2012

Estudio de los procesos de pérdidas de paquetes de difusión en redes vehiculares IEEE 802.11p/WAVE

2012

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Profesor: Dr. Víctor Manuel Ramos Ramos

Resumen: Las comunicaciones de redes vehiculares ad hoc (VANETs) se han desarrollado hasta ahora de manera vertiginosa. Dicho tipo de comunicaciones se basa en transmisiones de bajo alcance entre vehículos en movimiento (V2V), así como también entre vehículos y la infraestructura instalada en la carretera (V2I). Para su funcionamiento, se ha aprobado el estándar 802.11p para que opere conjuntamente con el estándar IEEE 1609.4 WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments), de manera que se logre un funcionamiento aceptable en las redes vehiculares. La mayoría de las aplicaciones en VANETs requieren que los vehículos indiquen su posición transmitiendo sobre el canal de control. Esto incluye propagar información sobre, por ejemplo, embotellamientos de tráfico hacia vehículos que estén ubicados en un área particular. De esta manera, una gran número de casos de comunicación en redes vehiculares requieren de mensajes de difusión. La difusión de un salto de mensajes cortos de estatus, llamados the beacons, permite informar a los conductores de las condiciones del camino de los vehículos cercanos a ellos. Si existen fallas en la recepción de los beacons, esto afectaría notablemente a las aplicaciones en redes VANET. Algunos trabajos han estudiado analíticamente la difusión en VANETs, pero sólo un trabajo hasta nuestro cono cimiento ha modelado la difusión en conjunto con la dinámica de WAVE. Este modelo conjunto es muy importante, porque se espera que las redes vehiculares funcionen en el futuro próximo con los estándares IEEE 802.11p y WAVE. Campolo et al. han propuesto un modelo analítico que caracteriza las pérdidas en IEEE 802.11p/WAVE. Sin embargo, el modelo que proponen ha encontrado sólo respuestas preliminares al comportamiento de las pérdidas de paquetes de difusión en este entorno. Para tal fin, en este trabajo de tesis de maestría se estudiará por medio de simulación el proceso de pérdidas de difusión IEEE 802.11p/WAVE. Propondremos un conjunto de escenarios realistas para encontrar en qué casos es válido el mo delo propuesto por Campolo y en qué casos se requieren de condiciones más finas en el modelo. Las aplicaciones sobre VANETs son numerosas, lo cual resulta en la mayor motivación de este trabajo de investigación. Ejemplos de ellas son: conducción cooperativa de vehículos, control de cruceros, descarga de mapas en tiempo real de zonas recorridas, navegar en la web, streaming de multimedia, entre otras.

Objetivo general

• Realizar un profundo estudio y análisis de los proto colos MAC redes vehiculares

Objetivos específicos

• Ofrecer un amplio conjunto de escenarios realistas de redes vehiculares y validar el modelo analítico de Campolo et al., con base en ellos.
• Encontrar por medio de simulación los límites de uso del canal de difusión (en términos del ancho de banda) en función de la carga de tráfico en la red.

Programación de un módem OFDM para comunicación inalámbrica en una plataforma Software-Defined Radio

2012

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Profesores: Dr. Gerardo Abel Laguna Sánchez y Dr. Enrique Rodríguez de la Colina

Resumen: En las comunicaciones inalámbricas modernas, se emplean esquemas digitales y, para minimizar los efectos de la atenuación, el ruido y, al mismo tiempo, maximizar el aprovechamiento del canal, se emplean avanzadas técnicas de procesamiento de señales y comunicaciones digitales, tales como la el multiplexado por repartición en frecuencias ortogonales (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM), que ha sido adoptada como técnica de señalización básica para tecnologías como Wi-MAX. El esquema OFDM es de amplia aplicación en las comunicaciones digitales modernas, tanto en esquemas alambrados (por ejemplo, en sistemas ADLS) como en esquemas inalámbricos (por ejemplo, en sistemas de telefonía celular), ya que ofrece ventajas como:

• Adaptabilidad de la velocidad de transmisión en función de la SNR.
• Eficiencia espectral.
• Robustez ante interferencia entre símbolos (ISI).
• Inherente inmunidad al ruido impulsivo.

