação do
sistema FSO [17], estudos mais detalhados de um modelo estatístico para o canal
de espaço livre se justificam. Além do modelo, propostas de medidas que possam
contornar os efeitos presentes neste tipo de canal de comunicação também são de
grande interesse.
Além das questões relativas a caracterização do canal,diversas técnicas têm sido
estudadas e verificadas experimentalmente como forma de mitigar os efeitos
indesejados produzidos durante a propagação atmosférica. Mais recentemente, tem
se observado forte concentração em técnicas que aumentem o desempenho dos
sistemas de transmissão óptica no espaço livre através de esquemas de modulação,
diversidade, tracking do feixe transmitido, e codificação de canal [18-22].
No trabalho apresentado em [12], é realizada uma avaliação de um esquema de
decodificação turbo baseado em [4] e [23], utilizando um esquema modulação PPM
32
Q-ário, com aplicação para comunicação em um canal óptico wireless para satélite.
Neste estudo diversas vantagens dos sistemas ópticos wireless FSO em relação aos
sistemas de RF (rádio frequência), são citados. Por permitir elevadas taxas de
codificação, além de elevada capacidade de correção de surtos de erros, devido a
sua própria natureza de construção através da matriz produto. Os códigos produto
costumam apresentar elevada distância euclidiana, este fato associado a natureza
de elevada correlação temporal dos canais ópticos, fazem dos códigos produto,
bons candidatos para esquemas de codificação e decodificação turbo para os
sistemas FSO. Esses argumentos são comprovados através de resultados de
simulação obtidos e apresentados em [12].
Ganhos relativos a adaptações ou melhorias na geometria das constelações podem
ser encontrados em [24] e [25]. Em [25] a utilização de sistemas SCM ( do inglês:
Subcarrier Modulation) com a adição de um nível DC, permitindo a utilização de
modulação QAM como esquema de modulação em canais óptico é descrito. Em [8]
é apresentada uma proposta de sistema de modulação óptico com variação contínua
de fase de forma a melhorar a eficiência espectral, com um conceito muito similar ao
clássico sistema MSK ( Minimun Shift Keying). Nesse trabalho, são mostrados
ganhos em eficiência espectral da ordem de 8.2 5vezes em relação a uma
modulação OOK ( On-Off keying), quando um sistema com um alfabeto de 4
símbolos utilizando o esquema proposto, é utilizado.
A utilização de códigos de taxa variável como alternativa às característica de alta
correlação temporal dos canais ópticos é discutida em [21], aqui o uso de códigos
LDPC utilizando técnicas de puncturing, e Raptor codes [26], são propostos como
técnicas para se otimizar a taxa de codificação dinamicamente com as variações
temporais do canal. Nesse trabalho é justificado que o dimensionamento de códigos
de taxa fixa, terão que se obrigar a combater de forma eficiente as piores condições
de canal, e desta forma não podem lançar mão das eventuais melhorias de relação
sinal ruído observadas pelo canal. A proposta então, é a utilização de códigos de
taxa variável como forma de otimizar a eficiência espectral através do uso eficiente
da característica de variabilidade na qualidade do canal. Um esquema de canal de
feedback é no entanto necessário como forma de adaptar dinamicamente as taxas
de codificação. De maneira a avaliar a utilização dos códigos e caracterizar o canal
33
óptico, um esquema experimental é montado. O protótipo em construção no GPSC
possui como parte de suas característica e justificativas, vários dos pontos
levantados neste artigo.
II.3.2 - Objetivos:
1. Montagem de um enlace experimental através da adaptação dos links e
dispositivos ópticos negociados, de forma a obter uma jiga de testes que
permita a caracterização do meio de transmissão a partir de amostras
coletadas no receptor em diferentes condições de propagação.
Inicialmente, realizar uma montagem em ambiente controlado para se ter
uma ideia de alguns parâmetros de referência tanto ambientes como
relativos ao circuito utilizado.Posteriormente, a montagem será realizada
dentro do campus da FT com intuito de caracterizar as condições
atmosféricas locais de propagação do feixe óptico.
2. Através da análise dos dados obtidos em diferentes condições de
propagação e em diferentes épocas do ano obter histogramas que
representam uma boa aproximação das funções densidade de
probabilidade da intensidade.
3. Confrontar os resultados obtidos com os modelos de densidades de
probabilidade já existentes na literatura de forma a adequar os
parâmetros para utilização destes modelos ou ainda verificar a existência
de alguma função que descreve de maneira mais precisa os resultados
observados.
