Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Materia de Diseño avanzado de sistemas electrónicos y de comunicaciones

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Descripción/Contenidos

Diseño de componentes para sistemas de comunicaciones avanzados: antenas, filtros, componentes pasivos y activos de microondas y ondas milimétricas.

Herramientas software para diseño de componentes para sistemas de comunicaciones avanzados.

Características y prestaciones de las diferentes tecnologías de alta frecuencia disponibles: Tecnología híbrida y tecnología monolítica.

Procedimientos de capa física para redes inalámbricas: técnicas espacio-temporales, sistemas MIMO, mitigación de interferencias, antenas inteligentes, superficies inteligentes reconfigurables (RIS), transceptores SDR.

Redes heterogéneas (HetNet), cooperativas y colaborativas; protocolos asociados.

Sistemas inalámbricos de corta distancia (WPAN, WBAN, NFC, UWB), de redes de áreas local (WLAN), de redes de sensores (WSN/LPWAN) y de redes móviles (PLMAN y evolución a B5G/6G).

Técnicas de radioplanificación: estimación de cobertura/capacidad, caracterización en dominio temporal.

Modelos de radiopropagación para entornos complejos.

Redes de sensores inalámbricas y su aplicación en entornos de transceptores ultradensos.

Tecnología de redes de acceso PON.

Redes de comunicaciones ópticas de transporte.

Casos prácticos de redes de comunicaciones ópticas, incluyendo redes de comunicaciones óptica submarinas.

Convergencia de redes fijas y móviles: redes FTTH y 5G/6G.

Sensores y redes de sensores de fibra óptica.

Integración de sensores en smart cities.

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Competencias genéricas

No Aplica.

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Competencias específicas

No Aplica.

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Resultados aprendizaje

RA1.      Analizar radioenlaces, modelado de canal y planificación en sistemas de comunicaciones y técnicas de radioplanificación y modelos de radiopropagación para entornos complejos.

RA2.      Identificar y manejar las principales variables de diseño que influyen en las prestaciones de los principales componentes de un sistema de comunicaciones avanzadas y de alta frecuencia, tales como filtros y antenas, entre otros.

RA3.      Evaluar las prestaciones y limitaciones de las técnicas empleadas en comunicaciones inalámbricas avanzadas aplicadas en redes de área local, redes de sensores y redes móviles, e identificar la solución más adecuada para una aplicación concreta.

RA4.      Identificar y analizar topologías de redes de datos privadas de fibra, redes de acceso, metropolitanas, de área extendida y submarinas, sus alternativas tecnológicas y las características que les son propias a cada una.

RA5.      Analizar casos prácticos de redes de comunicaciones ópticas, incluyendo planes de la administración pública para su fomento, en especial para las redes ópticas de acceso y redes ópticas para el despliegue 5G.

RA10.    Diseñar antenas, filtros y otros componentes y dispositivos empleados en sistemas de comunicaciones avanzados, incluyendo comunicaciones de alta frecuencia, empleando para ello simuladores electromagnéticos avanzados.

RA11.    Diseñar redes inalámbricas maximizando la capacidad y minimizando las interferencias y el coste, aplicando conceptos de análisis de cobertura/capacidad.

RA13.    Diseñar contrastadamente redes de acceso y redes de sensores fotónicos aplicadas a entornos reales.

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Metodología

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Idiomas

Castellano

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Evaluación

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Temario

La asignatura se divide en 6 bloques temáticos de distinta duración según su relevancia en el marco del proyecto integrador de la asignatura:

- Comunicaciones ópticas no guiadas (2h): Redes de comunicaciones ópticas por IR.

- Antenas avanzadas (16h): Introducción a la ingeniería de antenas y microondas utilizando guías de ondas metálicas. Electromagnetismo computacional 3D para el análisis de componentes pasivos de guía de onda. Técnicas de análisis y diseño de una antena de bocina. Técnicas de análisis y diseño de un transductor ortomodo (OMT) en guía de onda rectangular. Técnicas de análisis y diseño de un sistema SATCOM completo de transmisión y recepción.

- Filtros y componentes pasivos de microondas y ondas milimétricas (30h): Teoría de diseño de filtros: funciones de aproximación, transformaciones frecuenciales, prototipos con elementos concentrados y resonadores acoplados. Técnicas de diseño de filtros para microondas y ondas milimétricas: implementaciones en tecnología plana y de guía de onda, ventajas, inconvenientes y aplicaciones prácticas. Desarrollo y discusión de numerosos ejemplos prácticos.

- Radio-propagación, radio-planificación, sistemas de comunicaciones 5G y 6G (18h): conceptos ligados a fenómenos de radiopropagación en bandas de RF, milimétricas y sub-THz. Descripción de las funcionalidades y arquitectura de los sistemas de comunicaciones 5G y su evolución en sistemas B5G y 6G.

- Diseño de dispositivos activos de microondas (18h): conceptos ligados al diseño de amplificadores, mezcladores y multiplicadores de microondas, milimétricas y submilimétricas.

- Redes de fibra óptica (30h): conceptos de diseño de redes cableadas de fibra óptica con énfasis en redes de acceso PON y la integración de distintos servicios. Estándares de redes PON y modelos de negocio. Plan de Banda Ancha de Navarra y ejemplos de proyectos.

