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Authors: Rodrigo Cavalcanti, Walter C. Freitas Jr., Yuri C. B. Silva, Igor Guerreiro, Roberto Antonioli (UFC)

Abstract: Aiming to provide homogeneous quality of service to all users in a given coverage area, a new wireless system architecture has gained attention: the so-called user-centric architecture with distributed massive MIMO (mMIMO) antennas. In such an architecture, also known as cell-free mMIMO, a given number of geographically distributed access points (APs) jointly serve the users, with the APs being connected via fronthaul links to a central processing unit (CPU). The CPU is responsible for AP selection, interference management, and resource allocation. In distributed massive MIMO scenarios, fading channels behave almost like deterministic channels, and the channels of spatially separated UEs are nearly orthogonal in the spatial domain. Compared to previous architectures such as traditional cellular massive MIMO, the key difference of cell-free mMIMO is the operation with many more APs than users. The main expected benefit from the cell-free mMIMO architecture is a smaller variation in quality of service over the coverage area, resulting in very low outage probabilities. This is essential for applications requiring ultra-reliable and low latency services, among other use cases.

Relevance: Since in the new architecture of user-centric massive distributed-MIMO systems each serving AP must estimate its wireless channel to its served users based on the same uplink pilot signals, classical resource allocation between pilots and data (including power allocation) becomes a more evident problem. Due to the fronthaul limitation, the energy efficiency in user-centric distributed massive MIMO is also an important issue. Furthermore, given the synchronization restrictions for coherent transmission from the different APs, the fronthaul capacity consumption of the coherent and non-coherent transmission strategies are different, implying that it is important to analyze how these two transmission strategies perform. This tutorial will present the benefits of user-centric massive distributed-MIMO systems, addressing the problems of resource allocation between pilots and data, as well as discussing their inherent limitations and how to overcome them.

Topics Covered:

• Cellular Architecture for Beyond 5G Networks: Context and overview of emerging technologies.
• User-centric Distributed MIMO Architecture: Concept and system model.
• Resource Allocation: Pilot, data, and power control.
• Efficiency: Energy and spectral efficiencies; Non-coherent vs. coherent transmission.
• Limitations and Future Directions: Limited fronthaul; Synchronization; Future research directions.

Authors: Aldebaro Klautau, Cleverson Nahum, Pedro Sousa, Cláudio Modesto, João Borges, Felipe Bastos (UFPA)

Abstract: Generative Artificial Intelligence (Gen AI) is considered one of the most important recent technological advances, with services such as ChatGPT being intensively used in various applications. Gen AI is reshaping various facets of telecom systems by leveraging powerful models like Generative Adversarial Networks (GANs), Variational Autoencoders (VAEs), Diffusion Models (DMs), and Transformers, the building blocks of Large Language Models (LLMs). This tutorial will explore the fundamentals and advanced aspects of GANs, VAEs, DMs, and LLMs, exploring their theoretical foundations and practical implementations. We will examine their diverse applications within the telecommunication domain, including beamforming, channel coding, channel estimation, and Channel State Information (CSI) feedback. By understanding these cutting-edge technologies, participants will gain insights into how generative AI can optimize and innovate in telecommunications.

Relevance: In 2024, Gen AI is debuting in telecommunications, with initiatives such as the Specializing Large Language Models for Telecom Networks by ITU AI/ML in the 5G Challenge. The IEEE ICC 2024 has the Workshop “WS33: Workshop on The Impact of Large Language Models on 6G Networks” on IEEE ICC 2024 or LLMonet 2024. In the chipset arena, Qualcomm is heavily investing on providing Gen AI capabilities to its chips, such as Snapdragon 8: Qualcomm News. The number of applications of Gen AI is huge and some of them rely on telecommunications. On the other hand, Gen AI can improve and optimize telecommunication systems, such as for modeling wireless channel distributions. The topic is timely and has relevance to research and industry in the world and Brazil.

Topics Covered: Definitions of Generative Modeling. Representation learning with likelihood estimation. Families of generative models. Introduction to Generative Adversarial Networks (GANs). Deep Conditional GANs. Image-to-Image Translation with Pix-2-Pix. Applications of GANs in Beamforming and Channel Estimation. Introduction to Variational Autoencoders (VAEs). Variational inference. Applications in Telecommunications: CSI Feedback, Channel Equalization, and Channel Coding. Introduction to Diffusion Models. Denoising Probabilistic Models. Stable Diffusion. Applications in Channel Estimation and Channel Modeling. Introduction to Transformers. Attention Mechanisms. LLM’s architectures. Applications and datasets in CSI feedback and channel estimation with transformers and question-answering telecom questions with LLMs.