4. De posse de um modelo adequado para a densidade de probabilidade,
estudar e propor FSO’s que utilizem novas técnicas conjuntas de
codificação de canal, tracking e diversidade. Estes esquemas devem
apresentar um melhor desempenho em relação aos sistemas atuais e/ou
transmitir informação a taxas mais altas.
34
II.3.3 – Setup experimental de testes e medidas
Os itens a seguir descrevem as características do setup de testes montado
inicialmente para validar as condições necessárias de maneira a concretizar o
objetivo 1.
II.3.3.1 – Especificação do setup de testes.
As características do canal são medidas através da transmissão de um feixe de
laser contínuo através de um enlace FSO experimental, com as seguintes
caraterísiticas:
Transmissor:
Laser emissor de comprimento de onda de 850nm.
Potência de transmissão: 1mW
Divergência do feixe: 3mrad
Receptor:
Detector: Si PIN photodiode
Campo de abertura: 14mrad
Sensibilidade: -38dBm
35
A foto 1 abaixo mostra o esquema experimental montado no laboratório de
Telecomunicações da FT.
Foto1- Enlace experimental montado no laboratório de Telecomunicações da FT.
Conforme pode ser observado na foto 1, no caminho de propagação do feixe, foi
colocada uma chapa de aquecimento para simular variações de temperatura na
massa de ar dentro do caminho de propagação. Foi ainda colocado um gerador
névoa próximo à lente do foto detector na recepção, para simular o efeito de
presença de partículas de vapor no caminho de propagação.
Foto
Detector
Laser
Emissor
Gerador de
Névoa
Chapa de
aquecimento
36
II.3.3.2 – Medidas experimentais
As medidas iniciais tiveram um objetivo mais qualitativo, para determinação da
sensibilidade do circuito às variações no caminho de propagação. E a caracterização
das faixas de operação e resposta do foto detector. A foto2(a) e foto2(b) abaixo
mostram alguns exemplos destas verificações.
(a) (b)
Foto 2-Medição da resposta do foto detector sem a presença de névoa (a) e com a presença de névoa (b).
Pelas fotos acima podem ser verificadas flutuações (desvanecimentos) na
intensidade do sinal recebido quando o caminho de propagação é influenciado pela
presença de partículas de vapor (névoa).
A propagação do feixe no ar está sujeito a distorções espaciais, espalhamentos, e
atenuações. Estes fenômenos introduzem o efeito de cintilação, que tem relação
com a correlação temporal das flutuações de potência aleatórias observadas na
recepção. As amostras coletadas são variáveis aleatórias correlacionadas que
representam a resposta do canal, e que “modulam” a intensidade do feixe que irá
transportar a informação útil no sistema de comunicação. Nessas amostras estão
inseridos todos os efeitos devido a perdas de inserção, espalhamento do feixe, ruído
térmico, etc.
37
Considerando que o processo aleatório é ergótico. A partir das medidas das
amostras capturadas no osciloscópio, é possível levantar a estatística do canal.
Uma das métricas utilizadas para quantificar os efeitos da intensidade da turbulência
no receptor, é o índice de cintilação 2
I normalizado, definido como,
1)(
)(2
2
2
tI
tII
(5)
Sendo )(tI a intensidade do sinal recebido no instante t , e a média temporal.
A corrente fornecida na saída do receptor é proporcional a intensidade do sinal
recebido. Assim, 2
I é também a variância normalizada das flutuações de corrente
no receptor. A função densidade de probabilidade gama-gama ou uma outra função
matemática, pode ser ajustada com os valores empíricos levantados de 2
I para sua
verificação, validação e confrontação com o histograma das amostras colhidas
durante as diferentes condições de medida.
As fotos a seguir mostram os pontos de medida na saída do receptor. Como as
medidas em ambiente externo serão realizada com o ponto de medida distante do
receptor ( aproximadamente 10mts; distância entre o topo da edificação e o
instrumental). A influência de campos induzidos e do aterramento no caminho de
medição pode comprometer a qualidade das medidas. A utilização de dois fios
AWG14 com 10 metros de comprimento utilizados para uma primeira verificação da
medição distante do receptor, já mostrou claramente que algum esquema de
blindagem, cabeamento, ou ainda balanceamento dos sinais será necessário para
mitigar a influência do ruído na medição.
