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This proceeding at: The 22nd European Signal Processing Conference (EUSIPCO), took place 2014, September, 01-05 in Lisbon (Portugal). An interference aware precoding scheme based on limited channel state information at the transmitter (CSIT) is consid-ered for its use in the downlink of a cellular system. The transmitter precoder used is based on an MMSE-ZF criterion in order to maximize the user rate while the interference to other users is reduced. The proposed scheme also exploits the network topology, so that each BS can categorize the users into two groups, according to the level of interference that the BS is introducing in those users. On the receiver end, each user makes use of the whole channel state information at the receiver (CSIR) by employing an MMSE filter. This approach enables a reduction in the complexity of the system, while improving the performance of the whole network. This work has been partially funded by research projects COMONSENS (CSD2008-00010), and GRE3N (TEC2011-29006-C03-03. Publicado

The presentation at: International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI National Radio Science Meeting,took place, 2013, July 7, in Orlando, EEUU. The event Web site http://www.2013apsursi.org/Papers/PublicSessionIndex3.asp?Sessionid=1217

El objetivo de la Tesis es estudiar el impacto de esquemas de codificación con Turbo códigos en un sistema de tercera generación, donde están propuestos para soportar altos requisitos de calidad. Se ha analizado su impacto en primer lugar desde un punto de vista funcional, es decir si la ganancia de codificación que aportan es suficiente para los requisitos que contempla el sistema. En segundo lugar, desde un punto de vista crítico, estudiando los efectos del canal sobre la ganancia de codificación esperada. Para ello se ha propuesto e implementado un modelo de la interfaz radio UMTS con canales con desvanecimiento. En los casos de desvanecimiento la potencia de señal recibida puede llegar a estar por debajo del nivel de rudio en el sistema, lo que provocaría pérdidas de datos, o lo que es lo mismo, errores en ráfaga. Este tipo de errores es especialmente dañino en muchos esquemas de codificación, como es el caso de la codificación convolucional, dado que se asume que la llegada de errores a la entrada del decodificador es aleatoria. El esquema de Turbo codificación es una concatenación de dos convolucionales, por lo que se podría anticipar que el efecto de este tipo de errores va a ser igualmente problemático. Adicionalmente, se investiga la viabilidad de la implementación del algoritmo de decodificación para dar servicios en tiempo real. Para ello, se analiza el retardo asociado al proceso de decodificación, condicionado de forma inevitable por la profundidad de entrelazado. Se propone una modificación del algoritmo en la que se aplica un enventanado del algoritmo original y se estudian sus prestaciones. Por otro lado se estudian también los efectos de la cuantificación en el algoritmo de decodificación, obteniendo el mínimo número de bits que no degrade las prestaciones y que minimice los requisitos de memoria.

With the rapidly growing market for smartphones and user’s confidence for immediate access to high-quality multimedia content, the delivery of video over wireless networks has become a big challenge. It makes it challenging to accommodate end-users with flawless quality of service. The growth of the smartphone market goes hand in hand with the development of the Internet, in which current transport protocols are being re-evaluated to deal with traffic growth. QUIC and WebRTC are new and evolving standards. The latter is a unique and evolving standard explicitly developed to meet this demand and enable a high-quality experience for mobile users of real-time communication services. QUIC has been designed to reduce Web latency, integrate security features, and allow a highquality experience for mobile users. Thus, the need to evaluate the performance of these rising protocols in a non-systematic environment is essential to understand the behavior of the network and provide the end user with a better multimedia delivery service. Since most of the work in the research community is conducted in a controlled environment, we leverage the MONROE platform to investigate the performance of QUIC and WebRTC in real cellular networks using static and mobile nodes. During this Thesis, we conduct measurements ofWebRTC and QUIC while making their data-sets public to the interested experimenter. Building such data-sets is very welcomed with the research community, opening doors to applying data science to network data-sets. The development part of the experiments involves building Docker containers that act as QUIC and WebRTC clients. These containers are publicly available to be used candidly or within the MONROE platform. These key contributions span from Chapter 4 to Chapter 5 presented in Part II of the Thesis. We exploit data collection from MONROE to apply data science over network data-sets, which will help identify networking problems shifting the Thesis focus from performance evaluation to a data science problem. Indeed, the second part of the Thesis focuses on interpretable data science. Identifying network problems leveraging Machine Learning (ML) has gained much visibility in the past few years, resulting in dramatically improved cellular network services. However, critical tasks like troubleshooting cellular networks are still performed manually by experts who monitor the network around the clock. In this context, this Thesis contributes by proposing the use of simple interpretable ML algorithms, moving away from the current trend of high-accuracy ML algorithms (e.g., deep learning) that do not allow interpretation (and hence understanding) of their outcome. We prefer having lower accuracy since we consider it interesting (anomalous) the scenarios misclassified by the ML algorithms, and we do not want to miss them by overfitting. To this aim, we present CIAN (from Causality Inference of Anomalies in Networks), a practical and interpretable ML methodology, which we implement in the form of a software tool named TTrees (from Troubleshooting Trees) and compare it to a supervised counterpart, named STress (from Supervised Trees). Both methodologies require small volumes of data and are quick at training. Our experiments using real data from operational commercial mobile networks e.g., sampled with MONROE probes, show that STrees and CIAN can automatically identify and accurately classify network anomalies—e.g., cases for which a low network performance is not justified by operational conditions—training with just a few hundreds of data samples, hence enabling precise troubleshooting actions. Most importantly, our experiments show that a fully automated unsupervised approach is viable and efficient. In Part III of the Thesis which includes Chapter 6 and 7. In conclusion, in this Thesis, we go through a data-driven networking roller coaster, from performance evaluating upcoming network protocols in real mobile networks to building methodologies that help identify and classify the root cause of networking problems, emphasizing the fact that these methodologies are easy to implement and can be deployed in production environments. This work has been supported by IMDEA Networks Institute Programa de Doctorado en Multimedia y Comunicaciones por la Universidad Carlos III de Madrid y la Universidad Rey Juan Carlos Presidente: Matteo Sereno.- Secretario: Antonio de la Oliva Delgado.- Vocal: Raquel Barco Moreno

This thesis explores the recovery of sparse signals, arising in the wireless communication and radar system fields, via atomic norm decomposition. Particularly, we focus on compressed sensing gridless methodologies, which avoid the always existing error due to the discretization of a continuous space in on-grid methods. We define the sparse signal by means of a linear combination of so called atoms defined in a continuous parametrical atom set with infinite cardinality. Those atoms are fully characterized by a multi-dimensional parameter containing very relevant information about the application scenario itself. Also, the number of composite atoms is much lower than the dimension of the problem, which yields sparsity. We address a gridless optimization solution enforcing sparsity via atomic norm minimization to extract the parameters that characterize the atom from an observed measurement of the model, which enables model recovery. We also study a machine learning approach to estimate the number of composite atoms that construct the model, given that in certain scenarios this number is unknown. The applications studied in the thesis lay on the field of wireless communications, particularly on MIMO mmWave channels, which due to their natural properties can be modeled as sparse. We apply the proposed methods to positioning in automotive pulse radar working in the mmWave range, where we extract relevant information such as angle of arrival (AoA), distance and velocity from the received echoes of objects or targets. Next we study the design of a hybrid precoder for mmWave channels which allows the reduction of hardware cost in the system by minimizing as much as possible the number of required RF chains. Last, we explore full channel estimation by finding the angular parameters that model the channel. For all the applications we provide a numerical analysis where we compare our proposed method with state-of-the-art techniques, showing that our proposal outperforms the alternative methods. Programa de Doctorado en Multimedia y Comunicaciones por la Universidad Carlos III de Madrid y la Universidad Rey Juan Carlos Presidente: Juan José Murillo Fuentes.- Secretario: Pablo Martínez Olmos.- Vocal: David Luengo García