Authors: Luiz Alberto Queiroz Cordovil Junior (Sidia)

Abstract: A busca de arquiteturas neurais é um campo de pesquisa ativo que visa projetar redes neurais automaticamente. No entanto, este é um processo geralmente custoso seja em tempo ou complexidade computacional, pois os algoritmos de busca devem avaliar o desempenho de muitas soluções candidatas de um vasto espaço de possibilidades. Por isso, diferentes estratégias foram propostas para executar uma Busca de Arquitetura Neural ainda mais eficiente. O desenvolvimento recente de preditores de desempenho de custo zero mostrou-se muito promissor devido à possibilidade de prever o desempenho de uma rede sem treinamento. Neste minicurso, vamos entender como essa metodologia pode ser implementada e avaliar os resultados em tarefas de visão computacional.

Bio: Graduado em Engenharia de Controle e Automação pela Escola Superior de Tecnologia da Universidade do Estado do Amazonas - EST/UEA (2013), onde também em 2016, obteve o título de especialista em Mecatrônica Industrial. Em 2016, obteve o título de Mestre em Engenharia Elétrica, na área de concentração em Controle e Automação de Sistemas, junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Amazonas (PPGEE-UFAM), com desenvolvimento de Tecnologias Assistivas para Atletas com Deficiência Visual. Em 2021, concluiu Doutorado junto ao Programa de Pós-Graduação Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais (PPGEE-UFMG), na linha de pesquisa Modelagem, Análise e Controle de Sistemas Não Lineares, com foco em Sistemas Fuzzy e Sistemas Granulares Evolutivos para Modelagem de Fluxo de Dados Incertos. Atua como Pesquisador e Cientista de Dados no SIDIA Instituto de Ciência e Tecnologia em Manaus com desenvolvimento de modelos de inteligência artificial, aprendizado de máquina, busca automática de arquiteturas de redes neurais e MLOps.

Relevance: A inteligência artificial está cada vez mais presente no cotidiano das pessoas. Desta forma, diversos tipos de modelos são requisitados para apresentar desempenho satisfatório nas mais diversas tarefas. Isto motivou o desenvolvimento de uma linha de pesquisa voltada a metodologias que tem como objetivo economizar o tempo de escolha das arquiteturas e de seus parâmetros por parte dos engenheiros de aprendizado de máquina. A automatização deste processo, bem como o entendimento de seu funcionamento e implicações são extremamente importantes na construção eficiente de modelos de inteligência artificial tais como redes neurais profundas.

Topics Covered: Aprendizado de Máquina, Redes Neurais Profundas, Otimização, Visão Computacional

Authors: Cesar Faria (Keysight)

Abstract: Nesta seção, apresentaremos algumas das atualizações tecnológicas de 5G apresentadas no MWC (Mobilie World Congress) 2024, como o 5G -Advanced R17 RedCap, o 5G NB-NTN (Narrow Band Non-Terrestrial Network) e o 5G-Advanced NR-NTN (New Radio Non-Terrestrial Networks). Compartilharemos as movimentações das Operadoras de NTN com operadoras terrestres para garantir a operação das redes baseadas em satélite e o roaming entre redes terrestres e satelitais, as movimentações no mercado nacional, as sugestões da Keysight para certificação Anatel e os testes típicos de aceitação em operadoras.

Relevance: As Non-Terrestrial Networks (NTN) oferecem uma série de benefícios específicos para o Brasil, um país com vastas áreas remotas, grande diversidade geográfica e desafios de conectividade. Cobertura em Áreas Remotas, Conectividade em Situações de Emergência, Redução de Custo e Complexidade, Conectividade para Transporte e Logística e Contribuição no agronegócio são alguns dos grandes benefícios que o NTN nos trará.

About the author: Cezar Faria possui formação em Engenharia Eletrica com modalidade em eletrônica e ênfase em Telecomunicações pelo Instituto Nacional de Telecomunicações e possui mais de 18 anos de experiência no mercado de telecomunicações, trabalhando para multinacionais como Huawei Technologies e Anritsu Company em cargos voltados ao Core Network (PS) e Aplicações Wireless 2G/3G/4G/5G! Hoje é especialista na Keysight Technologies em soluções para teste e medições de termináis e dispositivos móveis.