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Programa de prácticas experimentales

Los bloques temáticos consisten parcialmente en prácticas experimentales para afianzar los aprendizajes necesarios para desarrollar el proyecto integrador:

- Prácticas de antenas avanzadas: Análisis y diseño de una antena de bocina. Análisis y diseño de un transductor ortomodo (OMT) en guía de onda rectangular. Análisis de un sistema SATCOM completo de transmisión y recepción, antena de bocina + OMT. Todas las prácticas se realizan haciendo uso del software Ansys HFSS.

- Prácticas de filtros y componentes pasivos de microondas y milimétricas: diseño de filtros para microondas y ondas milimétricas con diversas topologías, en tecnología plana microstrip (utilizando Keysight Genesys) y en tecnología de guía de onda rectangular (utilizando Dassault Systemes FEST3D).

- Prácticas de radio-propagación, radio-planificación, sistemas de comunicaciones 5G y 6G: modelado de canal en bandas de microondas y milimétricas; realización de estimaciones de cobertura/capacidad, mediante el empleo de herramientas de simulación basadas en Matlab/Python.

- Prácticas de diseño de dispositivos activos de microondas: diseño de amplificadores y mezcladores utilizando herramientas de simulación (Keysight Pathwave).

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Esta es la bibliografía recomendada por cada uno de los bloques temáticos relacionados con el proyecto integrador:

Antenas avanzadas:

Á. Cardama, L. Jofre, J. M. Rius, J. Romeu, S. Blanch and M. Ferrando, "Antenas", Editorial UPC, 2ª edición, 2002.

C. A. Balanis, "Antenna Theory. Analysis and Design", 4^th Edition, Wiley, 2016.

Gerard Maral and Michel Bousquet, "Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology", 5^th Edition, Wiley, 2009.

R. E. Collin, "Antennas and Radiowave propagation", McGraw-Hill, 1985.

William H. Hyat and John A. Back, "Engineering Electromagnetics", 8^th Edition, Ed Mc Graw-Hill, 2011.

Gerard Barue, "Microwave Engineering: Land and Space Radiocommunications", Ed. Wiley, 2008.

Roger L. Freeman, "Radio System Design for Telecommunications", Ed. Wiley, 1997.

R. C. Johnson and H. Jasik, "Antenna Engineering Handbook", 3^rd Edition, Mc¿Graw-Hill Professional Publishing, 1992.

J. D. Kraus, "Antennas", 2^nd Edition, Mac-Graw-Hill, 1988.

S. Drabowitch, A. Papiernik, H. Griffiths, J. Encinas, and B. L. Smith, "Modern Antennas", Chapman & hall, 1998.

R. S. Elliot, "Antenna Theory and Design, Revised Edition", Wiley, 2003.

Sophocles J. Orfanidis, "Electromagnetics Waves and Antennas", available online at: http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/

Dennis Roddy, "Satellite Communications", 2^nd Edition, McGraw Hill. 1995.

Filtros y componentes pasivos de microondas y ondas milimétricas:

Fundamentos de la Teoría de Filtros, S. Cogollos, Universitat Politècnica de València, 2016

Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, 2nd Edition, J. S. Hong, Wiley, 2011

Microwave Filters for Communication Systems: Fundamentals, Design, and Applications, 2nd edition, R. Cameron, C. M. Kudsia, R. R. Mansour, Wiley, 2018

Filter Synthesis using Genesys S/Filter, R. W. Rhea, Artech House, 2014

Artificial Transmission Lines for RF and Microwave Applications, F. Martin, Wiley, 2015

Radio-propagación, radio-planificación, sistemas de comunicaciones 5G y 6G:

A. Molisch, Wireless Communications: From Fundamentals to Beyond 5G (IEEE Press) 3rd Edición, 2022

T. Rappaport et al., Radio Propagation Measurements and Channel Modeling: Best Practices for Millimeter-Wave and Sub-Terahertz Frequencies, Cambridge University Press, 2021

Y.C. Eldar et al., Machine Learning and Wireless Communications, Cambridge University Press, 2022

O. Lidberg et al., Cellular Internet of Things: From Massive Deployments to Critical 5G Applications, Academic Press, 2019

A. Zaidi et al,. 5G Physical Layer: Principles, Models and Technology Components, Academic Press, 2018

Diseño de dispositivos activos de microondas:

Vendelin, G.D., A.M. Pavio, & U.L. Rohde. Microwave, Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques, second edition, John Wiley & Sons, Inc; 2005.

Mass, S.A., Nonlinear Microwave and RF Circuits, 2nd ed, Artech House, 2003

Redes de fibra óptica:

Optical Networks, R. Ramaswami and K.N. Sivarajan, Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 1998

Fibre Optic Test and Measurement, D. Derickson, Prentice Hall, 1998

Handbook of Optical fibre sensing technology, J.M. López Higuera (Ed) Wiley (2002)

Broadband Optical Access Networks and Fiber-to-the-Home: Systems Technologies and Deployment Strategies, John Wiley and Sons, 2006

Fibre to the Home, the new empowerment, Paul E. Green, John Wiley & Sons, 2005

Fibre Optics Technicians Manual, Jim Hayes, Delmar, 2005

WDM Technologies: Optical Networks, Achyut K. Dutta, Academic Press, 2002

FTTX Concepts and Applications, Gerd Keiser, John Wiley & Sons, 2006

Optical communications. Component and systems. J.H. Franz, V.K. Jain, Ed. Narosa, 2000

Fibre Network Service Survivability, Tsong-Ho Wu, Artech House, 1992

Survivable Optical WDM Networks, Canhui Ou, Springer-Verlag New York Inc., 2005

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Lugar de impartición

Aulario Universidad Pública de Navarra.

Laboratorios del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación.

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