Máster Universitario en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Universidad de Alcalá Curso Académico 2012/13

Transcripción

1 Tecnologías OFDM y xdsl Máster Universitario en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Universidad de Alcalá Curso Académico 2012/13

2 GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: Créditos ECTS: 4 Curso y cuatrimestre: Tecnologías OFDM y xdsl Máster Universitario en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Teoría de la Señal y Comunicaciones Optativa 2º, C1 Profesorado: Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Fernando Cruz Roldán (fernando.cruz@uah.es) Por determinar Español 1. PRESENTACIÓN La modulación multiportadora (MCM) es una técnica de acceso al medio que se emplea en un gran número de estándares ya implantados de comunicaciones de banda ancha: Redes de área local y metropolitana sin cable (WLAN y WMAN) basadas en los estándares IEEE (WiFi) o IEEE (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. Comunicaciones por la red eléctrica (Power Line Communications PLC). También se ha propuesto el uso de MCM en enlace descendente (downlink) en la primera versión de una nueva generación (3.9G) de redes de acceso de radio celular (Long-Term Evolution LTE), así como en Long-Term Evolution Advanced (LTE-A), reconocida como estándar de cuarta generación por la Unión Internacional de Telecomunicaciones. En la actualidad, el uso de MCM está siendo estudiado para los sistemas de radio cognitiva (IEEE802.22). La razón fundamental de esta gran utilización se debe a que MCM es un técnica muy eficiente para la transmisión de información, especialmente de señales de banda ancha, sobre medios confinados (Discrete Multitone Modulation - DMT) y para canales sin cable (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing - OFDM). DMT y OFDM son esencialmente la misma técnica eficiente de modulación multiportadora en la que las etapas de modulación y demodulación se realizan a través de las transformadas inversa y directa de Fourier discreta (IDFT y DFT), respectivamente. 2

3 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 DMT, 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, IEEE WiFi, IEEE WiMAX. Se pretende dar un enfoque práctico a la asignatura, de forma que se aproxime a la realización real de los sistemas multiportadora empleados en la vida cotidiana. En este sentido, se irán realizando un conjunto de prácticas de laboratorio con el objeto de que los estudiantes puedan validar los contenidos teóricos expuestos en clase, y del mismo modo puedan llevar a cabo simulaciones del comportamiento que van a tener los sistemas de comunicaciones multiportadora en un entorno real. Para cursar la asignatura se recomienda tener unos conocimientos básicos relacionados con el tratamiento digital de señales y las comunicaciones digitales, así como de MATLAB. 2. COMPETENCIAS Esta asignatura contribuye a que el estudiante desarrolle las siguientes: Competencias genéricas: 1. Capacidad de análisis y síntesis. 2. Capacidad de planificación y programación. 3. Capacidad de búsqueda y gestión de la información. 4. Desarrollo de una forma de pensar creativa y disciplinada. 5. Conocimiento y comprensión de los temas tratados en la asignatura, capacidad para relacionarlos y mostrar soltura en su aplicación. 6. Capacidad para enfrentarse a problemas no tratados previamente relacionados con las materias estudiadas. Competencias específicas: 1. Conocimiento de los conceptos fundamentales de la modulación multiportadora. 2. Capacidad para distinguir la modulación multiportadora de otro tipo de técnicas de acceso al medio. 3. Conocimiento de las características de la modulación multiportadora desde la perspectiva de sistemas de tasa múltiple. 4. Capacidad para entender las especificidades de las modulaciones OFDM y DMT. 3

4 5. Conocimiento de las imperfecciones de la modulación multiportadora basada en la transformada discreta de Fourier. 6. Capacidad para entender otras técnicas de modulación multiportadora diferentes a OFDM y DMT. 7. Conocer la capa física de diversos estándares de comunicación que emplean modulación multiportadora OFDM y DMT. 4

5 3. CONTENIDOS Bloques de contenido Introducción. Fundamentos de comunicaciones digitales. Fundamentos de procesado digital de señales. Motivación. Fundamentos de la modulación multiportadora: Introducción. Multitono básico. Implementación en tiempo discreto con la DFT. Inserción de redundancia. Otros tipos de modulación multiportadora. Modulación de portadora única. Modulación OFDM sobre canales inalámbricos. Modelo de canal. Consideraciones de implementación (temporización y sincronización, PAPR, Igualación en el dominio de la frecuencia). Estándares (DAB, DVB, IEEE802.11, IEEE802.16). Modulación DMT sobre el bucle de abonado digital. Introducción. Descripción. Diagrama de bloques. Partición de canal, algoritmos de carga de bits. Consideraciones de implementación (modelo de cable, diafonía, igualación en el dominio del tiempo). Descripción de estándares xdsl. horas 4 horas (2 semanas) 10 horas (5 semanas) 18 horas (9 semanas) 8 horas (4 semanas) 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS 4.1. Distribución de créditos (especificar en horas) Número de horas presenciales: Número de horas del trabajo propio del estudiante: Total horas Clases en gran grupo: 20 horas (2 horas x 10 semanas) Clases en grupo reducido: 16 horas (2 horas x 8 semanas) Evaluación final: 4 horas Total: 40 horas presenciales Preparación de las clases, aprendizaje autónomo, preparación de ejercicios, pruebas y prácticas, preparación de la prueba final: Total: 60 horas 100 horas 5

