Diseño de estrategias de sincronización y estimación de canal para la mejora de comunicaciones multiportadora en redes inteligentes de energía
- COLOMBO, MARTÍN ALEJANDRO
- Jesús Ureña Ureña Director
- Álvaro Hernández Alonso Codirector
- Miguel Ángel Mayosky Codirector/a
Universidad de defensa: Universidad de Alcalá
Fecha de defensa: 10 de septiembre de 2021
- Juan E. Cousseau Presidente/a
- Fernando Cruz Roldán Secretario
- Cecilia Galarza Vocal
Tipo: Tesis
Resumen
En las últimas décadas se ha despertado un creciente interés en los sistemas de comunicaciones por la red eléctrica (Power-Line Communications - PLC) debido a su importante rol en el desarrollo de las redes eléctricas inteligentes. Los canales PLC presentan una marcada selectividad de frecuencia debido al efecto multicamino y diversas fuentes de ruido, lo que conforma un escenario desafiante para el desarrollo de sistemas de comunicaciones confiables. La multiplexación por división de frecuencias ortogonales (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM) se ha propuesto como una solución eficiente para los sistemas PLC debido a su robustez frente a los canales de desvanecimiento selectivo en frecuencia. Sin embargo, los sistemas OFDM requieren de una sincronización adecuada, en conjunto con la estimación y ecualización del canal PLC para un desempeño apropiado. La presente tesis contribuye en el desarrollo de estrategias eficientes de sincronización y estimación de canal para sistemas OFDM-PLC, que representen una disminución en la complejidad asociada respecto a variantes existentes en la literatura, y a su vez mantengan un desempeño competitivo. En primer lugar, se realiza el diseño de un símbolo piloto novedoso construido a partir de pares de secuencias complementarias, bajo el criterio de presentar adecuadas propiedades de correlación, un procesamiento de reducida complejidad, y la flexibilidad necesaria para poder aplicar técnicas de sincronización gruesa basadas en autocorrelación (AC) y correlación cruzada (CC), y efectuar una sincronización fina y estimación de canal a partir de esta última. Con respecto a la sincronización gruesa, se realiza una comparación exhaustiva entre las técnicas basadas en AC y CC en las condiciones particulares del canal PLC. Luego, se desarrolla un algoritmo de sincronización fina a partir de la CC eficiente del símbolo piloto propuesto, en el que los cómputos realizados pueden reutilizarse posteriormente para obtener una estimación de la respuesta al impulso del canal, reduciendo la complejidad del conjunto respecto a un enfoque individual de cada etapa. Se realiza un análisis estadístico de las métricas planteadas en la etapa de sincronización gruesa así como aquellas planteadas en la etapa de sincronización fina, y se derivan umbrales de detección apropiados para los algoritmos de sincronización en cada caso. Finalmente, se evalúa la propuesta de sincronización y estimación de canal conjunta en un escenario de transmisión en el que se limita el número de subportadoras activas a partir de una máscara espectral de compatibilidad electromagnética. Se evalúa la degradación de las propiedades del símbolo piloto propuesto, y a partir de ello se redefinen los umbrales de detección utilizados en las etapas de sincronización gruesa y fina. Se plantea la modificación de la correlación cruzada en el receptor para completar las subportadoras inactivas de manera tal de contrarrestar el efecto nocivo de la máscara espectral en la estrategia de estimación de canal. A lo largo del trabajo se lleva a cabo un análisis de la complejidad asociada al cómputo de los algoritmos propuestos en los distintos escenarios planteados, y se verifica que la propuesta representa una opción de reducida complejidad gracias al diseño del símbolo piloto propuesto y su arquitectura de correlación eficiente.