Mención Internacional en el título de doctor This Thesis explores low-complexity inference probabilistic algorithms in high-dimensional Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems and high order M-Quadrature Amplitude Modulation (QAM) constellations. Several modern communications systems are using more and more antennas to maximize spectral efficiency, in a new phenomena call Massive MIMO. However, as the number of antennas and/or the order of the constellation grow several technical issues have to be tackled, one of them is that the symbol detection complexity grows fast exponentially with the system dimension. Nowadays the design of massive MIMO low-complexity receivers is one important research line in MIMO because symbol detection can no longer rely on conventional approaches such as Maximum a Posteriori (MAP) due to its exponential computation complexity. This Thesis proposes two main results. On one hand a hard decision low-complexity MIMO detector based on Expectation Propagation (EP) algorithm which allows to iteratively approximate within polynomial cost the posterior distribution of the transmitted symbols. The receiver is named Expectation Propagation Detector (EPD) and its solution evolves from Minimum Mean Square Error (MMSE) solution and keeps per iteration the MMSE complexity which is dominated by a matrix inversion. Hard decision Symbol Error Rate (SER) performance is shown to remarkably improve state-of-the-art solutions of similar complexity. On the other hand, a soft-inference algorithm, more suitable to modern communication systems with channel codification techniques such as Low- Density Parity-Check (LDPC) codes, is also presented. Modern channel decoding techniques need as input Log-Likehood Ratio (LLR) information for each coded bit. In order to obtain that information, firstly a soft bit inference procedure must be performed. In low-dimensional scenarios, this can be done by marginalization over the symbol posterior distribution. However, this is not feasible at high-dimension. While EPD could provide this probabilistic information, it is shown that its probabilistic estimates are in general poor in the low Signal-to-Noise Ratio (SNR) regime. In order to solve this inconvenience a new algorithm based on the Expectation Consistency (EC) algorithm, which generalizes several algorithms such as Belief. Propagation (BP) and EP itself, was proposed. The proposed algorithm called Expectation Consistency Detector (ECD) maps the inference problem as an optimization over a non convex function. This new approach allows to find stationary points and tradeoffs between accuracy and convergence, which leads to robust update rules. At the same complexity cost than EPD, the new proposal achieves a performance closer to channel capacity at moderate SNR. The result reveals that the probabilistic detection accuracy has a relevant impact in the achievable rate of the overall system. Finally, a modified ECD algorithm is presented, with a Turbo receiver structure where the output of the decoder is fed back to ECD, achieving performance gains in all block lengths simulated. The document is structured as follows. In Chapter I an introduction to the MIMO scenario is presented, the advantages and challenges are exposed and the two main scenarios of this Thesis are set forth. Finally, the motivation behind this work, and the contributions are revealed. In Chapters II and III the state of the art and our proposal are presented for Hard Detection, whereas in Chapters IV and V are exposed for Soft Inference Detection. Eventually, a conclusion and future lines can be found in Chapter VI. Esta Tesis aborda algoritmos de baja complejidad para la estimación probabilística en sistemas de Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) de grandes dimensiones con constelaciones M-Quadrature Amplitude Modulation (QAM) de alta dimensionalidad. Son diversos los sistemas de comunicaciones que en la actualidad están utilizando más y más antenas para maximizar la eficiencia espectral, en un nuevo fenómeno denominado Massive MIMO. Sin embargo los incrementos en el número de antenas y/o orden de la constelación presentan ciertos desafíos tecnológicos que deben ser considerados. Uno de ellos es la detección de los símbolos transmitidos en el sistema debido a que la complejidad aumenta más rápido que las dimensiones del sistema. Por tanto el diseño receptores para sistemas Massive MIMO de baja complejidad es una de las importantes líneas de investigación en la actualidad en MIMO, debido principalmente a que los métodos tradicionales no se pueden implementar en sistemas con decenas de antenas, cuando lo deseable serían centenas, debido a que su coste es exponencial. Los principales resultados en esta Tesis pueden clasificarse en dos. En primer lugar un receptor MIMO para decisión dura de baja complejidad basado en el algoritmo Expectation Propagation (EP) que permite de manera iterativa, con un coste computacional polinómico por iteración, aproximar la distribución a posteriori de los símbolos transmitidos. El algoritmo, denominado Expectation Propagation Detector (EPD), es inicializado con la solución del algoritmo Minimum Mean Square Error (MMSE) y mantiene el coste de este para todas las iteraciones, dominado por una inversión de matriz. El rendimiento del decisor en probabilidad de error de símbolo muestra ganancias remarcables con respecto a otros métodos en la literatura con una complejidad similar. En segundo lugar, un algoritmo que provee una estimación blanda, información que es más apropiada para los actuales sistemas de comunicaciones que utilizan codificación de canal, como pueden ser códigos Low-Density Parity-Check (LDPC). La información necesaria para estos decodificadores de canal es Log-Likehood Ratio (LLR) para cada uno de los bits codificados. En escenarios de bajas dimensiones se pueden calcular las marginales de la distribución a posteriori, pero en escenarios de grandes dimensiones no es viable, aunque EPD puede proporcionar este tipo de información a la entrada del decodificador, dicha información no es la mejor al estar el algoritmo pensado para detección dura, sobre todo se observa este fenómeno en el rango de baja Signal-to-Noise Ratio (SNR). Para solucionar este problema se propone un nuevo algoritmo basado en Expectation Consistency (EC) que engloba diversos algoritmos como pueden ser Belief Propagation (BP) y el algoritmo EP propuesto con anterioridad. El nuevo algoritmo llamado Expectation Consistency Detector (ECD), trata el problema como una optimización de una función no convexa. Esta aproximación permite encontrar los puntos estacionarios y la relación entre precisión y convergencia, que permitirán reglas de actualización más robustas y eficaces. Con la misma compleja que el algoritmo propuesto inicialmente, ECD permite rendimientos más próximos a la capacidad del canal en regímenes moderados de SNR. Los resultados muestran que la precisión tiene un gran efecto en la tasa que alcanza el sistema. Finalmente una versión modificada de ECD es propuesta en una arquitectura típica de los Turbo receptores, en la que la salida del decodificador es la entrada del receptor, y que permite ganancias en el rendimiento en todas las longitudes de código simuladas. El presente documento está estructurado de la siguiente manera. En el primer Capítulo I, se realiza una introducción a los sistemas MIMO, presentando sus ventajas, desventajas, problemas abiertos. Los modelos que se utilizaran en la tesis y la motivación con la que se inició esta tesis son expuestos en este primer capítulo. En los Capítulos II y III el estado del arte y nuestra propuesta para detección dura son presentados, mientras que en los Capítulos IV y V se presentan para detección suave. Finalmente las conclusiones que pueden obtenerse de esta Tesis y futuras líneas de investigación son expuestas en el Capítulo VI. Programa Oficial de Doctorado en Multimedia y Comunicaciones Presidente: Juan José Murillo Fuentes.- Secretario: Gonzalo Vázquez Vilar.- Vocal: María Isabel Valera Martínez

This proyect is based on the study of the massive MIMO channel properties, in particular, we have been studying the orthogonality and the capacity of the channel in order to have a better performance when we want to decode the message received. The main reason why we want to study the performance of the orthogonality is because if we are facing an orthogonal channel we get an easier decodification of the receiving signal due to the reduction of the signal processing complexity. In order to achieve that study, we have used the algebraic properties of the orthogonality defect of the channel matrix, this orthogonality defect is based on the properties of the norm of a matrix. As we can check along the proyect, the orthogonality defect is getting better when the number of users is larger. On the other hand, if the number of antennas in the system is bigger the orthogonality defect is worse, this is because the more antennas the system has the more interaction between signals is obtained. The other study performed is the capacity as a result of its evolution with MIMO. The measurement of the capacity system can vary depending on the knowledge of the channel state we have. If we do not know the channel state we can set an stochastic aproximation of it, whereas if we know it, we can get a better performance of the capacity as long as the pilot used for knowing the channel state is not infected. According to the capacity study, we have been measuring it once the received signal is decoded, in other words, when the filter of the receiver has been applied, and without any knowledge about the channel state. As we will follow in this proyect, the capacity is directly proportional to the number of antennas, as well as to the number of users. Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación

