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Asignación de canales espacio-tiempo para sistemas de radiocomunicación

ICLIA VILLORDO JIMENEZ (2007)

Desde el surgimiento de los sistemas de comunicaciones inalámbricos se ha tratado de optimizar el uso del espectro electromagnético con el fin de atender a una mayor cantidad de usuarios y/o poder transmitir una gran cantidad de información mientras se satisface cierta calidad de servicio.

Con el avance de la tecnología se ha tratado de satisfacer esta demanda explotando el dominio de la frecuencia, el dominio del tiempo o haciendo una combinación de los dos. Sin embargo, en los últimos años las comunicaciones inalámbricas han experimentado un rápido crecimiento – ya que además de proporcionar servicios de voz, brindan servicios multimedia de alta velocidad – por lo que se ha propuesto explotar el dominio espacial por medio de antenas inteligentes.

Este hecho motivó el surgimiento del Acceso Múltiple por División de Espacio o SDMA (por sus siglas en inglés – Space Division Multiple Access). Esta técnica de acceso permite que un canal de radio convencional (bandas de frecuencia, ranuras de tiempo o códigos) se use simultáneamente por múltiples usuarios dentro de la misma área geográfica, tomando en cuenta la posición de los usuarios dentro de ella, dando origen a los canales espacio – tiempo.

Sin embargo, la administración de los canales espacio – tiempo no puede realizarse en forma tradicional debido a que los esquemas de asignación canales convencionales no toman en cuenta el dominio espacial, por lo que fue necesario proponer nuevos esquemas de asignación para manejar los recursos eficientemente.

El objetivo central de esta tesis es realizar un estudio del estado del arte de los esquemas de asignación de recursos de radio para esta técnica de acceso múltiple. Para lograr este objetivo la tesis está organizada de la siguiente manera. En el capítulo 1 se presenta una introducción a las técnicas de acceso múltiple actualmente utilizadas. Se presentan sus características, ventajas, desventajas y aplicaciones para mostrar la evolución del manejo de recursos en los sistemas de comunicaciones inalámbricas.

En el capítulo 2 se define el Acceso Múltiple por División de Espacio, sus características, ventajas y desventajas. Para hacer uso del dominio espacial se necesitan las antenas inteligentes, por lo que en este capítulo también se realiza un estudio de los aspectos que conforman la tecnología de antenas inteligentes: tipos de arreglos de antenas, algoritmos de separación espacial, así como su clasificación y su aplicación en los sistemas de comunicaciones.

Master thesis

Telecommunication network management Smart antennas Space division multiple access (SDMA) CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ANTENAS

Antennas for millimeter-wave applications

LUZ KARINE SANDOVAL GRANADOS (2016)

Migration of wireless systems to millimeter wave frequencies requires cost reduction solutions that take advantage of the compact size, high bandwidth and extreme data rates that a high frequency operation offers. New materials with better mechanical, thermal and electrical properties are now available; fabrication processes have reached nanometric resolutions and depending on the antenna’s type, different properties can be enhanced. Multiple applications had been created around this technology, internet of things, imaging technology, biomedical applications and interferometry radars base its operation in this technology.

Doctoral thesis

Millimeter wave Antennas Interferometry INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

Etiqueta pasiva de RFID sin chip para sensado de materiales

ROSA JACQUELINE SANCHEZ MESA (2014)

Esta tesis propone el diseño e implementación de una etiqueta pasiva de

RFID sin chip cuyo objetivo es la identificación y sensado de materiales. Para

el desarrollo del trabajo se estudian estructuras tales como antenas y

resonadores con el fin de seleccionar los elementos con el mejor desempeño

que cumplan con los requerimientos de diseño de esta aplicación como son:

gran ancho de banda; la frecuencia de operación que pertenezca a UWB y

un diseño totalmente imprimible. Una vez se selecciona el tipo de estructura

más conveniente, se evalúa su funcionamiento usando el Método de

Elementos Finitos mediante el simulador de onda completa HFSS.

La etiqueta desarrollada es completamente imprimible, pasiva y sin chip,

opera en todo el rango UWB (3.1 GHz a 10 GHz); consta de seis bits para la

identificación y la caracterización, cinco de ellos constituyen la firma espectral

y el restante, sensa el material basándose en el cambio de la frecuencia de

resonancia de un resonador de anillos complementarios divididos (CSRR).

