Ultra-wideband communicationsbased on impulse radio: Towards a practical implementation
- Autores: Antonio Mollfulleda San Julián
- Directores de la Tesis: Jordi Mateu Mateu (dir. tes.), Christian Ibars Casas (dir. tes.), Fernando José Casadevall Palacios (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Carlos Collado Gómez (presid.), Montserrat Najar Marton (secret.), Pavel Miskovsky (voc.), Antonio Lázaro Guillén (voc.), Mònica Navarro Rodero (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
El origen de la teoría de radio por impulsos se remonta principios de 1960. Sin embargo, su utilización en la práctica se ha limitado a algunas aplicaciones de imagen o radar. Esta situación cambió de rumbo cuando en el año 2002 la comisión FCC (Federal Communications Comision) cambió la regulación del espectro radioeléctrico para permitir transmisiones sin licencia en la banda comprendida entre 3.1GHz y 10.6GHz siempre que la densidad de potencia radiada no supere unos límites establecidos. Esto abrió la puerta a nuevos sistemas de comunicaciones de banda ultra ancha (UWB) y rescató el interés en radio por impulsos (IR) como un candidato para sistemas UWB.
En esta tesis se repasan desde un punto de vista teórico varios sistemas de radio por impulsos. Se describen diversas formas de construir una señal modulada basada en un tren de pulsos de forma que se cumplan las restricciones establecidas por la FCC. Por otra parte se hace una revisión de varias arquitecturas conocidas del receptor y se evalúa su rendimiento en casos de aplicación prácticos en los que la respuesta al impulso del canal se compone de centenares de rayos individuales. Las arquitecturas analizadas son: Stored Reference (SR), Transmitted Reference (TR), RAKE y Energy Detector (DE). Se comprueba que el rendimiento en términos de tasa de error de bit de ninguna ninguna de estas alternativas se acerca al receptor óptimo (filtro adaptado).
Al objeto de implementar un receptor totalmente digital, surgió una alternativa atractiva basada en el muestreo en el dominio de la frecuencia (FDS, Frequency Domain Sampling). Consiste proyectar la señal recibida sobre un banco de filtros ortogonales seguido de un banco de convertidores analógico-digital (ADC). La frecuencia de muestro de cada uno de los ADC se reduce por debajo de la frecuencia de Nyquist a un nivel que es realizable con la tecnología actual. Sin embargo, el diseño práctico de un banco de filtros ortogonales que capturen toda la energía de la señal es un punto de difícil realización práctica.
En esta tesis se presenta un receptor FDS en el que la señal recibida se proyecta sobre un banco de filtros que no constituye una base ortogonal. Se utiliza la teoría matemática de ¿Frames¿ para realiar la reconstrucción de la señal recibida a partir de las muestras capturadas a la salida del banco de filtros. Se demuestra que con un banco de filtros basado en topologías típicas como son filtros Gaussianos, Butterworth o Chebyshev se puede reconstruir la señal correctamente. El problema de definir la respuesta de los filtros que minimiza el error de reconstrucción de ha definido como un problema de optimización cuadrática. La solución de este problema lleva a que los filtros que minimizan el error con menor complejidad (menor frecuencia de muestreo o inferior número de filtros) son los filtros Gaussianos. Además se observa que el rendimiento de este receptor en el banco de filtros se acerca mucho al receptor óptimo.
En la segunda parte de esta tesis se presenta una demostración práctica de los resultados teóricos. En esta línea parte del trabajo se centra en nuevas técnicas para diseñar dispositivos pasivos de gran ancho de banda (UWB) basado en tecnología planar. En la tesis se incluye el diseño de redes de conformación de pulsos, un inversor de signo del pulso, un divisor de potencia y el banco de filtros. Todos estos componentes se han diseñado con tecnología planar distribuida a 2 capas. Se demuestra que, en general, el diseño con un gran ancho de banda se puede conseguir abriendo un hueco en el plano de masa. Este concepto se ha utilizado para el diseño de una de las redes de conformación de pulsos, para el divisor de potencia y para el banco de filtros. Con respecto al banco de filtros, se presenta una topología que es fácilmente escalable en tamaño para proporcionar una respuesta en frecuencia similar con un gran abanico de ancho de banda fraccional.