6 4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos Clases Teóricas (en grupos grandes) Clases Prácticas (en grupos reducidos) Tutorías individuales, grupales y via web (foro, correo, etc) Presentación y/o revisión de conceptos Presentaciones orales y otras actividades Presentación y/o revisión de conceptos de carácter eminentemente práctico. Resolución de problemas Sesiones prácticas de laboratorio: orientadas a consolidar los conceptos presentados previamente así como a familiarizar al estudiante con herramientas informáticas de apoyo al estudio de la materia y futuro desempeño profesional (APIs de desarrollo de aplicaciones distribuidas, ofimática, analizadores de protocolos, medidores). Presentaciones orales y otras actividades Resolución de dudas Apoyo al aprendizaje autónomo 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación Se plantea una evaluación continua del rendimiento del estudiante mediante un doble sistema de seguimiento del trabajo, programado con una serie de pruebas de calificación parcial a realizar al final de cada uno de los temas principales en los que se divide la asignatura, y una prueba de conjunto a realizar al final del semestre. Este primer bloque tiene un peso del 60 % en la calificación. Además, el estudiante deberá realizar un trabajo (con un peso del 40% en la calificación) relacionado con los temas que se abordan en la asignatura. Las pruebas de seguimiento tienen un doble objetivo. Por un lado, que el profesor conozca el grado de dedicación del estudiante al respecto de las distintas actividades propuestas, así como un indicador cualitativo del nivel de cumplimiento de objetivos. Por otro lado, a los estudiantes les sirve para conocer si van alcanzando los objetivos marcados a lo largo del curso, también de forma cualitativa. El seguimiento del estudiante incorporará pequeñas pruebas individuales de conocimiento y razonamiento y entrega de pequeños informes individuales o grupales sobre las prácticas realizadas en el laboratorio. Las pruebas de calificación parciales tendrán un peso creciente en la nota final para incorporar parte de los contenidos previos. Se corresponde con el 5%, 8%, 12% y 15% respectivamente, de la nota final. La prueba de conjunto tendrá un peso del 20% de la nota final y tiene un doble objetivo: evaluar la capacidad de relación de los conceptos aprendidos y revisar los conceptos básicos evaluados en las pruebas parciales. 6

7 . El trabajo que debe realizar el estudiante tendrá un peso del 40 % de la calificación final. La temática del mismo será a propuesta del profesor de la asignatura, o a iniciativa del estudiante (con la aprobación del profesor), y versará sobre temas o técnicas de actualidad relacionados con la MCM o con los estándares en los que se recomiende el empleo de la misma. En la evaluación del trabajo se tendrá en consideración la memoria escrita y la presentación oral que sobre el mismo deberá realizar el alumno. En caso de no alcanzar un 50% de la calificación el estudiante deberá realizar el Examen Final Teorico-Práctico para superar la asignatura. 6. BIBLIOGRAFÍA [1] A. Artés Rodríguez, F. Pérez González, J. Cid Sueiro, R. López Valcarce, C. Mosquera Nartallo, F. Pérez Cruz, Comunicaciones digitales. Prentice-Hall, [2] John A. C. Bingham, ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation, John Wiley and Sons, [3] P. S. R. Diniz, E. A. B. da Silva, S. L. Netto, Digital Signal Processing. System Analysis and Design (2nd ed.), Cambridge UK, [4] A. Goldsmith, Wireless Communications. Cambridge University Press, [5] A. Molisch, Wireless Communications, Wiley-IEEE Press (November 18, 2005). [6] R. Prasad, OFDM for Wireless Communications Systems, Boston, MA: Artech House Publishers, [7] T. Starr, J.M. Cioffi, and P.J. Silverman, Understanding Digital Subscribers Line Technology, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, [8] T. Starr, M. Sorbara, J. M. Cioffi, and P.J. Silverman, DSL Advances, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, [9] Y. Li, G. L. Stüber, Orthogonal Frequency Division Multiplexing for Wireless Communications. Springer, [10] Y.-P. Lin, S. M. Phoong, P. P. Vaidyanathan, Filter bank transceivers for OFDM y DMT Systems, Cambridge UK, [11] J. Tellado, Multicarrier modulation with low PAR. Applications to DSL and Wireless. Springer, [12] J. G. Andrews, A. Ghosh, R. Muhamed: Fundamentals of WiMAX, Prentice-Hall [13] Revistas de investigación. Algunas de las de mayor interés son las siguientes: Publicadas por la European Association for Speech, Signal, and Image Processing: o EURASIP Journal on Advances Signal Processing. o Signal Processing. Publicadas por el Institute of Electrical and Electronics Engineers: o IEEE Transactions on Circuits and Systems -I: Regular Papers. o IEEE Communications Magazine. o IEEE Communications Letters. o IEEE Journal on Selected Areas in Communications. o IEEE Transactions on Communications. o IEEE Transactions on Wireless Communications. 7

8 o IEEE Transactions on Vehicular Technology. o IEEE Wireless Communications. o IEEE Transactions on Information Theory. o IEEE Signal Processing Letters. o IEEE Transactions on Signal Processing. 8