Así, el trabajo presentado aquí permite un acercamiento práctico, por medio de la plataforma SDR, al diseño de sistemas de comunicaciones digital para canales selectivos en frecuencia y variantes en el tiempo, lo cual es de gran utilidad en aplicaciones reales, pues es el caso de los canales inalámbricos, especialmente en las comunicaciones con dispositivos móviles, cuyo comportamiento es precisamente selectivo en frecuencia debido al efecto de las múltiples trayectorias. En esencia, un esquema OFDM es una forma de modulación multi-portadora que divide eficientemente un flujo entrante de datos seriales (de alta velocidad) en un gran número de flujos paralelos (a menor velocidad) de datos y los asigna a un conjunto de subportadoras (subcanales) ortogonales. Una de las ventajas más prometedora de esta técnica incluyen la posibilidad de tener esquemas de modulación adaptivos donde, por ejemplo, se ajusta la velocidad de datos en función de la relación señal a ruido (SNR). Básicamente, para la determinación del esquema de modulación y la asignación de bits en cada subcanal OFDM, se puede estiman la SNR de cada subcanal de tal manera que un subcanal con mejor SNR conducirá más bits que uno con mala SNR. Así, cada subcanal lleva tantos bits en cada símbolo OFDM como lo requiere el nivel de atenuación y el ruido observado en la frecuencia de su subcanal.

Objetivo general

• Diseñar y programar en una plataforma ‘Software Defined Radio’ (SDR) los algoritmos de la capa física de un MODEM OFDM para un enlace inalámbrico.

Objetivos específicos

• Diseñar y programar en un SDR los módulos de modulación y demodulación OFDM.
• Diseñar y programar en un SDR el modulo de sincronización.
• Diseñar y programar en un SDR los módulos de estimación de canal y estimación de ruido.
• Diseñar y programar en un SDR el modulo de igualamiento (Equalizer).
• Evaluar el desempeño de los algoritmos seleccionados en el SDR.

Diseño y puesta en práctica del nivel físico de un módem OFDM con codificación de canal para comunicación por la red eléctrica doméstica

2012

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Profesores: Dr. Gerardo Abel Laguna Sánchez y Dr. Alfonso Prieto Guerrero

Resumen: La línea eléctrica es una red prácticamente omnipresente, con enchufes disponibles virtualmente en cualquier lugar donde es posible la existencia de una terminal de comunicación (ya sea computadora o cualquier dispositivo alimentado por la línea de 127 V c.a.). Esa es la razón por la cual la tecnología de comunicaciones PLC (Power-Line Communication) es un área de investigación muy atractiva. En esencia, la tecnología BPL representa para los ingenieros de comunicaciones el formidable reto de transmitir datos a través de un medio que fue originalmente diseñado para la distribución de energía eléctrica y no para la transmisión de datos. Los investigadores e ingenieros deben considerar algunas características de este medio que lo hacen en cierta forma uno de los peores canales de comunicación. Para minimizar los efectos de la atenuación, el ruido y, al mismo tiempo, maximizar el aprovechamiento del canal, se emplean avanzadas técnicas de procesamiento de señales y comunicaciones digitales, tales como la técnica de asignación de bits (conocida como esquema Multi-Tono Discreto o DMT, por sus siglas en inglés) y el multiplexado por repartición en frecuencias ortogonales (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM), que ha sido adoptada como técnica de señalización básica para la tecnología BPL doméstica.

El esquema OFDM-DMT es una forma de modulación multi-portadora que divide eficientemente un flujo entrante de datos seriales (de alta velocidad) en un gran número de flujos paralelos (a menor velocidad) de datos y los asigna a un conjunto de subportadoras (subcanales) ortogonales. Las ventajas de esta técnica incluyen la adaptación de la velocidad de datos en función de la relación señal a ruido (Signal to Noise Ratio, SNR), eficiencia espectral, resistencia a la interferencia ínter símbolo (ISI, por sus siglas en inglés), inmunidad al ruido impulsivo y minimización de la interferencia de radio frecuencia (RFI, por sus siglas en inglés). Por otra parte, el módulo de codificación de los datos para detectar y corregir los errores introducidos por el medio (codificación del canal) es fundamental en un esquema de comunicación digital. En particular, son especialmente atractivos los esquemas que no requieren de la retransmisión de los datos cuando se detectan errores y que se conocen como esquemas de corrección de errores unidireccionales (Forward Error Correction o FEC). Algunos de estos esquemas han permitido maximizar el uso del canal hasta prácticamente el límite teórico definido por Shannon. Ejemplos de estos algoritmos, dentro de lo último en el estado del arte, son los conocidos como códigos Reed-Solomon, turbo códigos y los códigos de comprobación de paridad de baja densidad (Low Density Parity Check o LDPC).

Objetivo general

• Diseñar, programar e integrar, en un prototipo con base en un DSP, los algoritmos de la capa física de un MODEM OFDM más codificación de canal para un enlace PLC.

Objetivos específicos

• Diseñar una etapa de Front-end para el acoplamiento PLC en una red de 127 V c.a.
• Integrar los modulo de sincronización, estimación de canal, estimación de ruido, igualamiento (Equalizer) y codificación de canal FEC desarrollados en proyectos anteriores del PCyTI.
• Diseñar y construir un prototipo para el MODEM PLC con base en una tarjeta de desarrollo para un DSP (Starting Development Kit o SDK).
• Evaluar el desempeño de un enlace de comunicación PLC real punto a punto