Evolutionary engineering: development of a framework for optimizing digital communication systems components based on evolutionary computing

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dc.contributor.advisorAkamine, Cristiano
dc.contributor.authorJerji, Fadi
dc.date.accessioned2023-05-15T14:41:14Z
dc.date.available2023-05-15T14:41:14Z
dc.date.issued2023-03-29
dc.description.abstractO presente trabalho apresenta um estudo para desenvolver uma estrutura de engenharia evolucionária EvEng para projetar e otimizar os componentes de um sistema de comunicação digital DCS com foco nas etapas da modulação codificada e entrelaçada por bit BICM usando computação evolucionária EC. O objetivo deste estudo é fornecer uma estrutura que permita a minimização dos vieses durante o processo de criação na engenharia, substituindo o fator humano por um algoritmo baseado em EC. O estudo apresenta uma nova representação dos componentes de DCS como as constelações não uniformes NUCs e a introdução da estrutura genérica repetitiva acumulante irregular G-IRA como uma nova estrutura da matriz H dos códigos de verificação de paridade de baixa densidade LDPC H que combina as características de estrutura repetitiva acumulante irregular IRA e a estrutura de tipo de múltiplas bordas MET e a introdução dos códigos acoplados à modulação MC-LDPC que têm a vantagem de uma característica embarcada de entrelaçamento de bits. Os resultados da simulação demonstraram a capacidade do proposto EvEng em otimizar o LDPC acoplado a 16-NUC com uma melhoria de desempenho de até 0,8 dB quando comparado com a 16-QAM . Além disso, a estrutura EvEng foi capaz de projetar e otimizar códigos LDPC com melhoria de desempenho de até 1,0 dB pelo canal de ruído gaussiano branco aditivo AWGN e até 2,6 dB pelo canal Rayleigh em comparação com a inicialização aleatória dos códigos quase cíclicos QC-LDPC usando o decodificador do algoritmo soma-produto SPA.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nívelpt_BR
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenziept_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/32699
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectEvEngpt_BR
dc.subjectDCSpt_BR
dc.subjectBICMpt_BR
dc.subjectLDPCpt_BR
dc.subjectNUCspt_BR
dc.subjectECpt_BR
dc.subjectEApt_BR
dc.subjectAISpt_BR
dc.titleEvolutionary engineering: development of a framework for optimizing digital communication systems components based on evolutionary computingpt_BR
dc.typeTesept_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0394598624993168pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-3161-4668pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8465196319661656pt_BR
local.contributor.authorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-2076-5831pt_BR
local.contributor.board1Lopes, Paulo Batista
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1678715490240349pt_BR
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8070-1688pt_BR
local.contributor.board2Casella, Ivan Roberto Santana
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3350119903495479pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4770-2758pt_BR
local.contributor.board3Monteiro, Luiz Henrique Alves
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1820487447148268pt_BR
local.contributor.board3Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-2309-1254pt_BR
local.contributor.board4Silva, Leandro Nunes de Castro
local.contributor.board4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2741458816539568pt_BR
local.description.abstractenThis manuscript presents a study to develop an Evolutionary Engineering (EvEng) framework to design and optimize the components of a Digital Communication System (DCS) with a focus on the Bit-Interleaved Coded Modulation (BICM) stages using Evolutionary Computing (EC). The purpose of this study is to provide a platform that allows for the minimization of the engineering design process biases by replacing the human factor with an EC based algorithm. The study presents new DCS components representation such as the Non-Uniform Constellation (NUC)s and the introduction of the Generic Irregular Repeat Accumulate (G-IRA) as a new Low-Density Parity-Check (LDPC) H matrix structure that combines the features of the Irregular Repeat Accumulate (IRA) and the Multi-Edge Type (MET) structures and the introduction of the Modulation-Coupled LDPC (MC-LDPC) codes that have the advantage of an embedded bit-interleaving feature. The simulation results demonstrated the capacity of the proposed EvEng in optimizing the LDPC coupled 16-NUC with a performance enhancement of up to 0.8 dB when compared with the 16-Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Additionally, the EvEng platform was able to design and optimize LDPC codes with performance enhancement of up to 1.0 dB over Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel and up to 2.6 dB over the Rayleigh channel in comparison to the randomly initialized Quasi-cyclic LDPC (QC-LDPC) codes using the Sum-Product Algorithm (SPA) decoder.pt_BR
local.keywordsEvEngpt_BR
local.keywordsDCSpt_BR
local.keywordsBICMpt_BR
local.keywordsLDPCpt_BR
local.keywordsNUCspt_BR
local.keywordsECpt_BR
local.keywordsEApt_BR
local.keywordsAISpt_BR
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia Elétrica e Computaçãopt_BR
local.subject.cnpqSISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕESpt_BR
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