https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20384| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Contributions to chirp-based waveform design and physical-layer security for plc systems |
| Autor(es): | Campos, Gustavo Moraes |
| Primeiro Orientador: | Ribeiro, Moisés Vidal |
| Co-orientador: | Tonello, Andrea |
| Membro da banca: | Pinho, Marcelo da Silva |
| Membro da banca: | Silva, Leandro Rodrigues Manso |
| Resumo: | A presente dissertação investiga o projeto de formas de onda em chirp para transmissão em banda base e o aprimoramento da segurança na camada física (do inglês, physical layer security - PLS) em cenários de canais com escuta, com foco em sistemas de comunicação via rede elétrica (do inglês, power line communication - PLC). Especificamente, o trabalho propõe a técnica de multiplexação ortogonal por divisão de chirp com simetria Hermitiana (do inglês, Hermitian symmetric orthogonal chirp-division multiplexing - HS-OCDM) e avalia uma estratégia de injeção de ruído artificial (do inglês, artificial noise - AN) explorando os graus de liberdade fornecidos pelo prefixo cíclico (do inglês, cyclic prefix - CP). Em relação ao projeto de formas de onda, a estrutura tempo-frequência das técnicas OCDM de valores reais existentes é analisada via atraso de grupo. Demonstra-se que essa formulação existente resulta em sequências de chirp que ocupam apenas metade da duração disponível do bloco de símbolo, restringindo assim seu espalhamento temporal. Para contornar essa limitação, um núcleo modificado da Transformada Discreta de Fresnel (do inglês, discrete Fresnel transform - DFnT) é proposto para introduzir a técnica HS-OCDM. Análises numéricas confirmam que essa formulação assegura a transmissão de sequências reais que ocupam totalmente o bloco de símbolo, oferecendo robustez superior contra imperfeições de sincronização e violações de comprimento do CP. Subsequentemente, no contexto de PLS, a eficácia de uma estratégia de injeção de AN baseada em CP é avaliada utilizando uma formulação unificada. Essa abordagem permite uma avaliação comparativa da técnica HS-OCDM em relação a outras técnicas baseadas em CP em canais PLC de banda estreita e banda larga. Resultados numéricos revelam que a técnica HS-OCDM prova ser a alternativa mais robusta sob severas imperfeições de canal e sincronização. Finalmente, o comportamento estatístico do vetor de AN baseado em CP é investigado através de análises de momentos estatísticos de primeira e segunda ordem. Os resultados mostram que a projeção no espaço nulo do canal legítimo introduz padrões de correlação não negligenciáveis. Embora a energia do AN esteja confinada ao CP no receptor legítimo, permitindo fácil remoção, a persistência dessas correlações cíclicas na escuta representa uma vulnerabilidade potencial que poderia ser explorada. |
| Abstract: | This dissertation investigates the design of chirped waveforms for baseband transmission and the enhancement of Physical Layer Security (PLS) in wiretap channel scenarios, with a focus on Power Line Communication (PLC) systems. Specifically, the work proposes the Hermitian Symmetric Orthogonal Chirp-Division Multiplexing (HS-OCDM) technique and evaluates an Artificial Noise (AN) injection strategy exploiting the degrees of freedom provided by the Cyclic Prefix (CP). Regarding waveform design, the time-frequency structure of existing real-valued OCDM techniques is analyzed via group delay. It is demonstrated that this existing formulation yields chirp sequences that occupy only half of the available symbol block duration, thereby restricting their temporal spreading. To address this limitation, a modified Discrete Fresnel Transform (DFnT) kernel is proposed to introduce the HS-OCDM technique. Numerical analyses confirm that this formulation ensures the transmission of real-valued sequences that fully occupy the symbol block, offering superior robustness against synchronization impairments and CP length violations. Subsequently, in the context of PLS, the effectiveness of a CP-based AN injection strategy is evaluated using a unified formulation. This approach enables a comparative assessment of the HS-OCDM technique against other CP-based techniques across both narrowband and broadband PLC channels. Numerical results reveal that the HS-OCDM technique proves to be the most robust alternative under severe channel and synchronization impairments. Finally, the statistical behavior of the CP-based AN vector is investigated through first- and second-order statistical moment analyses. Numerical results show that the projection onto the legitimate channel’s null space introduces non-negligible correlation patterns. Although the AN energy is confined to the CP at the legitimate receiver, enabling easy removal, the persistence of these cyclic correlations at the eavesdropper represents a potential vulnerability that could be exploited. |
| Palavras-chave: | Multiplexação por divisão de chirps ortogonais Comunicação via rede de energia elétrica Segurança da camada física Ruído artificial Orthogonal chirp-division multiplexing Power line communication Physical layer security Artificial noise |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Idioma: | eng |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
| Sigla da Instituição: | UFJF |
| Departamento: | Faculdade de Engenharia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
| Tipo de Acesso: | Acesso Embargado Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
| Licenças Creative Commons: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20384 |
| Data do documento: | 26-Fev-2026 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações) |
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