Esta variación se produce debido a que la permitividad efectiva del

dispositivo depende de las permitividades relativas de los materiales

adyacentes al sensor, por lo tanto un cambio en el tipo de material se traduce

en un desplazamiento en la frecuencia del sexto bit.

Por último se presenta la validación de la etiqueta, para ello se realizan

múltiples pruebas empleando diferentes materiales, estás pruebas permiten

corroborar la correspondencia de los datos obtenidos por medio de las

simulaciones y los obtenidos experimentalmente.

Master thesis

Resonant filters RF receivers Identification technology Sensors Antennas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Procesamiento espacial y espacio-temporal mediante arreglo de antenas en comunicaciones inalámbricas

Spatial and time-space processing by antenna arrays in wireless communications

José Luis Mendoza Torres (2003)

La demanda actual de los sistemas de comunicaciones inalámbricas experimenta un crecimiento total y sin precedentes, con una proyección anual de ingresos a nivel mundial que excede los $100 billones de dólares en los comienzos del nuevo milenio. Estos sistemas inalámbricos deben brindar servicio a muchos usuarios a altas tasas de datos bajo condiciones de propagación adversas, y por lo tanto, requieren de técnicas de comunicación en el estado del arte. Como consecuencia, surge el mayor reto tecnológico en el mundo de las comunicaciones inalámbricas: la necesidad de incrementar la eficiencia espectral de las redes inalámbricas. El filtraje espacial por medio de antenas inteligentes o adaptativas ha surgido como una técnica muy importante para mejorar las prestaciones de los sistemas móviles celulares. El filtraje en el dominio espacial puede separar tanto espectral como temporalmente las señales de múltiples usuarios cuyas replicas o multitrayectorias se encuentran confundidas o traslapadas dentro del mismo entorno celular, y por lo tanto, la dimensión espacial puede ser explotada como una técnica de acceso múltiple híbrida complementando FDMA, TDMA y CDMA. Un sistema de antenas inteligentes consiste de un arreglo de antenas combinado con un adecuado procesamiento de la señal en el dominio del espacio y del tiempo. El procesamiento espacial introduce un nuevo grado de libertad en el diseño del sistema con un enorme potencial para mejorar las prestaciones del sistema, incluyendo un mayor alcance, un incremento en capacidad, soporte para altas tasas de datos, un menor consumo de potencia en el terminal móvil y un mejor rendimiento en VER. Ciertamente se ha argumentado que los requerimientos en prestaciones de los sistemas inalámbricos del futuro, no pueden alcanzarse sin el uso de los sistemas de antenas inteligentes. El diseño completo de un sistema de antenas inteligentes y el análisis apropiado de sus prestaciones requieren de una nueva clase de modelos de canal radio que incorporen características espaciales y temporales. Aunado a esto, los sistemas de antenas inteligentes requieren de optimizar sus patrones de radiación y recepción en respuesta al entorno de la señal. De esta forma, los algoritmos de estimación del parámetro DOA se convierten en un factor de fundamental importancia dentro del contexto de la tecnología de antenas inteligentes. A través de las técnicas de estimación del parámetro DOA, es posible determinar la posición angular de las fuentes activas y de los interferentes dentro del escenario celular. No obstante, en un canal con desvanecimiento multitrayectoria, las señales electromagnéticas interactúan con el entorno en una forma muy compleja, degradando significativamente las prestaciones de los algoritmos de estimación de la dirección de arribo. En este trabajo de tesis se analizan las prestaciones de métodos basados en estructuras de valor propio, tales como MUSIC y Root MUSIC en un entorno dispersivo macrocelular en términos de precisión y resolución en la estimación de la dirección de arribo. Esta tesis proporciona una perspectiva muy completa en la cual se analiza la superioridad de Root MUSIC con respecto a MUSIC espectral, dentro del contexto de un arreglo lineal uniforme de antenas, para el caso de fuentes que no cumplen con un nivel mínimo de separabilidad espacial.