Hoy en día, las tecnologías inalámbricas tienen gran importancia en la sociedad. Es por esto por lo que se busca la manera de mejorar los servicios que aportan y de aumentar el número de usuarios permitidos para estas comunicaciones. El principal objetivo del presente documento es conocer cómo mejora la tecnología MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) con el incremento del número de usuarios que pertenecen al sistema. Para ello en primer lugar se realizará un estudio de la evolución de la tecnología MU-MIMO. Primero se analizará cómo se consiguió llegar al origen de MIMO o SU- MIMO (Single-User Multiple-Input Multiple-Output), mediante las tecnologías SISO (Single-Input Single-Output), MISO (Multiple-Input Single-Output) y SIMO (Single- Input Multiple-Output). Posteriormente se realizará un estudio de cómo se comporta un sistema SU-MIMO y en qué se diferencia de MU-MIMO. También se tratará como MU-MIMO mejora la tecnología MIMO y las categorías en las que se divide y se realizará un estudio matemático del canal MIMO que se va a utilizar en las simulaciones. Por último, se realizarán unas simulaciones. Estas simulaciones se realizarán con un escenario definido por un número variable de usuarios que transmiten a una estación base, que adquiere el papel del receptor. En este escenario, los usuarios tienen 10 antenas colocadas en vertical mientras que la estación base recibe con un array de 100 antenas. En estas simulaciones se analizarán principalmente dos características en el enlace ascendente: la dispersión angular del receptor y la capacidad del canal. El objetivo de las simulaciones es observar como la dispersión angular adquiere una distribución uniforme según va aumentando el número de usuarios, frente a la distribución Gaussiana que tiene con un número bajo de usuarios. Y por otra parte, observar como este hecho permite que la capacidad del sistema mejore. Nowadays, wireless communication has a great importance in the society, for this reason it’s necessary to look for a new technology that improves the service as well as the maximum number of users allowed in this type of communication. The main objective of this project is to get to know the behaviour of MU-MIMO technology (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output) when the number of users in the system is increasing. Firstly, there will be shown a study according to the evolution of MU-MIMO, presenting the necessities that boosted the technology MIMO and furthermore the sub-technologies of MIMO: SU-MIMO (Single-User Multiple-Input Multiple-Output), SISO (Single-Input Single-Output), MISO (Multiple-Input Single-Output) and SIMO (Single-Input Multiple-Output). Secondly, a study related to how SU-MIMO works will be presented. Moreover there will be displayed the differences between SU-MIMO and MU-MIMO and how MU-MIMO improves the efficiency of the system. In addition, a mathematical demonstration of MIMO channel will be studied as well as MIMO subcategories. Finally, it will be shown different simulations. These simulations are based on an uplink communication in which the number of users transmitting is variable. The total number of vertical antennas per user is 10 meanwhile the base station has 100 antennas receiving. The aim of these simulations is to get familiar to the performance of MU-MIMO according to two main variables: the angular dispersion of the receiver and capacity channel. The main objective of these simulations is to observe how the angular dispersion of the receiver changes from a Gaussian distribution to a uniform distribution when the number of users increases. Also, it is shown how the capacity changes according to the number of users in the system. Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicaciones

El sensado, medición y localización de descargas parciales en el medio electromagnéico son herramientas con las que buscamos adelantarnos a fallos críticos en sistemas eléctricos y electrónicos, dado que estas descargas parciales son el identificativo inequívoco de un deterioro o mal funcionamiento de los materiales o equipos involucrados en la generación, transporte o transformación de la energía eléctrica (mayoritariamente a altas tensiones). De igual modo, al intentar prevenir y subsanar dichos fallos se contribuye indirectamente a una optimización del uso y de los recursos que nos brinda el medio radioeléctrico (que, como ya sabemos, es un bien muy limitado) ya que las descargas parciales se caracterizan por producir pequeñas interferencias radioeléctricas, por lo que dicho rango podría verse contaminado con su presencia. El proyecto que aquí se detalla tiene como objetivo abordar esta situación, con su estudio y simulación mediante software, de manera que se puedan diferenciar e identificar los impulsos debidos a las descargas parciales (DP) en el medio electromagnético y, de este modo, delimitar los instantes temporales en los que éstos son recibidos por cada una de un sistemas de antenas, pudiendo así mediante un proceso de cálculos iterativos (que será explicado con detenimiento) brindar su ubicación espacial aproximada en las tres dimensiones. This essay is just a brief review of a real development project whose purpose is implementing an easy system for sensing, detecting and locating partial discharges in the radio-electric environment. Encouraged to offer a faithful re ection of the real research, the document provides a generalized view of the problematic and resolution of a set of tasks followed in order to provide the reader a detailed idea on what partial discharges are, how they are currently treated, and how they could be easily tackled. Firstly, a theoretical view of partial discharges will be offered, in order to give an approach of the meaning of this concept, and also the causes and consequences that comes with. Dipping into the historical evolution of this phenomenon will bring an idea on how has it been solved in the past few years, and which its the impact in society. Ingeniería de Sistemas de Comunicaciones

The emergence of cloud and mobile computing has significantly transformed the way users consume and interact with digital resources. Some of these new products, such as social networking or video on demand, made engineers and developers alike aim their efforts to improve downlink capacities, which is being achieved in both desktop and mobile environments. Online gaming and augmented reality also need greater uplink capacities as well. One of the approaches carried in mobile devices is the use of MIMO (Multiple Input-Multiple Output) technology, which requires the deployment of multiple antennas on the transmitting and receiving sides. Since power consumption and form factor are critical aspects as well, this antenna system can be implanted in a hub by means of textile technology in a jacket. The focus of this thesis is to explore the spectral efficiency of massive MIMO systems through mathematically simulated scenarios, bounded by the size of the aforementioned jacket. Two approaches are analysed: one covering the antennas implemented in the back side of the jacket, creating a two-dimensional antenna and a new proposal covering both front and back sides, creating a three-dimensional antenna. La aparición de la computación en la nube y la computación móvil ha transformado significativamente la manera en que los usuarios consumen e interactúan con los recursos digitales. Algunos de estos nuevos productos, como las redes sociales o el consumo de vídeo bajo demanda, han hecho que tanto ingenieros como desarrolladores enfoquen sus esfuerzos en mejorar la capacidad del enlace descendente, lo cual se está logrando en entornos de escritorio y entornos móviles. Los videojuegos online y la realidad aumentada también necesitan mayores capacidades en el enlace ascendente. Una de las soluciones que se han llevado a cabo en dispositivos móviles es el uso de tecnología MIMO (Multiple Input-Multiple Output), la cual require el despliegue de múltiples antenas en el transmisor y el receptor. Dado que el consumo de energía y el factor de forma son aspectos críticos, este sistema de antenas se puede implantar en un hub mediante tecnología textil en una chaqueta. Este trabajo se centra en explorar la aficiencia espectral en sistemas de MIMO masivo a través de escenarios simulados matemáticamente, acotados por el tama~no de la chaqueta mencionada. Se analizan dos soluciones: uno en el que las antenas se despliegan en la parte trasera de la chaqueta, creando una antena bidimensional y una nueva solución en la que se cubren la parte trasera y delantera, creando una antena tridimensional. Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación

Este trabajo consiste en el estudio del transmisor en un sistema MIMO masivo en el enlace ascendente. Las tecnologías MIMO, que consisten en múltiples antenas en el transmisor y múltiples antenas en el receptor, están siendo actualmente la manera más eficiente de mejorar la eficiencia espectral y de este modo aumentar la tasa binaria, y se encuentran incluídas en los últimos estándares de comunicaciones móviles. Sin embargo, MIMO también presenta algunas dificultades como la complejidad en el hardware, el cálculo de precodificadores o la estimación de canal en el receptor. El transmisor que se estudiará en este trabajo consiste en una chaqueta con 40 antenas colocadas mediante tecnologías textiles en su espalda. De esta forma, la tasa binaria y eficiencia espectral mejoran considerablemente. El objetivo es dar movimiento al usuario que lleva la chaqueta con distintas velocidades para comprobar cómo las prestaciones se degradan y así poder dar una estructura de trama como conclusión final del trabajo. Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación

Aunque el despliegue de sistemas de comunicaciones 4G se está iniciando hoy en día, ya se están poniendo todas las miras en el desarrollo de la tecnología 5G y de sus servicios. La evolución hacia 5G se plantea como un modo de superar los retos ya existentes en las actuales redes celulares: tasas de datos más elevadas, mejor funcionamiento extremo a extremo, menor latencia en hotspots y áreas muy pobladas, o menor consumo de energía. Para abordar estos retos, será necesario mejorar las soluciones de acceso radio ya existentes y complementarlas con otras nuevas. De esta forma, se espera que los sistemas 5G adopten una arquitectura multinivel heterogénea que permita servir a usuarios con distintos requerimientos de calidad de servicio (QoS) de un modo eficiente tanto desde el punto de vista energético como a nivel de espectro. En concreto, la gestión de recursos radio y de las interferencias será uno de los puntos clave en 5G ya que los métodos empleados hasta ahora, tales como la asignación de canal, el control de potencia o la compensación de carga, no serán eficientes en estos nuevos entornos (…). Una de las posibles tecnologías que permite mejorar la eficiencia espectral de los sistemas inalámbricos es la tecnología MIMO, la cual ya ha sido incorporada a los actuales estándares emergentes como es el caso de LTE (Long Term Evolution). A través de ella, es posible un incremento en la capacidad proporcional al número de elementos radiantes. Básicamente, cuantas más antenas disponga el transmisor y/o receptor y más grados de libertad proporcione el canal, mejor funcionamiento en términos de tasa de datos o fiabilidad se alcanzará., Programa Oficial de Doctorado en Multimedia y Comunicaciones, Presidente: Juan José Murillo Fuentes.- Secretario: María Julia Fernández-Getino García.- Vocal: Antonio J. Caamano Fernández

