Tecnologías OFDM y xDSL
(200604)

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Profesor: Fernando Cruz Roldán




El objetivo principal de esta asignatura consiste en mostrar las conceptos fundamentales de la transmisión de información de señales de banda ancha sobre medios confinados (como las tecnologías xDSL)  y canales sin cable (wireless) empleando modulación multiportadora (MCM). Se describen los problemas asociados a la transmisión de datos de alta velocidad,se presentan las ventajas e inconvenientes de las tecnologías de acceso al medio mediante OFDM o DMTs,  se caracterizan el transmisor y el receptor desde la perspectiva de sistemas de tasa múltiple, se describe el medio físico, y finalmente se presentan diversos estándares de transmisión digital de audio, video o datos que se sustentan en dichas tecnologías:  ADSL, VDSL, DAB, DVB, IEEE802.11 WiFi, IEEE802.16 WiMAX.

También es objetivo de este curso fomentar en el estudiante una forma de pensar creativa orientada a la investigación.


CRÉDITOS ECTS: 4

CONTENIDOS:

Resumen del contenido: La modulación multiportadora (MCM) es un técnica muy eficiente para la transmisión de información, especialmente para señales de banda ancha, sobre medios confinados (como las tecnologías xDSL)  y para canales sin cable (wireless). La MCM se puede caracterizar en el contexto de los bancos de filtros, ya que un modulador multiportadora es un transmultiplexador. Cuando se trabaja en aplicaciones sobre bucles de abonado local, se denomina Modulación Multitono Discreta (Discrete Multitone Modulation-DMT), y en aplicaciones sin cable se denomina Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing - OFDM). Ambas son esencialmente la misma técnica eficiente de modulación multiportadora en la que las etapas de modulación y demodulación se realizan a través de una transformada inversa de Fourier discreta (IDFT) y de una transformada de Fourier discreta (DFT), respectivamente. Se pueden citar  los siguientes ejemplos en los que se utilizan MCM en la transmisión de los datos:

  • Redes de área local y metropolitana sin cable (WLAN y WMAN) basadas en los estándares IEEE 802.11 (WiFi) o IEEE802.16 (WiMAX).

  • Tecnologías xDSL: bucles de abonado digitales de muy alta velocidad (VDSL) y asimétricos (ADSL) para transmisión de datos sobre cables.

  • Radiodifusión de audio digital (DAB) y de televisión digital (DVB) terrestre, por satélite y por cable.

El objetivo principal de esta asignatura consiste en mostrar las características fundamentales de dicha modulación, las ventajas que presenta frente a otras técnicas de transmisión, la descripción y caracterización desde la perspectiva de sistemas de tasa múltiple, y la configuración básica del transmisor y del receptor en estas modulaciones. En la asignatura también se describirán diversos estándares de transmisión digital de audio, video o datos en general que se sustentan en dicha tecnología.


Epígrafes:

  1. Introducción.
    1. Fundamentos de comunicaciones digitales.
    2. Fundamentos de procesado digital de señales.
    3. Motivación.
  2. Fundamentos de la Modulación Multiportadora (MCM).

    1. Introducción

    2. Multitono básico.

    3. Realización en tiempo discreto.
    4. Vector coding.

    5. MCM con transformadas discretas trigonométricas
    6. Otros tipos de MCM.

  3. Modulación OFDM sobre canales inalámbricos.

    1. Modulación OFDM.

    2. Consideraciones de implementación.

    3. Estándares (DAB, DVB, internet de banda ancha).

    4. Descripción de IEEE802.11 (WiFi).

    5. Descripción de IEEE802.16 (WiMAX).

  4. Modulación DMT sobre el bucle de abonado digital (DSL).

    1. Introducción.

    2. Descripción. Diagrama de bloques.

    3. Consideraciones de implementación.

    4. Estándares xDSL.


BIBLIOGRAFÍA:


[1] A. Artés Rodríguez, F. Pérez González, J. Cid Sueiro, R. López Valcarce, C. Mosquera Nartallo, F. Pérez Cruz, Comunicaciones digitales.  Prentice-Hall, 2007.

En el texto se describen detalladamente las técnicas de modulación, codificación y diseño de receptores de comunicaciones digitales. Para la asignatura, los capítulos de mayor interés son el séptimo, y especialmente el octavo, en el que se describe la modulación multipulso.

[2] John A. C. Bingham,ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation, John Wiley and Sons, 2000.

El libro recoge el estado del arte, hasta la fecha de publicación, de la modulación multiportadora (MCM) aplicada a la transmisión de datos de alta velocidad. El autor es un experto investigador con más de tres décadas trabajando en este campo, y por ello consigue presentar en el libro todos los conceptos necesarios para diseñar modems MCM, comprender las realizaciones prácticas de los sistemas instalados en los estándares, y capacitar a los estudiantes para abordar futuras investigaciones con el objetivo de mejorar los sistemas actuales.

[3] T. Starr, J.M. Cioffi, and P.J. Silverman, Understanding Digital Subscribers Line Technology, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1999.

[4] T. Starr, M. Sorbara, J. M. Cioffi, and P.J. Silverman, DSL Advances, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2002.

Los anteriores libros [3]-[4] han sido escritos por parte de los componentes del grupo de estandarización ANSI E1T1.4. Estas son quizá las obras de referencia más completas para trabajar profesionalmente con las tecnologías xDSL. Los libros tratan toda la familia DSL desde la RDSI (144 kb/s) a la VDSL (52 Mb/s), describen todas las capas del protocolo y aportan una visión desde dentro del proceso de estandarización.