Master thesis

Comunicaciones Inalámbricas, Antenas Inteligentes, Filtraje Espacial, ULA, DOA, AOA, TOA, MUSIC, Root MUSIC, Mobile Communications, Smart Antennas, Spatial Filtering INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

Síntesis de diagramas de radiación de agrupamientos de antena mediante técnicas de cómputo evolutivo

Radiation patterns synthesis of array antennas using evolutionary computational techniques

Carlos Roberto Rocha Alicano (2006)

Dentro de la síntesis de los diagramas de radiación, la determinación de las amplitudes y fases de la excitación de los elementos que forman un agrupamiento de antenas, así como su estructura, que mejore sus propiedades de radiación, es uno de los temas de mayor interés dentro de la tecnología de antenas inteligentes. Debido a que el problema de la síntesis de diagramas de radiación, involucra dependencias no lineales y no convexas con las características de los elementos y la estructura del agrupamiento de antenas, los algoritmos de cómputo evolutivo se vuelven altamente adecuados para este tipo de problemas de optimización. En este trabajo se realiza el estudio de los métodos de optimización, tanto analíticos como de cómputo evolutivo, para la síntesis de diagramas de radiación en agrupamientos lineales y planos con la excitación uniforme en amplitud, de los elementos de la antena, para reducir efectos como el acoplamiento mutuo. De los algoritmos de cómputo evolutivo, se presentan y se analizan los algoritmos genéticos y uno de los paradigmas más recientes en esta área y de escasa aplicación en problemas de electromagnetismo, el algoritmo de Evolución Diferencial. Para la síntesis de diagramas de radiación con bajos niveles de lóbulo lateral, se propone un algoritmo de Evolución Diferencial en los agrupamientos lineales de antenas, y la aplicación conjunta de Evolución Diferencial y algoritmos genéticos para los agrupamientos planos de antenas. Los resultados presentados en este trabajo, muestran los beneficios de las técnicas de cómputo evolutivo sobre algunos de los métodos analíticos de optimización, en particular las ventajas del algoritmo de Evolución Diferencial. Las comparaciones entre los resultados obtenidos por los distintos métodos, así como la evaluación de la dirigibilidad, son analizadas y discutidas.

A control topic in smart antenna technology is the optimal synthesis of radiation patterns. In order to achieve optimal characteristics of these patterns, appropriate values for the array antenna elements excitation as well as the array structure need to be computed. Due to the non linear and non convex dependence between the radiation pattern and the design parameters, evolutionary computation becomes highly suited to deal with this synthesis problem. In this work, several optimization methods, some of them analytical and some evolutionary, are investigated to synthesize radiation patterns of linear and planar arrays with uniform amplitude excitation of the antenna elements. Uniform amplitude excitation was considered to reduce some radiation effects, such as mutual coupling. One of the youngest paradigms in evolutionary computation, Differential Evolution, and one of the classical, Genetic Algorithms, are presented and analyzed. In contrast to Genetic Algorithms, Differential Evolution has rarely been applied to electromagnetism problems. To perform the radiation pattern synthesis, focused on sidelobe reduction, a Differential Evolution algorithm is proposed for linear arrays, and a combination of Differential Evolution and Genetic Algorithms is proposed for planar arrays. Numerical results presented in this work, show a promising performance of evolutionary algorithms over some analytical methods, in particular of Differential Evolution algorithms. Comparisons results between the methods studied in this work, as well as steering evaluations, are analyzed and discussed.

Master thesis

Antenas inteligentes, Agrupamiento de antenas, Síntesis de diagramas de radación, Algorítmos genéticos, Evolución diferencial, Smart Anttenas, Antennas array, Radiation pattern synthesis, Genetic algorithms, Differential Evolution INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

Diseño e integración de un radioenlace experimental en la banda de UHF para comunicaciones satelitales

LUIS ALBERTO RODRIGUEZ MENESES (2014)

En el contexto de las comunicaciones terrestres y satelitales se utilizan radioenlaces en

las bandas de ultra-alta frecuencia (UHF, por sus siglas en inglés) para la transmisión

de señales de telemetría y tele-comando, así como para la transferencia de datos provenientes

de sensores remotos. En esta tesis, se propone el estudio, diseño e integración de un

esquema mínimo de transmisor-receptor de radiofrecuencia que opere en las bandas de uso

libre para aplicaciones científico-medicas-instrumentación, en las bandas de 430-440 MHz.

Este radioenlace permitirá la generación de una plataforma de desarrollo de esquemas de

transmisión que se utilizan en nanosatélites (TubeSats), como enlaces de telemetría y telecomando

o bien para la transmisión satélite-tierra de los datos de misión de estos artefactos.