Nowadays, wireless networks have been taking over from wired ones, becoming the greatest form of communication used today. Whenever the speed demanded by users to communicate is greater, wireless systems need to move very quickly to offer these features to people. Various forms of communication have been established with wireless networks, being MIMO, the system we will focus during the project, one of the newest. A MIMO system puts multiple antennas in both the transmitter side and the receiver, taking advantage of space resources, and allowing the system speed to be increased because the larger number of transmitting and receiving elements signals. More specifically, in this work we will study the massive MIMO systems. The difference between normal MIMO and massive one is that the number of antennas being used is going to be bigger in massive one. While in normal MIMO is about 10 antennas, in massive MIMO it could be even 100. In order to analyse the characteristics of massive MIMO system and check if its use in real life is feasible, the idea for this project was born. This study presented below is based on determining the channel capacity of a massive MIMO system by placing 3 different filters in the transmitter side. Since the study will examine both the uplink channel (which runs from the user terminal to the base station) and downlink (just the opposite), the transmitter side will change from one side to the other, being in the first case the user terminal and the BTS in the second one. However, the study will be always done in the user terminal side. Throughout the project, we will explain how this affects to the results. The feature that will be studied in the project is the channel capacity. The formulas and the characteristics of the matrix which defines it will be detailed later. En los últimos tiempos, las redes inalámbricas han ido tomando el relevo a las redes cableadas, hasta convertirse en la mayor forma de comunicación usada hoy en día. Cada vez es mayor la velocidad que demandan los usuarios para poder comunicarse, y los sistemas inalámbricos tienen que avanzar de manera muy rápida para poder ofrecer esas características a las personas. Diversas formas de comunicación han sido establecidas por medio de redes inalámbricas, siendo MIMO, el sistema en el que nos centraremos durante el proyecto, una de las más novedosas. Un sistema MIMO consiste en la colocación de varias antenas tanto en el lado del transmisor como en el receptor, aprovechando de esta manera mejor los recursos espaciales, y permitiendo que la velocidad del sistema sea mayor al tener un mayor número de elementos transmitiendo y recibiendo las señales. Más concretamente, en este trabajo vamos a estudiar los sistemas MIMO masivos. La diferencia con un sistema MIMO corriente es que el número de antenas que vamos a colocar es bastante grande. Mientras que un sistema MIMO normal gira en torno a la colocación de unas 10 antenas, en MIMO masivo podemos llegar a tener hasta 100 antenas. Con el fin de analizar las características del sistema MIMO masivo y comprobar que su uso en la vida real es factible, nace la idea de realizar este proyecto. Este estudio que presentamos a continuación se basa en determinar la capacidad del canal de un sistema MIMO masivo mediante la colocación de 3 diferentes filtros en el lado del transmisor. Puesto que el estudio va a estudiar tanto el enlace ascendente del canal (el que va desde el terminal de usuario hasta la estación base) como el descendente (justo al revés), el transmisor cambiará de un escenario a otro, siendo en el primer caso el terminal y en el segundo la BTS. Sin embargo, el estudio siempre va a realizarse desde el lado del canal en el que se encuentra el terminal. A lo largo del proyecto iremos explicando cómo afecta esto a los resultados. La característica que se va a estudiar en el proyecto es la capacidad del canal. Las fórmulas se detallarán más adelante así como las características de la matriz que lo define. Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación

In this thesis we will study the generalized likelihood ratio test as a solution to the spectrum sensing in multiple-input multiple-output environments. The performance will be analyzed by means of Monte Carlo simulations. El objetivo de este Proyecto Fin de carrera ha sido estudiar una posible solución a la radio cognitiva. Para ello y con ayuda de Matlab, se ha simulado el comportamiento de varios tipos de detectores diseñados bajo diferentes suposiciones y comparando sus resultados. Finalmente el detector GLRT es estudiado con más profundidad dado a sus buenas prestaciones. Por ello, en el capítulo final se representarán las curvas ROC de detectores GLRT derivados bajo diferentes condiciones y aplicados bajo diferentes escenarios para comparar los resultados obtenidos con cada uno de ellos. Ingeniería de Telecomunicación

Este estudio tiene como objetivo el análisis del impacto de elementos radiantes parásitos en el transmisor y receptor de un sistema de comunicaciones MIMO (multiple-input multiple-output). El ahorro económico que conlleva el uso de estos elementos, los cuales no disponen de cadena de radiofrecuencia tras ellos, hace de su rendimiento un estudio realmente interesante considerando el número de antenas que, cada vez más, sistemas como MIMO masivo utilizan. Cuanti caremos su in uencia en términos de capacidad de canal y veremos cuál es su comportamiento al variar otros parámetros que condicionan nuestro sistema. Expondremos los beneficios de implementar sistemas MIMO en los canales de comunicaciones así como el impacto teórico de la inclusión de elementos pasivos. Se detallarán los modelos utilizados para el cálculo de la matriz de canal y analizaremos los resultados obtenidos. Ingeniería de Telecomunicación

El objetivo del Proyecto Fin de Carrera es la eliminación, o reducción a valores despreciables, de forma eficiente de la interferencia intercelular que supone uno de los principales problemas con los que nos encontramos hoy en día en los diseños de entornos celulares para los nuevos estándares de comunicaciones móviles LTE y LTE Advanced. La implementación propuesta, permite reducir la tasa de error en recepción y alcanzar tasas de bit mucho mayores en la transmisión de datos, todo ello sin el aumento de potencia en la parte transmisora. En oposición de otras soluciones previas empleadas en la literatura, dónde la interferencia se trata de combatir mediante técnicas de división por frecuencia (FDM) o división por código (CDM), en este caso la interferencia se combate mediante precodificación. Para el desarrollo del proyecto, se utiliza un precodificador para la cancelación de interferencia, resultado de la combinación de los esquemas MMSE y ZF y con restricciones realistas de potencia, para el caso del enlace descendente dentro de un sistema de comunicaciones inalámbrico celular, siguiendo los principios de la tecnología MIMO. La introducción de múltiples antenas tanto en transmisión como en recepción junto con la introducción de un esquema que es "consciente" de la presencia de interferencia y actúa en consecuencia para eliminarla, permite mejorar la tasa de transferencia así como reducir la interferencia entre células adyacentes. A diferencia de otros métodos teóricos, se propone generar una matriz de precodificación diferente para cada usuario dentro de la célula y se evalúa la reducción de la interferencia cuando las estaciones base de cada célula adyacente están transmitiendo datos a sus usuarios de forma simultánea y con potencia restringida. De esta manera simulamos factores que aplican en un escenario más realista, dotando de mayor validez práctica a los resultados. The main goal of the Bachelor Thesis is the avoidance, or reduction to negligible values, of the co-channel interference in an efficient way. This is still one of the most prominent issues in the design of cellular systems for the new mobile communication standards LTE and LTE Advanced. The proposed implementation allows the reduction of the error rate at the reception side and the achievement of higher transmission rates in data transmissions, without increasing the power in the transmitter side. Unlike other previous solutions used in the literature, where the interference is addressed by using techniques based on frequency division (FDM) or code division (CDM), in this case the interference is addressed by using precodification. The interference aware precoder with realistic power constraints is the core of the implementation proposed in this project. This precoder is the result of a combination between MMSE and ZF precoding schemes which includes realistic power constraints, and is applied here to the downlink of a cellular wireless communication system. We propose a hybrid approach that combines the above-mentioned precoder with the basic intrinsic potential of MIMO technology (i.e. the introduction of multiple antennas in both transmission and reception sides), which reaches a significant improvement in the throughput and also reduces the interference among neighboring cells. A different precoding matrix will be generated for each user within the cell and the interference reduction will be evaluated when the base stations of each adjacent cell are sending data to the users simultaneously, with power constraints. This way we approach the scenario in a more realistic way, and hence achieve more meaningful results in a real-life scenario. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

La necesidad de aumentar el conjunto de frecuencias posibles a utilizar como consecuencia de tener el espectro por debajo de 3 GHz saturado, unido al gran aumento de capacidad que proporcionan los sistemas MIMO, hacen que el estudio de ondas milimétricas en sistemas MIMO sea necesario, para poder tener una mayor utilización del espectro de una manera eficiente. Las ondas milimétricas nos dan el suficiente rango de frecuencias (3-300 GHz) como para poder, en un futuro, utilizar dicho espectro en nuevas tecnologías. Este proyecto pretende estudiar el efecto de utilizar ondas milimétricas en sistemas MIMO, realizando un estudio de prestaciones en dicho sistema, y ver si es viable utilizar ondas milimétricas y en qué casos vendría bien utilizarlas. También veremos cómo se realiza el conformado de haz en el sistema y en qué caso vendría bien utilizarlo. The necessity to increase the range of frequencies to use as result of have swamped the frequencies spectrum under 3 GHz, connected to significant growth of capacity provides by MIMO systems, makes necessary the study of millimeter waves in MIMO systems to have greater efficiency use of the spectrum. Millimeter waves could provide us enough frequencies range (3-300 GHz) to use this spectrum in the future in new technologies. This project study the effect of use millimeter waves in MIMO systems, making a study of facilities in this system and see if is viable to use millimeter waves and when works well. Also we see how makes beamforming in the system and when works well. Ingeniería de Telecomunicación