Topics Covered: NTN, 5G, 5G Advanced, 6G, ISAC, Extreme MIMO, RedCap, TRX testing, Functional testing, Release 15/16/17/18.

Authors: Amanda Beatriz C. Santos, Leonardo H. Gonsioroski, Luiz da Silva Mello (PUC-RJ e UEMA)

Abstract: O Brasil está avançando e evoluindo seu padrão de TV digital. O Ministério das Comunicações lançou o Projeto TV 3.0 em 2020 com a participação de diversas organizações e empresas de radiodifusão de todo o mundo. Os trabalhos coordenados pelo Fórum do Sistema Brasileiro de TV Digital estão em fase final de testes e em 2025 o novo padrão de TV digital brasileiro deve ser colocado no ar.

Neste minicurso, você conhecerá os mais recentes avanços das tecnologias de transmissão de televisão digital no mundo em termos de camada física. Serão apresentados os princípios de funcionamento e os diferenciais dos sistemas ISDB-T Avançado e do ATSC 3.0 em relação às suas versões antecessoras. Você também aprenderá sobre a arquitetura de referência do novo padrão brasileiro e os principais requisitos e características das camadas de Camada Física, Camada de Transporte, Codificação de Vídeo, Codificação de Áudio, Legendas e Codificação de Aplicação.

Espera-se que ao final do minicurso os participantes sejam capazes de (i) conhecer os fundamentos das principais tecnologias de próxima geração de TV Digital, (ii) conhecer as metas do Projeto TV 3.0, (iii) entender os aspectos de propagação de rádio que apresentam os principais desafios para a implantação dessas tecnologias, (iv) compreender os experimentos práticos de RF para avaliação de desempenho de sistemas de comunicação sem fio, e (v) conhecer os principais resultados dos testes de camada física realizados no Brasil.

Relevance:

O serviço de televisão é provavelmente o sistema de comunicação que informa, educa e entretém mais acessível à população ao redor do mundo. Na próxima geração de TV Digital, o sinal transmitido deverá ser capaz de entregar resolução de pelo menos 4K, podendo alcançar 8K, áudio imersivo, conhecido como Áudio 3D, suporte à transmissão por streaming de banda larga e múltiplas programações num mesmo canal. Na prática, o novo sistema aproxima a qualidade da imagem e do som à de serviços de streaming de vídeo pela Internet. No geral, essas mudanças serão fundamentais para a evolução da tecnologia no segmento das telecomunicações no Brasil, permitindo entregar qualidade superior.

O Projeto TV Digital 3.0 visa desenvolver um novo modelo de transmissão que substituirá a TV Digital atual, tendo como objetivo proporcionar os avanços supracitados. Muitos estudos estão sendo realizados e o alcance total da capacidade dos novos padrões de TV digital no mundo será alcançado ao longo dos próximos anos como resultado de um trabalho contínuo de melhorias. É importante que profissionais da área de telecomunicações estejam atentos e atualizados sobre essas novas tecnologias e tendências do mercado de radiodifusão.

Topics Covered:

• Introdução
• Evolução dos Sistemas de TV
• Arquitetura de Referência do Sistema TV Digital 3.0
• Novas Tecnologias de TV Digital
• Advanced Television System Committee 3.0 (ATSC 3.0)
• Digital Terrestrial Multimedia Broadcast Advanced (DTMB-A)
• Advanced Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial (Advanced ISDB-T)
• Fundamentos de Camada Física do Sistema ISDB-T Avançado e do ATSC 3.0
• Mecanismos e Efeitos de Propagação
• Elementos que compõem um Sistema de TV Digital
• Características de Camada Física
• Nova estrutura dos quadros OFDM
• Transmissão Hierárquica (ISDB-T) x LDM (ATSC 3.0)
• Códigos Corretores de Erro
• Codificação externa, Bose–Chaudhuri–Hocquenghem (BCH)
• Codificação interna, Low-density parity-check (LDPC)
• BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation)
• MIMO 2x2 e Condition Number
• Novos Serviços e Aplicações
• Avaliação de Desempenho de Camada Física
• Resultados Obtidos no Brasil
• Considerações Finais e Perspectivas Futuras

Authors: Leonardo Tomazeli, Marta Rettelbusch, João Romano (UNICAMP)

Abstract: Uma característica peculiar da inteligência artificial (IA), que se acentuou nos últimos anos, é que o desenvolvimento científico na área tem potencial de gerar, em um curtíssimo espaço de tempo, soluções tecnológicas amplamente adotadas pela sociedade. Esse processo de aceleração tecnológica vem ocorrendo, por exemplo, nos grandes modelos de linguagem (LLMs), base de produtos como o ChatGPT e o Gemini. De fato, essas tecnologias, que vêm causando impactos socioeconômicos significativos, têm como um dos elementos fundamentais em seus algoritmos uma ideia proposta em um artigo que data 2017, e que, portanto, pode ser considerado muito recente tendo como referência o ciclo usual do desenvolvimento científico-tecnológico.