Este trabajo se inserta en el contexto de las actividades de investigación y académicas para

el desarrollo de nano-satélites experimentales, en el marco de las actividades de ciencia y

tecnología espaciales del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y el

Centro Regional de Enseñanza de Ciencia y Tecnología del Espacio para América Latina y el

Caribe (CRECTEALC).

Master thesis

Telecommunication UHF antennas Communication satellites Angle modulation CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Design and implementation of a positioning system for parabolic antennas that track low orbit satellites from earth stations based on a hexapod stewart platform type

Víctor Aguilar Orozco ISRAEL MARTINEZ SILVA ROGELIO ALVAREZ VARGAS (2016)

CIATEQ, within the framework of Conacyt-AEM sectoral fund, will carry out the design and implementation of a positioning system for parabolic antennas that track low orbit satellites from earth stations based on a hexapod Stewart platform type. To carry out the project, CIATEQ will hands of experience achieved in the "positioning Robot of the Secondary Mirror (Platform Stewart type hexapod)" project, developed for the Large Millimeter Telescope (LMT) in which it was designed, manufactured and assembled the mechanical system as control algorithms was develop and implemented, however it should be noted that there is a notable di erence between both platforms, while for the hexapod of LMT movements in the range of millimeters for linear displacement and millidegrees for angular motion were required to position adequately the secondary mirror to the parabolic focus, an aspect that involves an smaller mechanical system, contrasting with the positioning hexapod to be carried out for the Spatial Mexican Agency which demands in nite movement in Azimuth axis and elevation axis of 0-90 with a precision of millidegrees. This platform should make a very accurate tracking of the trajectory that describes the satellite in the sky; this implies not only have the ability to describe the orbit almost undeviating, but also do so at the speed that the satellite travels in its orbit, so that the satellite link is not lost and therefore the quality of the information that the satellite sends to the ground station. To achieve this, it will require not only the integration of mechanical and electronic systems, with the ability to perform these tasks with the required precision, but also to develop the algorithms that control the actuators as a whole to position the antenna in order to track the satellite trajectory in the way that is intended. This rst phase covered by this project, considers the development of conceptual and basic engineering; so that the detailed engineering and manufacturing of a functional prototype will be covered in subsequent phases of the project.

Space Communications and Navigation Symposium (B2) Interactive Presentations (IP)

Paper ID: 34271 (interactive)

Conference proceedings

Positioning system Parabolic antennas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA RADIOASTRONOMÍA ANTENAS

Diseñoo, fabricación y utilización de antenas en sistemas de comunicación híbridos fibra-radio operando en el rango de las frecuencias de microondas

ANTONIO BAYLON FUENTES (2011)

Hoy en día, las comunicaciones ópticas han tenido un crecimiento dramático y sus

aplicaciones son cada vez más amplias en las redes de acceso de datos. Esto debido a

que los sistemas de comunicación por fibra óptica presentan bajas pérdidas, un incremento considerable en la capacidad del ancho de banda, inmunidad electromagnética, etc., en relación con los sistemas de comunicación convencionales. Actualmente, los sistemas

de comunicación ópticos tienen aplicaciones en sistemas RoF (Radio over Fiber,

radio sobre fibra) o HFR (Hybrid Fiber-radio, híbridos fibra-radio), los cuales permiten

reducir costos y tener acceso a zonas donde no es posible llegar por medio de fibra o

cables.

Este trabajo se sitúa en el área de investigación de las comunicaciones ópticas,

en particular en sistemas híbridos con técnicas de transmisión fibra-radio. El objetivo

principal es diseñar y fabricar antenas de microcinta operando a una frecuencia de resonancia

de 2.8 GHz, y posteriormente utilizarlas en un sistema a fibra óptica empleando

modulación externa, con el cual se transmite y recibe video analógico. Se presenta el

estado del arte de las técnicas de transmisión fibra-radio. Posteriormente, se presenta un

estudio de los dispositivos ópticos y electrónicos que constituyen un sistema de comunicación

por fibra óptica, y de forma particular, se analiza el principio matemático sobre

el cual se basa el funcionamiento del modulador de intensidad electro-óptico utilizado

en este trabajo. A continuación, se presenta la teoría que explica el funcionamiento de

una antena, su modelado, diseño y caracterización eléctrica. Después, se realiza la caracterización de los dispositivos utilizados, como son la fuente y el fotodetector óptico.