A lo largo de este Trabajo de Fin de Grado se realizará un estudio comparativo de dos esquemas que se enmarcan dentro de lo que se conoce como precodificación en aquellos sistemas multiusuario que emplean múltiples entradas en recepción y múltiples salidas en transmisión (Multiple Input Multiple Output)) (MIMO). El primero de estos esquemas fue propuesto en [1] y tiene como objetivo cancelar la interferencia mediante una generalización para MIMO del forzado de ceros (Zero Forcing) (ZF) en presencia de múltiples usuarios. El segundo esquema, propuesto en [2], tiene como principal objetivo minimizar la potencia en transmisión. Ambos esquemas se valen de la diagonalización en bloques para lograr su objetivo, pero empleando procedimiento completamente distintos. Estos esquemas parten de dos criterios de diseño muy distintos por lo que no resulta trivial su comparación. Para el desarrollo de este estudio ha sido necesaria la implementación de un banco de pruebas que permitiese realizar simulaciones con suficientes grados de libertad como para poder encontrar puntos en común en estos esquemas de objetivos tan distintos. Los métodos analíticos también han desempeñado su papel en el desarrollo de este trabajo y las principales conclusiones en materia de potencia y capacidad se han obtenido de ésta manera. This Bachelor Thesis shows the result of a comparative study between two precoding schemes in systems employing multiple antennas for transmission and reception (MIMO). The first of these schemes was proposed in [1] and aims to cancel the interference by a generalization of the zero forcing (ZF) for MIMO systems. The second scheme was proposed in [2] and its main objective is to minimize the transmit power. Both schemes use block diagonalization to achieve their goal, but using completely different procedures. This study has required the development of a test that allows simulations with parameters of the two schemes. This test has been designed to have sufficient degrees of freedom to meet the requirements of the comparison. Analytical methods have also played a role in the development of this work. The main conclusions in terms of power and capacity have been obtained by these methods. Ingeniería de Sistemas de Comunicaciones

This report presents an EEG-based brain-computer interface (BCI) in which subjects could select a picture from a set on a computer screen. The application is centred on detecting steady-state visual evoked potentials (SSVEP) in EEG signals recorded on the scalp of the subject. BCI2000 software platform is used in this project as a basis for the whole system. The platform will link its modules and the developed ones needed to achieve the closed-loop BCI system. In this context, a C++ computer application with 16 targets and a MATLAB signal processing module were then implemented using the proposed method. In offline tests for a set of frequencies with differences of amplitude up to 15 dB, detection was achieved. Detection was also achieved in online tests. Ingeniería de Telecomunicación

La tecnología MIMO constituye un antes y un después en los sistemas de comunicaciones inalámbricas. Esta tecnología ofrece multitud de beneficios que nos acercan a cumplir con los desafíos impuestos por las limitaciones en un canal inalámbrico así como por las restricciones de nuestros recursos o el espacio físico ocupado por las antenas, entre otros. Además de explotar tanto la dimensión temporal como la frecuencial en sistemas inalámbricos convencionales con una única antena, las posibilidades que ofrece MIMO son realizables también explotando la dimensión espacial que nos proporciona la colocación de múltiples antenas en el transmisor y receptor. Básicamente, cuanto mayor es el número de antenas en el transmisor o receptor, mayor es el número de grados de libertad que nos puede proporcionar el modelo de propagación y mayores serían las prestaciones en términos de velocidad o fiabilidad del enlace. En conclusión, la demanda de velocidades más altas no deja de crecer en la actualidad. En muchas circunstancias, los sistemas inalámbricos son una efectiva solución, proporcionando altas velocidades a un menor coste que las tecnologías basadas en cables como xDSL. Las limitaciones en ancho de banda y en potencia en los sistemas de comunicaciones actuales hacen que la tecnología MIMO sea indispensable en estos momentos. Ingeniería de Telecomunicación

Hoy en día, el principal objetivo en las telecomunicaciones es el poder estar online en cualquier momento y en cualquier lugar. Por ello, las comunicaciones móviles centran la mayoría de la investigación que se está llevando a cabo. Nuestro principal objetivo en este proyecto es el de intentar implementar una red celular con espectro ensanchado y complementarlo con la tecnología MIMO. Particularmente, se analizará el enlace ascendente en un sistema celular compuesto por cuatro estaciones base y cuatro usuarios con células hexagonales. Los usuarios y las estaciones base dispondrán de una o más antenas por lo que MIMO jugará un papel muy importante en el proyecto. Junto a la tecnología MIMO, aparecerá la interferencia multiusuario por lo que las técnicas de detección multiusuario serán estudiadas y aplicadas a los largo del proyecto. Se analizarán tres modelos. En todos ellos se observará la salida de los filtros adaptados y de los detectores multiusuario, forzador de ceros y MMSE. El primero, el modelo más simple donde los usuarios y las estaciones base dispondrán sólo de una antena para transmitir y recibir. En segundo lugar, un escenario en el que los usuarios dispondrán de dos antenas y las estaciones base de una y, por último, un modelo en el que tanto los usuarios como las estaciones base dispondrán de dos antenas. Nowadays, since the main goal in telecommunications is to be online anywhere and at anytime, mobile communications gather most of the research carried out. Our main objective in this master thesis is to try and implement a cellular network with spread spectrum and complement it with MIMO technology. Particularly, the uplink channel will be analysed in a cellular system consisting on four users and four base stations with hexagonal cells. Users and base stations will count with one or more antennas so MIMO will take an important role in the thesis. Together with MIMO technology, multiuser interference will show up so multiuser detection techniques will be studied and applied along the thesis. Three models will be analysed. In all of them matched filters output will be studied as well as the zero forcing and MMSE multiuser detector output. First of all, the simplest model where every user and base station will count with only one antenna to transmit and receive. Secondly, a scenario with two antennae in each user and one antenna for each base station and finally the last model where every user and base station will count with two antennae. Ingeniería de Telecomunicación

El proyecto, presenta el análisis, diseño y desarrollo de un CRM (Customer Relationship Management) adaptado para una PYME (Pequeña Y Mediana Empresa) del sector del alquiler de maquinaria cuyo nombre comercial sería rmN, donde realicé casi el 100% del trabajo. Un CRM es la herramienta comercial y de marketing clave en una compañía. Como repasaremos en el estado del arte, es el pilar donde gira la acción de captación de cliente de una empresa y donde analizan el efecto de sus acciones de marketing. En aquel momento (2002) no existía una solución de bajo coste por lo que este producto tenía cuota en el mercado. Veremos por diferentes analistas como está premisa se ha hecho realidad en una década siendo desbancados los SAP, Oracle o Microsoft por soluciones tipo salesforce.com. Sobre la base tecnológica de JAVA, el proyecto se planteó con la idea de que este desarrollo a medida para la empresa MERA, pudiera constituirse como un producto dentro de la compañía Planet Media para poder ser comercializado para otros clientes y sectores, por lo que uno de los criterios de diseño fue la modularidad del sistema así como la facilidad de adecuación y una arquitectura sencilla pero robusta. Además de los criterios técnicos que nos llevaron al uso de Java como tecnología, se llevó a cabo una toma de requisitos con el cliente que debía cumplir la herramienta como fueron gestión de roles de acceso, manejo y clasificación de clientes, envío de newsletter mensuales, estadísticas sobre clientes, gestión de campañas y alertas inteligentes. Cada uno de estos requisitos constituyó un reto dentro la de la programación que se detalla en esta memoria. Adicionalmente, para el módulo de estadísticas, decidimos aplicar conceptos vistos en Tratamiento Digital de la Información para no dar sólo el dato, si no información que pudiera ayudar a decidir donde poner foco en las campañas a cliente y sobre el cual se centra uno de los capítulos de esta memoria. The project, as its title suggests, presents the analysis, design and development of a CRM (Customer Relationship Management) adapted for a SMEs (Small and Medium Enterprise) sector of machinery hire which commercial name was rmN, where I did almost 100 % of the work. A CRM is sales and marketing key tool for every company. As we will review on the state of the art, a CRM is the system where resides all the new business development knowledge of a company and where they analyse the effect of their marketing actions. “Once upon a time” (the project finished on 2002) there was no low cost solution to this kind of product within the market share. We will present different research results about CRM evolution concluding that in just a decade, enterprise solutions such as SAP and Oracle have been supplanted by SMEs solution, with an on demand devil very model such as salesforce.com. Built on Java technology, the project was designed with the idea to create a Product, based on this development for the company MERA, and could establish itself as a product within Planet Media offering. The modularity of the system and the ease of adjustment and simple but robust architecture was a key premise due to Planet Media strategy relies on a multi sector CRM solution. In addition to the technical criteria that led us to the use of Java as a technology, it was collected a number of requirements with the customer such as: role access management, customer classification and management, newsletter in a monthly basis, statistics about customers, campaign management and intelligent alerts. Each of these requirements was a challenge in the programming part of the project, explained much more detailed ahead. Additionally, for the analytics module, we decided to apply concepts covered within Digital Information Processing, helping to make marketing investment decision to the customer. Ingeniería Técnica en Sistemas de Comunicación