Se por um lado esse processo de aceleração vertiginosa do ciclo científico-tecnológico da IA abre oportunidades muito interessantes, como o desenvolvimento de soluções em áreas importantes (saúde, agricultura etc.), pelo outro, impõe novos desafios, de diferentes naturezas, e para os quais a sociedade, em todos os seus segmentos, ainda não dispõe de respostas concretas. Exemplos nesse contexto vão desde questões relacionadas à propriedade intelectual e à regulação do uso da IA até o impacto dessas ferramentas na produção do conhecimento científico nas mais diversas áreas. Além disso, um grande desafio, que já vem sendo intenso objeto de pesquisas, é assegurar que a IA seja utilizada de maneira ética e responsável, de modo a não prejudicar segmentos populacionais específicos, além de permitir que tais ferramentas operem com um mínimo de transparência.

Diante desse panorama, este minicurso visa discutir alguns dos desafios presentes no contexto atual da IA. Abordaremos temas como o impacto da IA na ciência e questões referentes à propriedade intelectual, além da estrutura nacional existente para lidar com os desafios da IA. Também apresentaremos um panorama das principais soluções técnicas de IA responsável (RAI), capazes de, no contexto de aprendizado de máquina, identificar e mitigar vieses que podem levar a resultados parciais com relação a certos segmentos populacionais. Finalmente, apresentaremos os aspectos fundamentais de uma área conhecida como IA explicável (XAI), que tem como objetivo mitigar o efeito de operação caixa-preta presente em modelos sofisticados, como é o caso das redes neurais artificiais.

Relevance: O minicurso abordará temas relevantes referentes ao estágio atual da IA, com ênfase em desafios que acreditamos que são de muito interesse para uma comunidade científica que, ao mesmo tempo, é utilizadora e criadora de ferramentas de IA. No contexto de IA responsável, por exemplo, julgamos que o minicurso pode auxiliar na disseminação dessa área na comunidade da SBrT, que certamente tem muito potencial para contribuir com o desenvolvimento de novas soluções. Além disso, acreditamos também ser importante, tanto para estudantes quanto para pesquisadores, estar a par dos temas abordados no minicurso, dado que tais temas têm implicações diretas, por exemplo, nas práticas de pesquisa científica. Por fim, o minicurso trará informações advindas de pesquisas atuais, sendo, portanto, uma boa oportunidade para os participantes se inteirarem dos avanços recentes nos temas discutidos no minicurso.

Topics Covered: Breve panorama do histórico recente da IA. IA como elemento importante na sociedade contemporânea. IA e propriedade intelectual. IA e ciência. IA no Brasil: como o país está se organizando para lidar com as oportunidades e desafios da IA. IA ética e responsável: introdução. IA ética e responsável: panorama dos métodos de identificação e mitigação de vieses. IA ética e responsável: explicabilidade.

Authors: Antônio Abelém, Diego Abreu, David Moura, Christian Rothenberg (UFPA e UNICAMP)

Abstract: A Comunicação Quântica é uma área de pesquisa que se concentra na exploração das propriedades únicas da mecânica quântica, como a superposição e o entrelaçamento quântico, para melhorar a segurança, eficiência e capacidade de comunicação de informações. Essa abordagem vai além das limitações das tecnologias tradicionais e tem o potencial de transformar a forma como lidamos com a segurança de dados, criptografia, comunicações seguras e outras aplicações. Entre as aplicações mais bem-sucedidas, destaca-se a distribuição quântica de chaves simétricas, a qual tem evoluído rapidamente de propostas teóricas para produtos comerciais. Além disso, outras aplicações, como a computação quântica distribuída, computação quântica cega (blind quantum computing) e rede de sensoriamento quântico, estão avançando em direção à internet quântica. Este campo emergente é o foco da proposta do minicurso em Simulação de Redes Quânticas, que visa explorar e promover discussões sobre as aplicações práticas e os desafios teóricos dessa tecnologia inovadora. No minicurso, será apresentada uma breve introdução ao tema, abordando o funcionamento básico dos protocolos de rede quântica, principais desafios e tecnologias. Serão utilizados simuladores quânticos (Nestquid e QuISP) com códigos predefinidos para demonstrar o funcionamento de tarefas como distribuição de chaves quânticas (QKD), teletransporte quântico, roteamento, entanglement swapping e purificação. Após isso, os participantes serão incentivados a projetar uma pequena rede quântica e a analisar os resultados obtidos.

