Diseño e implementación de técnicas de sincronización, estimación e igualación de canal para plc
- Autores: Francisco José Nombela Blanco
- Directores de la Tesis: Álvaro Hernández Alonso (dir. tes.), Enrique García Núñez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María del Carmen Pérez Rubio (presid.), Alfonso Bahillo (secret.), Fernando Javier Álvarez Franco (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes por la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
Los sistemas de comunicaciones PLC (Power Line communications) han despertado en los últimos años un gran interés investigador, existiendo ya algunas propuestas comerciales para conectividad multimedia en el hogar, y están jugando un papel importante en el desarrollo de las redes de distribución inteligentes de energía (Smart Grids). Al mismo tiempo han supuesto un cambio en la sociedad actual, siendo uno de los medios más importantes para proporcionar soporte de banda ancha para la transmisión de datos. El hecho de tratarse de un medio con un coste muy bajo de instalación al utilizar la red eléctrica ya existente en la mayoría de entornos públicos interiores (edificios, viviendas, fábricas, industrias, etc.) es una de sus principales ventajas.
El canal PLC presenta ciertas particularidades, como son el fuerte desvanecimiento selectivo en frecuencia, la mayor duración efectiva del canal, así como la caracterización del ruido del canal en ruido de fondo y en tres tipos de ruido impulsivo. El estándar IEEE 1901-2010 propone el uso de Wavelet-OFDM como técnica de acceso al medio. Esta técnica permite mejorar la eficiencia espectral del sistema al definir mejor en frecuencia las subportadoras y, por tanto, reduce las emisiones fuera de la banda de emisión. Wavelet-OFDM introduce un filtrado por cada subportadora tras la DCT-IV, conocido como filtro prototipo. Este filtrado hace que símbolos consecutivos se solapen en el dominio del tiempo.
El primer objetivo de la tesis es proponer un algoritmo robusto de sincronismo temporal en sistemas PLC de banda ancha, empleado como técnica de acceso al medio Wavelet-OFDM. Dicho algoritmo propone el uso de conjuntos complementarios de secuencias multinivel como símbolo piloto, debido a las propiedades óptimas de correlación que presentan éstas, haciendo posible realizar una sincronización precisa en el receptor.
En segundo lugar, se analizan posibles métodos de igualación y estimación de canal para compensar los efectos que se introducen en la transmisión PLC. Para ello es necesario el estudio de diversas técnicas de transmisión, como la inserción del prefijo cíclico y el zero-padding, para seleccionar la que mejor se ajuste a las especificaciones. Al igual que antes para el sincronismo, los algoritmos propuestos para estimación e igualación de canal se basan en el empleo de secuencias Zadoff-Chu como símbolos piloto en los preámbulos de la transmisión PLC.
Finalmente, se presenta una arquitectura eficiente basada en FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) para la implementación en tiempo real del algoritmo de sincronismo propuesto, junto con otra para la estimación e igualación del canal, susceptibles de ser integradas en un hipotético receptor PLC que emplea como técnica de acceso al medio Wavelet-OFDM.
- English
Power Line communications (PLC) systems have experienced an increasing research interest in recent years: there are already some commercial proposals for multimedia connectivity in homes, and they are playing an important role in the development of smart energy distribution networks (Smart Grids). At the same time, they have implied a change in the current society, being one of the most important means to provide broadband support for data transmission. The fact of being a medium with a very low installation cost, since they use the existing electrical network in most of the indoor public environments (buildings, households, industrial factories, etc.), is one of its main advantages.
The PLC channel has certain particularities, such as the strong selective frequency fading, the longer effective channel length, as well as the characterization of the channel noise into background noise and into three types of impulsive noise. The IEEE 1901-2010 standard proposes the use of Wavelet-OFDM as a medium access technique. This technique allows to improve the spectral efficiency of the system by better defining the subcarriers in frequency and, therefore, it reduces emissions outside the emission band.
Wavelet-OFDM introduces a filtering for each subcarrier after the DCT-IV, known as a prototype filter. This filtering makes consecutive symbols overlap in the time domain.
The first objective of the thesis is to propose a robust algorithm of temporal synchronization in broadband PLC systems, using the Wavelet-OFDM as medium access technique. This algorithm proposes the use of complementary sets of multilevel sequences as pilot symbols, due to their optimal correlation properties, making it possible to perform a precise synchronization in the receiver.
Secondly, possible methods of equalization and channel estimation are analyzed to compensate the effects introduced in the PLC transmission. This requires the study of various transmission techniques, such as the insertion of a cyclic prefix and zeropadding, to select the one that best fits the specifications. As before for synchronism, the proposed algorithms for estimation and channel equalization are based on the use of Zadoff-Chu sequences as pilot symbols in the preambles of the PLC transmission.
Finally, an efficient architecture based on FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) is presented for the real-time implementation of the proposed synchronization algorithm, together with the ones proposed for the estimation and equalization of the channel, which can be integrated into a hypothetical PLC receiver that uses WaveletOFDM as medium access technique
- español
