Algoritmos en transmisión y recepción para OFDM en entornos multi-usuario

• Autores: Victor Pedro Gil Jiménez
• Directores de la Tesis: Ana García Armada (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2005
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Artés Rodríguez (presid.), María Carmen Aguayo Torres (secret.), Francisco J. González Serrano (voc.), Ángel Lagunas Miguel (voc.), Mounir Ghogho (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • Desde su incursión en la vida de los ciudadanos de forma cotidiana, las comunicaciones móviles han ido adquiriendo cada vez más protagonismo. Lo que hace unos años era un elemento de lujo o causa de envidias, hoy es algo tan habitual como coger el autobús. Este auge en las comunicaciones móviles ha llevado consigo un aumento del número de usuarios de estos servicios, así como una mayor exigencia por parte de éstos en cuanto a velocidad de transmisión, seguridad, servicios, calidad ... Por este motivo, se han ido introduciendo nuevas redes, así como mejoras en las ya existentes. Actualmente estamos asistiendo al inicio de la implantación de las redes denominadas de tercera generación (3G). No obstante, estas redes 3G fueron de nidas a mediados de los años 90. En la actualidad nos encontramos en la de nición de lo que será la cuarta generación móvil (4G) a la que probablemente preceda una intermedia, tal vez Super 3G. Muchas son las tecnologías candidatas para esta Super 3G o para la 4G, pero es OFDM (Multiplexación por División en Frecuencias Ortogonales - Orthogonal Frequency Division Multiplexing) una de las más prometedoras para terminar siendo la tecnología elegida, debido principalmente a la robustez que ofrece frente al multi-trayecto, la flexibilidad que proporciona por el hecho de dividir el ancho de banda en sub-portadoras que pueden ser moduladas independientemente para adaptarse a las condiciones específicas de los canales móviles y al aprovechamiento de la diversidad multi-usuario cuando se combina en OFDMA (Acceso múltiple por división en frecuencias ortogonales - Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Sin embargo, para que estos sistemas OFDMA sean una realidad en redes futuras como la Super 3G o la 4G, es preciso reducir la complejidad que ellos conllevan, en aspectos como la sincronización multi-usuario o la implementación de la modulación adaptativa. Esta Tesis está enfocada a reducir la complejidad de implementación para que la tecnología OFDMA pueda ser un hecho en las futuras redes inalámbricas. La sincronización en sistemas OFDMA, principalmente en escenarios ad-hoc plantea un reto importante a la hora de implementarla en este tipo de redes. Dado que existe una literatura extensa dedicada a resolver el problema de la sincronización en entornos OFDM mono-usuario, en esta Tesis se propone un procedimiento para reducir el problema de la sincronización multiusuario al caso mono-usuario, lo que permite la re-utilización de todas las técnicas propuestas en la literatura. Además de las buenas prestaciones incluso en situaciones de saturación de la red, permite un ahorro de la energía necesaria para la realización de las tareas de sincronización. Asimismo, a la vez que se resuelve la sincronización multi-usuario, también en esta Tesis se aporta un algoritmo para realizar el seguimiento de la desviación de frecuencia en sistemas tanto OFDM como OFDMA, de una forma sencilla y eficiente. Este algoritmo utiliza las sub-portadoras piloto de los símbolos, y ofrece unas prestaciones razonables, incluso cuando el número de estas sub-portadoras piloto es reducido. La modulación adaptativa u otras técnicas avanzadas de comunicaciones como MIMO (Multiple Input Multiple Output) o el conformado de haz (beamforming), que se hacen más atractivas cuando se combinan con OFDM u OFDMA, requieren de cierta realimentación hacia el transmisor por parte del receptor, además de un conocimiento del canal bastante preciso. En esta Tesis se aportan algoritmos para la compresión de esta información (que puede ser muy elevada dependiendo de la granularidad de la adaptación y la variabilidad del canal), lo que permite un mejor aprovechamiento de los recursos radio, y simpli ca la implementación de este tipo de sistemas. Se consiguen reducciones superiores a cuatro veces la tasa original, lo que implica grandes ventajas en todos los sentidos. Además, se realiza un estudio teórico sobre cómo afectan los errores en la estimación de canal en la capacidad del sistema, obteniéndose dos cotas numéricas para ésta. Gracias a estas cotas se puede concluir que las técnicas actuales de estimación de canal son su cientemente buenas como para que las pérdidas producidas por los errores en esta estimación no sean muy significativas; No obstante, estas pérdidas aumentan a medida que se incrementa la relación señal a ruido, y, por tanto, es conveniente seguir mejorando la estimación de canal si se pretende que estos sistemas trabajen a altas relaciones señal a ruido. Por último, destacar que las simulaciones llevadas a cabo para examinar las prestaciones de los algoritmos desarrollados han proporcionado datos prácticos que ayudarán al diseño e implementación de futuras redes móviles 4G.