[5] R. Prasad, OFDM for Wireless Communications Systems, Boston, MA: Artech House Publishers, 2004.

[6] A. Goldsmith, Wireless Communications.CambridgeUniversity Press, 2006.

[7] A. Molisch, Wireless Communications, Wiley-IEEE Press (November 18, 2005).

En [5]-[7] se pueden encontrar, de manera detallada, los conceptos de la modulación multiportadora aplicada a tecnologías inalámbricas. El texto de Prasad [5] es más escueto, y bastante más extensos y detallados [6]-[7]. Se presentan los fundamentos de OFDM y sus aplicaciones en sistemas wireless, y se describen algunos estándares de WLAN (HIPERLAN/2 e IEEE802.11). También se abordan los siguientes temas: desvanecimiento Rayleigh, igualación, sincronización y el problema de la potencia de pico.

[8] J. Tellado, Multicarrier modulation with low PAR. Applications to DSL and Wireless.Springer, 2000.

Es un buen libro para estudiar el problema del PAR en modulaciones multiportadora. Se realiza una formulación rigurosa, y se proponen diversas técnicas de reducción, tales como la reserva o la inyección de tono.

[9] A. N. Akansu, M. J. T. Smith, (eds.), Subband and Wavelet Transforms. Design and Applications, Kluwer Academic Publishers, Norwell MA, 1996.

Este es el primer libro de una serie en la que el Dr. A. N. Akansu participa como editor. Es un compendio de diversos capítulos, realizados por diversos investigadores, en los que se muestran varias áreas en las que han encontrado  aplicación la Transformada Wavelet y los Bancos de Filtros. Hay capítulos en los que se abordan los fundamentos de las transformadas subbanda, y otros destinados a la codificación de imágenes, video y audio. Para la asignatura, es muy interesante el dedicado al estudio de la modulación multiportadora.

[10] A. N. Akansu, M. J. Medley, (eds.), Wavelet, Subband and Block Transforms in Communications and Multimedia, Kluwer Academic Publishers, Norwell MA, 1999.

La obra se puede dividir en dos grandes bloques. En primer lugar, los primeros seis capítulos, que se destinan a analizar diversas aplicaciones en comunicaciones en las que está resultando beneficiosa la utilización de las teorías de Wavelets y bancos de filtros. El segundo bloque, que consta de cinco capítulos, analiza los avances que se han producido en aplicaciones multimedia gracias a las transformadas wavelet y subbanda. Este libro es de particular interés para los alumnos de la asignatura porque se muestra la aplicación de OFDM en transmisión de audio y video terrestre (DAB y DVB) y comunicaciones xDSL. En su conjunto, es especialmente útil en esta última etapa del máster, ya que hay alumnos que inician su período de investigación.

[11] Y.-P. Lin, S.-M. Phoong, P. P. Vaidyanathan, Filter bank transceivers for OFDM and DMT systems, Cambridge UK, 2011

El libro incluye un repaso a conceptos básicos de comunicaciones digitales, comenzando con el modelo equivalente de canal en tiempo discreto y una revisión detallada de receptores MMSE. Los últimos capítulos se dedican a una descripción y análisis de los sistemas basados en las modulaciones OFDM y DMT, con una discusión pormenorizada de diversos aspectos prácticos.

[11] Revistas de investigación. Algunas de las de mayor interés son las siguientes:

Publicadas por la European Association for Speech, Signal, and Image Processing:

  • EURASIP Journal on Advances Signal Processing.
  • Signal Processing.

Publicadas por el Institute of Electrical and Electronics Engineers:

  • IEEE Communications
    Magazine.
  • IEEE Communications Letters.
  • IEEE Journal on Selected Areas in Communications.
  • IEEE Transactions on Communications.
  • IEEE Transactions on Wireless Communications.
  • IEEE Wireless Communications.
  • IEEE Transactions on Information Theory.
  • IEEE Signal Processing Letters.
  • IEEE Transactions on Signal Processing.
  • IEEE Transactions on Circuits and Systems -I: Regular Papers.
  • IEEE Transactions on Circuits and Systems -II: Express Briefs.
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE


La metodología general de enseñanza y aprendizaje del master puede consultarse en
éste enlace.
En particular, se pretende que la asignatura tenga contenidos teóricos y prácticos. Se propone la clase o lección magistral para la exposición de las partes clave de la  teoría, complementando ésta con referencias bibliográficas cuidadosamente seleccionadas que faciliten el estudio que el alumno debe realizar fuera de clase y, en la medida de lo posible, lo estimule. La actividad del alumno en clase y en la realización de las prácticas de laboratorio es considerable, ya que al ser un número de alumnos matriculados inferior al de los estudios de grado, se prevé que se involucren en el desarrollo y resolución de los problemas y de las prácticas. Principalmente  se utiliza un método de aprendizaje inductivo. Se fomentará el trabajo de los alumnos mediante la realización de problemas, prácticas de laboratorio, y un trabajo relacionado con  la asignatura.


CRITERIOS Y PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN

Los criterios y procedimientos generales de evaluación del master pueden consultarse en éste enlace.De forma particular, la evaluación se realizará a partir de los trabajos realizados por los alumnos (40 %), de la evaluación de prácticas de laboratorio (40%), y de un examen de contenidos (20%).