Relevance: A relevância do minicurso em Simulação de Redes Quânticas é evidente, dada a rápida evolução e o potencial disruptivo das tecnologias quânticas. À medida que o campo da comunicação quântica avança, a demanda por profissionais capacitados em compreender e aplicar esses conceitos complexos também aumenta. A formação em redes quânticas não apenas prepara os participantes para contribuir com pesquisas de ponta, mas também os habilita a enfrentar os desafios práticos na implementação dessas tecnologias em setores como segurança da informação, telecomunicações e ciência da computação. Além disso, a pertinência do minicurso se destaca pelo fato de que a simulação de redes quânticas é uma ferramenta essencial para o desenvolvimento e teste de novos protocolos e soluções quânticas antes de sua aplicação em sistemas reais. O uso de simuladores quânticos, como Nestquid e QuISP, permite aos participantes experimentar e validar conceitos teóricos em um ambiente controlado, proporcionando uma compreensão mais profunda das dinâmicas e desafios das redes quânticas. Este minicurso, portanto, não só facilita a aquisição de conhecimento técnico, mas também promove a inovação e a aplicação prática das tecnologias quânticas emergentes.

Topics Covered:

• Introdução às tecnologias quânticas de 2ª geração: apresentação de um panorama das tecnologias quânticas, destacando os princípios físicos (como superposição e entrelaçamento), as principais aplicações e o estado atual de desenvolvimento de pesquisa e na indústria. Duração estimada: 20 minutos.
• Redes de Comunicação Quântica: Apresentação dos princípios de funcionamento das redes de comunicações quânticas, os principais protocolos e as diferenças para as redes clássicas. Duração estimada: 20 minutos.
• Estrutura da Internet Quântica: Apresentação das principais propostas da Estrutura da Internet Quântica, destacando as principais arquiteturas candidatas. Duração estimada: 20 minutos.
• Distribuição Quântica de Chaves: Explicação da distribuição quântica de chaves (Quantum Key Distribution). Duração estimada: 20 minutos.
• Simulação de Redes Quânticas: Apresentação dos simuladores e visualização do funcionamento dos principais protocolos (como Teletransporte, Entanglement Swapping e Purificação). Duração estimada: 20 minutos.
• Desenvolvimento da Rede Quântica em simuladores: sessão prática orientada para o desenvolvimento de uma rede quântica utilizando simuladores. A sessão inclui execução, coleta e análise de resultados, visando o entendimento do desempenho e das características da rede. Duração estimada: 60 minutos.
• Conclusão e Desafios de Pesquisa e Indústria: conclusão do minicurso, com a apresentação de desafios de pesquisa e de implementação real na indústria. Duração estimada: 15 minutos.

Authors: Navid Salehi, Maurício Gonçalves (Rohde & Schwarz)

Abstract: Prepare-se para a próxima geração de conectividade sem fio com o Wi-Fi 7, que traz avanços significativos em velocidade, eficiência e capacidade de rede. Este minicurso da Rohde & Schwarz proporcionará uma compreensão abrangente das inovações trazidas pelo Wi-Fi 7, capacitando os participantes a explorar e implementar as mais recentes tecnologias de comunicação sem fio. Abordaremos as melhorias mais impactantes na camada física da rede, além de destacar as soluções e ferramentas da Rohde & Schwarz que facilitam a análise e o desenvolvimento de redes Wi-Fi 7. Demonstrações práticas com os equipamentos R&S®SMW200A e R&S®FSW permitirão aos participantes desenvolver habilidades essenciais na configuração, teste e otimização de redes Wi-Fi de última geração, promovendo uma conectividade mais robusta e eficiente para os usuários.

Relevance: Este minicurso da Rohde & Schwarz proporcionará uma compreensão abrangente das inovações trazidas pelo Wi-Fi 7, capacitando os participantes a explorar e implementar as mais recentes tecnologias de comunicação sem fio.

Topics Covered: Melhorias na camada física das redes Wi-Fi 7. Soluções e ferramentas da Rohde & Schwarz para redes Wi-Fi 7. Demonstrações práticas com equipamentos da marca.