A lo largo de este Proyecto Fin de Carrera, propondremos mejoras para futuros sistemas de comunicaciones móviles mediante un estudio detallado de la coordinación entre estaciones base en sistemas celulares basados en MIMO. Este proyecto se compone de dos partes fundamentales. Por un lado, nos centraremos en técnicas de procesado de señal para MIMO como filtrado y precodificación lineales en el dominio espacial. Partiendo de los últimos desarrollos en dicho ámbito, se han desarrollado precodificadores de mínimo error cuadrático medio que incluyen restricciones de máxima potencia transmitida por celda. Además, se ha propuesto un concepto novedoso consistente en la introducción de una nueva formulación que, además de minimizar el error cuadrático medio en el interior de cada agrupación de celdas (cluster ), trata de mantener la interferencia entre clusters en niveles suficientemente bajos. Durante la segunda parte, analizaremos el impacto que la agrupación de celdas en clusters, que define qué estaciones base pueden ser coordinadas entre sí , tiene en el rendimiento global del sistema. Se ha estudiado la aplicabilidad de técnicas de agrupamiento dentro del aprendizaje máquina, dando como resultado un conjunto de nuevos algoritmos que han sido desarrollados adaptando algoritmos de agrupamiento de propósito general ya existentes al problema de crear una partición del conjunto de celdas de acuerdo a las condiciones de propagación de señal existentes en el sistema en un determinado instante. Todas nuestras contribuciones se han verificado mediante la simulación de un sistema de comunicaciones móviles basado en modelos de propagación de señal del 3GPP para LTE. De acuerdo a los resultados obtenidos, las técnicas propuestas a lo largo de este proyecto proporcionan un aumento considerable de la media y la mediana de las tasas por usuario respecto a soluciones ya existentes. La idea de introducir la reducción de interferencia entre clusters en la formulación de los precodifiadores MMSE mejora dramáticamente el rendimiento en sistemas celulares MIMO al ser comparados con precodifiadores de Wiener tradicionales. Por otro lado, nuestros algoritmos de agrupamiento dinámico de estaciones base exhiben un notable aumento de las tasas por usuario a la vez que emplean clusters de menor tamaño con respecto a soluciones existentes basadas en particiones estáticas del conjunto de celdas en el sistema. _______________________________________________________________________________________________________________________________ In this project, we attempt to provide enhancements for future mobile communications systems by carrying out a throughout study of base-station coordination in cellular MIMO systems. Our work can be divided in two main blocks. During the first part, we focus our attention on linear MIMO signal processing techniques such as linear spatial precoding and linear spatial ltering. Starting from the state-of-the-art in that area of knowledge, we have developed novel MMSE precoders which include per-cell power constraints and a new formulation which, apart from minimizing the intra-cluster MSE, tries to keep inter-cluster interference at low levels. In the second part, we focus on the study of the impact the particular mapping of cells to clusters in the cellular system has on the overall performance of the mobile communication radio access network. The applicability of existing clustering algorithms in the fi eld of machine learning has been studied, resulting in a set of novel algorithms that we developed by adapting existing general-purpose clustering solutions for the problem of dynamically partitioning a set of cells according to the instantaneous signal propagation conditions. All our contributions have been exhaustively tested by simulation of a cellular mobile communication system based on 3GPP signal propagation models for LTE. According to the results obtained, the techniques proposed along this project provide a remarkable increase of both the average and median user rates in the system with respect to previous existing solutions. The inter-cluster interference-awareness we introduced in the formulation of MMSE precoders dramatically increases the performance in cellular coordinated MIMO when comparing it with traditional Wiener precoders. On the other hand, our dynamic base-station clustering has been shown to signi catively enhance the user rates while using smaller clusters that existing solutions based on static partitions of the base-station deployment. Ingeniería de Telecomunicación

El presente documento aborda primeramente el estudio teórico de varios conceptos importantes: los sistemas celulares, la tecnología MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) y la diversidad cooperativa, para más adelante centrarse en el desarrollo, implementación, análisis y posterior comparativa de varias estrategias de precodificación lineal utilizadas en transmisión, cuyo objetivo es el de reducir y/o eliminar la interferencia entre usuarios en un sistema celular multi-usuario coordinado en el que se emplean antenas MIMO. La primera estrategia estudiada emplea lo que se denomina “Forzado a Cero”(Zero Forcing ZF), una técnica subóptima que se centra en la idea de la inversión del canal, y donde las señales son trasmitidas de tal forma que cada usuario recibe solo la señal cuya información va dirigida a él. En segundo lugar, se estudia un algoritmo que trata de minimizar el error cuadrático medio (MMSE, del inglés Minimum Mean Squared Error) teniendo en cuenta cierta restricción en potencia. Con esta técnica se consigue una mejora del régimen binario. En tercer lugar se lleva a cabo un estudio de otro modelo que sigue también el criterio MMSE que trata de minimizar el error cuadrático medio, pero en este caso veremos cómo se alcanzan altas tasas de transmisión pero a menor coste computacional. Finalmente a partir de los resultados obtenidos mediante la simulación, se efectúa una comparativa de las distintas técnicas estudiadas, donde se analizaran las prestaciones de cara a una quizás posible implantación en sistemas de comunicaciones presentes y futuros. ___________________________________________________________________________________________________________ Firstly the present document approaches the theoretical study of several important concepts: cellular systems, MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology and cooperative diversity, hereinafter to centre on the development, implementation, analysis and later comparative of several linear precoding strategies used on transmission, whose objective is to reduce and / or to eliminate the interference between users in a cellular system coordinated multi-user in whom antennas MIMO are used. The first strategy studied uses Zero Forcing technology, ZF, a subideal technology that centres on the idea of the investment of the channel, and where the signals are transmitted in such a way that every user receives only the signal which information is directed him. The second algorithm studied tries to minimize the Minimum Mean Squared error, MMSE) considering power restrictions in the system. With this technology we scope an improvement of the binary rate. Thirdly, another model is studied, who follows the MMSE strategy, that tries to minimize the minimum mean squared error, but in this case we will see how discharges reach rates of transmission but to less computational cost. Finally the comparative one is effected from the results of the simulation of the different studied technologies, where the features will be analyzed with a view to one probably possible implantation in present and future communications systems. Ingeniería Técnica en Sonido e Imagen

En este proyecto realizaremos un estudio detallado, de las ventajas y desventajas de la clusterización en sistemas de comunicaciones inalámbricos celulares, en los que tendremos coordinación entre las estaciones base. Estudiaremos diferentes escenarios, en los que veremos como influyen en las tasas de transmisión, parámetros de nuestro diseño como el numero de celdas por cluster, cancelación de la interferencia de cluster adyacentes o el aumento de las antenas con las que transmiten las estaciones base. Todo esto siempre en relación al enlace descendente (De la estación base al usuario). Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

Con este proyecto hemos pretendido dar una solución alternativa a la igualación de canal, planteándolo como un problema de clasificación adaptativa, gracias a un algoritmo llamado Tighter Budget Perceptron, trabajando en un contexto de comunicaciones móviles mediante el uso de la tecnología HSDPA. A pesar de que la solución del problema se plantea desde el punto de vista teórico, nos enorgullece haber sido capaces de plantear una solución distinta de la habitual para esta operación básica en el ámbito de las comunicaciones digitales (y móviles en nuestro caso), pues abre la posibilidad de que resolvamos otros problemas con los que nos enfrentamos a diario en telecomunicaciones con otros métodos y/o herramientas distintas de las utilizadas normalmente y de las que disponemos. _____________________________________________________________________________ This project has been developed to provide an alternative solution to channel equalization, solving it as an adaptative classification problem thanks to an algorithm called Tighter Budget Perceptron, working in a mobile communications context using HSDPA technology. Although the solution of the problem arises from the theoretical point of view, we are proud to have been able to pose different from the usual solution to this basic operation in digital communications (and mobile in our case), then opens the possibility for us to solve other problems that we face daily in telecommunications with other methods or tools other than those commonly used and available. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