Finalmente, se presenta el montaje experimental donde se utilizan las antenas fabricadas

en un sistema de comunicación a fibra óptica, dando lugar a lo que se conoce como

un sistema híbrido fibra-radio.

Master thesis

Microstrip antennas Fibre optic sensors Systems of the communications CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Metodología de desacople para antenas de parche con aplicación en sistemas de imagenología

JOAN ALONSO BUITRAGO MOLINA (2012)

Due to the wide use of antenna arrays in microwave imaging systems, it is important to know the interaction of each pair of antennas that conforms them. Therefore, in this thesis, a methodology to decrease the mutual coupling between two patch antennas is proposed.

Different decoupling methods are studied, in order to find an efficient solution to reduce coupling. The proposed methodology is based on the entry of the U-shaped structures to change the sign of the coupling, in the change of the sign, the coupling needs to cross by zero, and so then the minimum coupling has reach. The methodology consists of 8 steps and at the end the decoupling between two patch antennas in microstrip technologies is achieved. Finally, the proposed methodology was tested by means of simulations and experiments. For this, a pair of antennas at 5.2 GHz were designed and fabricated over a RO4003C Rogers substrate. The obtained results were: an increase of 3dB around the peak of radiation between the two antennas, a 59% reduction in the required separation, that finally leads to a 22.6% reduction in the substrate´s area.

Debido al variado uso de arreglos de antenas en sistemas de imagenología, es de vital importancia conocer la interacción entre un par de antenas como elementos básicos del arreglo para disminuir la distancia entre ellas por medio del desacoplamiento. Por tanto, en esta tesis se propone una metodología para desacoplar dos antenas de parche contiguas, dichas antenas son implementadas como resonadores de λ/2.

Con el fin de buscar una solución eficiente para reducir el acoplamiento, se estudian diferentes métodos en el desacoplamiento de antenas, buscando proponer una metodología eficiente en el desacoplamiento. La metodología propuesta, se basa en el ingreso de estructuras en forma de U, para cambiar el signo en el acoplamiento entre los parches, ya que, en el cambio de signo del acoplamiento es necesario pasar por el acoplamiento cero, siendo este el objetivo principal de este trabajo; la metodología consta de 8 etapas con las cuales se logra como resultado final un desacoplamiento entre antenas de parche en tecnología de microcinta. Con dicha metodología se analizan un par de antenas, diseñadas a la frecuencia de 5.2 GHz sobre un substrato Rogers RO4003C. Los resultados obtenidos mediante simulaciones y experimentos al aplicar la longitud óptima de las estructuras en U son: 3dB de ganancia en el punto máximo de radiación, reducción de la separación de antenas de un 59% y reducción en el área del substrato del 22.6% para un par de antenas.

Master thesis

Antenna arrays Microwave antennas Microstrip antenna arrays Microstrip resonators Microstrip imaging CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Alimentadores planos de gran ancho de banda con énfasis en detección de polarización para radioastronomía en microondas

EDGAR COLIN BELTRAN (2013)

La radioastronomía actual necesita de la mayor cantidad de datos y con el menor

ruido para su desarrollo. En este trabajo se proponen dos alimentadores en

tecnología de circuito impreso que cumplen con los objetivos anteriores. La tesis

está organizada de la siguiente manera; en el primer capítulo se contextualiza el

estado actual de los alimentadores que se encuentran en radiotelescopios

importantes del mundo, para entender las necesidades y limitaciones actuales. El

segundo capítulo es una breve pero importante introducción a ingeniería de

microondas, que es el rango donde se sitúan las propuestas. Posteriormente se

trata sobre teoría básica de antenas y el balance de un enlace que servirá como

base de los capítulos posteriores. El capítulo cuarto es una descripción de los

mecanismos de emisión que se presenta en el sol para el rango de microondas y

que es importante porque se usará como objeto de observación en el sexto

capítulo. Los siguientes dos capítulos, el quinto y sexto, son las propuestas que se

han desarrollado para cubrir las necesidades descritas en el capítulo uno y con

base en la teoría de los demás. Se presentan resultados simulados que están de

acuerdo con los medidos. Finalmente, el último capítulo explica las conclusiones y

el trabajo futuro que arrojó la tesis.

Doctoral thesis

Microwave antennas Microstrip components Inteference suppression CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA RADIOASTRONOMÍA