38
Foto3-Setup para simulação de medição próxima e distante ao receptor.
Foto4-Observação da medição próxima e distante no osciloscópio
A figura 15 mostra a reprodução da medida realizada através do osciloscópio a partir
de 2500 pontos coletados na forma de uma planilha numérica. De posse dos valores
numéricos dos sinais medidos e capturados pelo osciloscópio é possível a sua
manipulação para obtenção das estatísticas de interesse. Note por exemplo que a
curva em vermelho foi criada a partir dos valores numéricos medidos e aplicando-se
Ponteira de medição
próxima ao receptor
Fios para medição distante
( 10metros) do receptor
Ponteira de medição
distante do receptor
Sinal medido distante do
receptor ( em amarelo)
Sinal medido próximo ao
receptor ( em azul)
39
uma função de média móvel em 12 amostras do sinal de maneira a retirar o efeito
espúrio das componentes de alta frequência. A partir das amostras coletadas é
possível estimar ainda valores para o índice de cintilação 2
I além de outras
estatísticas de interesse.
Figura 15 – Forma de onda reconstruída a partir dos valores amostrados na saída do detector óptico
Como próximos passos, estão previstos a preparação do setup para medições
externas e a concretização dos objetivos 2,3 e 4 descritos anteriormente.
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
-0,1
23
2
-0,1
11
2
-0,0
99
2
-0,0
87
2
-0,0
75
2
-0,0
63
2
-0,0
51
2
-0,0
39
2
-0,0
27
2
-0,0
15
2
-0,0
03
2
0,0
08
8
0,0
20
8
0,0
32
8
0,0
44
8
0,0
56
8
0,0
68
8
0,0
80
8
0,0
92
8
0,1
04
8
valores amostrados
média movel (12 amostras)
40
Referências:
[1] Mesleh, R.; Haas, H.; Ahn, C. W. and Yun, S. “Spatial Modulation – A New Low
Complexity Spectral Efficiency Enhancing Technique”, IEEE International
Conference on Communications and Network, p. 1-5, Oct 2006, China.
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Detection and Performance Analysis”, IEEE Communications Letters, v.12, n.8,
p.545-547, August 2008.
[3] RUNGE, C.J.R.” Decodificação turbo de códigos de Reed-Solomon em sistemas
de modulação QAM: Uma abordagem geométrica”, Tese de Doutorado, Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo , 2012, São Paulo.
[4] RUNGE, C.J.R.; PIQUEIRA, J.R.C. “ A geometric approach for turbo decoding of
Reed-Solomon codes in QAM modulation schemes”, IEEE Communications Letters,
v. 13, n. 5, p. 333-335, May 2009.
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measurement information”, IEEE Transactions on Information Theory, v. IT-18, n. 1,
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IEEE Transactions on Communication, v. 46, n. 8, p. 1003-1010, 1998.
41
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p.866-870, June 2004.
[8] Karout, J.; Kramer, G.; Kschischang, F. R.; Agrell. E. “Continuous-Amplitude
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CONCLUSÃO
Foram realizadas as atividades iniciais previstas no plano de atividades de 24 meses
apresentado. Iniciaram-se também as atividades que incorporaram os estudos para
desenvolvimento de um enlace experimental FSO; tendo início as atividades de
montagem de um setup experimental para registro e caracterização do canal. Além
das atividades de pesquisa, nesse período participei de atividades acadêmicas e de
extensão, como participação em banca de qualificação de doutorado,
acompanhamento de projetos de conclusão de curso e a submissão de um artigo
científico para revista internacional.
Tendo passado em concurso público para professor doutor MS3.1 na Universidade
Estadual de Campinas na área de Telecomunicações, solicitei o cancelamento da
minha participação com pesquisador colaborador, para que pudesse assumir minhas
funções como docente. Pretendo dar prosseguimento às atividades realizadas
dentro da Faculdade de Tecnologia da Unicamp. Como pesquisador colaborador tive
condições de realizar estudos e investigações, além de ter possibilitado um maior
contato com o meio acadêmico. Todo este aprendizado e os resultados obtidos
neste período serão amplamente utilizados e aproveitados com o início da minha
vida na carreira docente.
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![[Faculdade de SP] Tecnologia Da Estampagem](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/55cf9ac1550346d033a34327/faculdade-de-sp-tecnologia-da-estampagem.jpg)