En sistemas multiantena y multiusuario MU-MIMO (Multi-user Multiple-Input Multiple-Output), la multiplexación espacial puede aumentar la tasa de bit sin necesidad de implementar costosos sistemas de procesado de señal. Ya sea a corto o largo plazo, la información de canal estará disponible en las estaciones base BTS (Base Station) siendo posible la precodificación coordinada de las señales deseadas por los usuarios. Esta precodificación se puede usar de forma muy eficiente para eliminar la interferencia multiusuario MUI (Multi-User Interference) usando Codificación en Papel Sucio, del inglés, “Dirty Paper Coding” (DPC) o Técnicas de Precodificación Lineal. Estas técnicas permiten que el procesamiento complejo se realice en la estación base, simplificando de manera significativa los terminales móviles de los usuarios. A lo largo del proyecto se estudiarán diferentes técnicas Lineales de Precodificación de canal sobre un escenario MU-MIMO con reuso universal de frecuencia (UFR). Se utiliza un modelo de sistema realista en espacio y se asume el conocimiento a priori del canal. _______________________________________________________________________________________________________________ In Multi-User Multiple-Input Multiple-Output (MU-MIMO) systems, spatial multiplexing can be employed to increase the throughput without the need of expensive signal processing technologies. In the case that channel state information is available at the base station (BTS), this will facilitate the joint precoding of the signals intended for the different users. Precoding is used to efficiently eliminate or suppress Multi-User Interference (MUI) via Linear Precoding Techniques or by using “Dirty Paper Coding” (DPC). It also allows us to perform most of the complex processing at the BTS which leads to a simplification of the mobile terminals. In this document, we will study different Linear Precoding Techniques in MU-MIMO systems using universal frequency reuse (UFR). We will work with a realistic spatial system and we will assume the a priori knowledge of channel. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

Hoy en día, las nuevas tecnologías relacionadas con las comunicaciones móviles están pidiendo cada vez un mayor ancho de banda y mejor señal para poder disfrutar de nuevos servicios adicionales. Los nuevos servicios que se están demandando son por ejemplo, el acceso a internet de banda ancha o a servicios multimedia a través de la red móvil. Todos estos nuevos servicios requieren evolucionar las redes móviles que existen en la actualidad teniendo que investigar nuevas soluciones para aumentar la potencia recibida y el ancho de banda, para poder enviar toda esta cantidad de información que los usuarios están demandando. Conseguir aumentar las prestaciones de los sistemas de comunicaciones móviles no es tarea sencilla, ya que los canales inalámbricos sufren degradaciones importantes de la señal transmitida debido a las pérdidas asociadas a este tipo de canales como pueden ser las pérdidas por multitrayecto, las pérdidas por desvanecimiento, etc. Por tanto, vamos a necesitar enviar una señal de bastante potencia para que las pérdidas no nos impidan conseguir las prestaciones que necesitamos actualmente. Los sistemas MIMO (multiple-input multiple-output) es una de las soluciones que se están barajando para poder conseguir mayor ancho de banda y aumentar las prestaciones de la señal recibida por los usuarios. Este sistema es uno de los que prometen conseguir mejores prestaciones consiguiendo aumentar la capacidad del canal y aumentar la cobertura. Definimos un sistema MIMO como un tipo de tecnología utilizada en redes móviles que se basa en la utilización de varias antenas en el transmisor y en el receptor. Se están investigando varios tipos de sistema MIMO para poder comparar con que técnicas de las utilizadas se obtienen mejores resultados. En este Proyecto Fin de Carrera se va a investigar las prestaciones de los sistemas MIMO multiusuario en conformado de haz. Los sistemas MIMO multiusuario en conformado de haz están compuestos por un array de antenas en la estación base del transmisor que emiten a diferentes usuarios que están equipados en el caso de este estudio con una única antena. La técnica de conformado de haz pretende explotar las diferentes configuraciones de los arrays de antenas para conseguir unos diagramas de radiación que emitan la mayor potencia en las direcciones en las que se encuentran los usuarios. Para ello, analiza las diferentes configuraciones de arrays para optimizar las prestaciones del sistema, viendo cuál es el número de antenas óptimo dependiendo del número de usuarios del sistema y su posición relativa respecto la estación base. Con este tipo de sistemas se supone que se maximizará la SINR (relación señal a ruido interferencia), por lo que una de las medidas que se analizarán para ver las prestaciones de los sistema MIMO multiusuario en conformado de haz será la SINR, además de analizar también la información mutua. Ingeniería de Telecomunicación

This project is about the channel equalization in radio over ber transmission links. In particular, we focus on minimizing the effect of additive white Gaussian noise and the dispersion caused by transmission. To solve the problem of channel equalization, filters such as Finite Impulse Response (FIR) or Infinite Impulse Response (IIR), have already been investigated deep enough, thus, our project will be taken from another point of view. The goal of this project is to achieve signal equalzation in the receiver decision module, increasing the performance of the Bit Error Rate curves in digital formats. In order to do that, we will use artificial intelligence algorithms. This document is divided into four chapters. First of all, an introduction to the theoretical background used in this project will be described. Then, we will define the problem, and possible solutions. Once a solution is chosen, we will start discussing the implementation, in order to justify the results obtained in the computer simulations. Our systems under study uses digital modulations theory. In concrete, we will be focusing on Phase-shift keying modulations, since it is going to be the base for our project. The channel is one of the most important bulding blocks on our scheme, because it generates the signal distorsions that we want to mitigate. Thus, ber channels model will be reviewed in order to extract the features that will produce the noise and how it influences the transmitted signal. This noise can be classified as additive white Gaussian noise (AWGN) and the dispersion. Our proposed and studied solution is based on artificial intelligence (AI) algorithms in the decider module of the receiver: Expectation Maximization (EM) and Hidden Markov Models (HMM). These two algortihms learn from the channel behaviour in the system and adapt the decision boundaries to make more correct decisons. We performed computer simulations of our proposed solution, and the results proved an important improvement over the current systems. Our proposed approach is not only capable of signi cantly reducing the BER of the system, but it is also able of correcting other phenomena's such constellation phase rotation or changes in the distribution of the received symbols in the constellation. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

La evolución y el crecimiento de las comunicaciones móviles y, por ende, de los sistemas celulares en la última década ha sido impresionante, tanto en el número de usuarios como en el incremento y mejora de los servicios ofrecidos. Estas mejoras llevan asociadas un aumento del uso del espectro radio y de las velocidades de transmisión. Por ello, los esfuerzos se han dirigido al desarrollo de técnicas y estrategias que optimicen el ancho de banda utilizado para la comunicación, la SNR, etc.. como las técnicas de diversidad y la reasignación de frecuencias. En el presente proyecto se exponen distintas estrategias de transmisión para minimizar el efecto de las interferencias típicas de los sistemas celulares, mejorando la región de tasas alcanzables por los usuarios. Se desarrollan e implementan seis soluciones de transmisión distintas: control de potencia, codificación superpuesta con cancelación parcial de la interferencia, control de potencia y multiplexación espacial de señal, control y reutilización de potencia, codificación superpuesta con cooperación para cancelación parcial de una o ambas señales interferencia. Para la implementación se han considerado dos estaciones base que envían información a dos usuarios receptores, luego se tiene una mezcla entre un canal broadcast ya que cada BTS se comunica con todos los receptores y un canal interferente porque el envío de información desde cada transmisor hacia cada uno de los receptores, interfiere en las comunicaciones del otro receptor. Tras el análisis y la simulación de estas técnicas en distintos escenarios interferentes se elige como mejor solución la última estrategia de transmisión, consistente en aplicar codificación superpuesta con cooperación para la cancelación parcial de ambas señales interferencia. Esta solución consigue una región de tasas alcanzables mejor que la del resto de estrategias en todos los escenarios y casos simulados. Es por tanto, la más interesante para en un futuro seguir desarrollando. Ingeniería de Telecomunicación

Las principales características del medio inalámbrico son: su naturaleza de difusión y su capacidad para alcanzar diversidad a través de canales independientes. A pesar de que la comunicación de difusión es considerada frecuentemente como un inconveniente (debido a que podrían producirse interferencias mutuas en la red), prima sobre esto último la ventaja de que la señal, una vez transmitida, puede ser recibida (y posteriormente enviada) por múltiples terminales. Para conseguir diversidad espacial sin tener que utilizar múltiples antenas en el mismo nodo, se recurre a la comunicación cooperativa con relays (cooperative communication) o también llamada transmisión asistida por relay (relay-assisted transmission). En general, los sistemas de comunicación cooperativa con relays tienen un nodo fuente que envían un mensaje a un cierto número de relays cooperativos (es decir, asisten a la fuente), los cuales a su vez reenvían una versión procesada de dicha señal hacia el nodo destino. El nodo destino combina las señales recibidas desde los relays e incluso desde la fuente; actuando de esta manera, la diversidad inherente del canal relay es aprovechada en su totalidad. El paradigma de la comunicación cooperativa se puede asociar a los pioneros trabajos de Van der Meulen y Cover y El Gamal. Existen diversas categorías o estrategias de comunicaciones cooperativas, entre ellas destacan: amplifica y retransmite (AF) y decodifica y retransmite (DF). Bajo AF, el relay realiza una operación lineal sobre la señal que recibe y después la envía al destino; bajo DF, el relay decodifica la señal recibida, la vuelve a codificar y la envía al destino. En ambos casos, se ha demostrado que el uso de relays mejora la tasa de transmisión y/o la diversidad de las redes inalámbricas. Las siguientes reflexiones motivan la realización de este proyecto: En una red cooperativa con relays, ¿qué estrategia debería ser empleada?, ¿realmente se puede mejorar la capacidad de la transmisión directa?, ¿utilizándose más de un relay podría aumentarse la capacidad? Como es lógico, las respuestas dependen de la topología de la red. Por ejemplo, si se considera una red compuesta por una fuente, un relay y un destino; en el caso de situar el relay cerca del destino, DF podría ser la mejor opción si en la decodificación no se cometieran errores; pero, si el relay se situara cerca de la fuente, la relación señal a ruido (SNR) recibida podría resultar aceptable y AF sería la mejor opción. Sin embargo, establecer cuál es el modo de operación óptimo de relays es más complejo que proporcionar una regla general. De este modo, el proyecto comienza introduciendo el concepto de relays en redes inalámbricas junto con su estado del arte, seguido de una descripción de los diferentes escenarios que van a ser estudiados. Se analiza el impacto de la utilización de relays dentro de dicho tipo de red, en términos de capacidad. El análisis de los resultados demuestra que no se trata de un problema cerrado, es decir, han de tenerse en cuenta una variedad de parámetros como: la potencia a transmitir, la posición de los relays, los instantes temporales de transmisión de señal. Ingniería de Telecomunicación

En las comunicaciones móviles de última generación se hace imprescindible la búsqueda de nuevas técnicas que maximicen la calidad de servicio ofrecida al cliente. Los servicios requeridos son cada vez más exigentes y requieren una alta fiabilidad de transmisión. Es necesario que estos servicios se adapten a todos los entornos: urbano, suburbano, vehicular o rural. Por lo tanto se buscan nuevas técnicas capaces de ofrecer mejor calidad en las comunicaciones móviles. La técnica de acceso al medio CDMA (Code Division Multiple Access) y las comunicaciones de espectro ensanchado, son utilizadas en la actualidad en las comunicaciones móviles de tercera generación 3G. Hoy en día nos encaminamos hacia una nueva generación probablemente basada en la cooperación entre usuarios. En este proyecto se tratan algunas técnicas de diversidad cooperativa como AAF (Amplify and Forward) o DAF (Decode and Forward). Se han realizado aplicaciones desarrolladas en MATLAB® para simular distintos escenarios en los que combinaremos distintos códigos y modulaciones usadas en aplicaciones CDMA, en concreto UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). También, simularemos canales que simulen los desvanecimientos provocados por el entorno en el que se encuentren las señales. Se analizará la tasa de error de bit resultante de cada escenario, y podremos comparar las distintas técnicas y escenarios desarrollados en este proyecto. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

Este documento aborda la descripción, análisis, implementación y simulación de varias estrategias empleadas en transmisión y/o en recepción, cuyo objetivo es el de eliminar la Interferencia Intersimbólica (ISI) en un sistema Multiple Input Multiple Output (MIMO) multi-usuario. La primera estrategia estudiada es la técnica de multiplexación espacial conocida como V-BLAST (Vertical- Bell Layered Space-Time), en cuyo esquema se lleva a cabo una codificación y decodificación secuencial. En segundo lugar, se estudia una modificación del algoritmo de detección que emplean las técnicas V-BLAST, denominada V-BLAST/MAP, con la que se consigue una mejora de la actuación, introduciendo una complejidad ligeramente superior. En tercer lugar se lleva a cabo un estudio del algoritmo de decodificación GDFE, que representa una generalización de los DFE’s tradicionales. En último lugar se estudia la técnica de pre-codificación no lineal conocida como Tomlinson-Harashima que emplea ecualización espacial, con la que también se pretende en este proyecto hacer una comparación entre estrategias duales en transmisión y en recepción. A partir de los resultados obtenidos en simulación, se realiza una comparativa de las distintas técnicas estudiadas, de cara a su implantación en sistemas de comunicaciones presentes y futuros. Ingeniería de Telecomunicación

En los últimos años ha crecido en gran medida la importancia de los servicios inalámbricos en las comunicaciones de tal forma que la demanda de tecnologías y redes que puedan proporcionar mejores capacidades y rendimientos es cada vez mayor. De este modo, en los últimos años las investigaciones y tecnologías han ido evolucionando en busca de mayores anchos de banda, optimización de las modulaciones o sistemas de multiplexado de códigos aunque estas soluciones ofrecían opciones limitadas a lo que a ocupación eficiente del espectro electromagnético se refiere, lo que hace que su implementación práctica fuese un problema debido a lo saturado que se encuentra el mismo. Los sistemas MIMO (Multiple Input – Multiple Output) surgieron como respuesta a estas limitaciones ya que, al utilizar técnicas de multiplexado en espacio, aumentan la eficiencia de uso del ancho de banda. Para ello utilizan arrays de antenas tanto en la transmisión como en la recepción de un mismo canal de información. Prueba de la importancia de este tipo de sistemas es el hecho de que, ya sea de forma conjunta con la modulación OFDM o de forma independiente de esta modulación, los sistemas MIMO se han convertido en pieza clave de todas las técnicas y redes de acceso inalámbrico de banda ancha como puede verse en su inclusión en estándares relevantes en este campo como son los IEEE 802.11n, correspondiente a WiFi, 802.16e ó 802.16-2004 que están asociados a redes WiMAX, el 802.20 (MBWA, Mobile Broadband Wíreles Access) y el 802.22, grupo asociado a las redes inalámbricas para acceso regional, o la gran aceptación e importancia que está adquiriendo en las investigaciones y estándares sobre tecnologías 3G y 4G, release 7 (HSUPA, High Speed Uplink Packet Access) y release 8 (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System, en redes All-IP, aún en proceso) desde su incorporación por parte del 3GPP. Ingeniería de Telecomunicación

This paper presents an overview of the new technology known as MIMO which stands for multiple‐input multiple‐output in space‐time coded wireless systems. In a first block, an introduction to MIMO is presented including the history and principal concepts, such as spatial diversity or multiplexing, which imply an increase of the coverage and capacity providing better transmission quality in wireless communications. This background on the research will show the enormous potential of MIMO wireless links. Also, the advantages of cooperative communication will be covered in this section because of its close relation with MIMO applications. The aim is not only enumerate a list of physical and technical aspects and improvements that MIMO provides, so the next two blocks are focused in two of the most important application areas nowadays. Mobile phone communications, in the second block, provide technical details about the future alternative technology carry out in the fourth generation ‐4G‐: WiMax, explaining how spatial multiplexing and diversity are related with it. Finally, in a third block, wireless sensor networks are covered, showing how cooperative MIMO can help them in the future in term of saving energy. Also, it is discussed the development of these techniques in underwater acoustic network as a particular case. Ingeniería de Telecomunicación

Demand in high data rate communications, driven by internet and cellular mobile, have increased, specially in wireless local area networks, emerging home audio visual networks and multimedia services in general. The limitation of the available radio spectrum makes it impossible for the data rate needs to be accomplished by an increase in the bandwidth. The deployment of multiple antennas in the transmitter and the receiver, multiple input multiple output (MIMO), a cost effective technology, makes it feasible to meet the high data rate demands. In this work, several scenarios such as the transmission under Rayleigh and Rice channel conditions are analyzed. Different transmission schemes are used, using different numbers of transmit and receive antennas. The focus of the project is an investigation of the fundamental performance tradeoff between bit error probability and bit rate in these systems, related to the number of antennas deployed and the SNR. ______________________________________________________________ La demanda de la alta velocidad de datos ha crecido considerablemente debido a internet y a los teléfonos móviles especialmente en redes wifi, en las redes audiovisuales de los hogares y servicios multimedia. La limitación del espectro de radio disponible hace imposible que la velocidad de datos aumente aumentando el ancho de banda. El desarrollo de múltiples antenas transmitiendo y múltiples antenas recibiendo, multiple input multiple output (MIMO), tiene un bajo coste y hace factible el aumento de alta velocidad de datos. En el trabajo, varios tipos de de condiciones de transmisión, como los canales Rayleigh y Rice se han analizado. Se han usado diferentes modelos de transmisión, utilizando numerosas antenas en transmisión y recepción. El objetivo del proyecto es la investigación del rendimiento que se obtiene entre sacrificar la probabilidad de bit y la tasa de transmisión en estos sistemas, relacionándolo con el número de antenas en transmisión y recepción y la SNR. Ingeniería de Telecomunicación