Grupo de Trabajo en Comunicaciones por la Red Eléctrica

MODALIDAD: Proyectos de I+D+i Retos Investigación

REFERENCIA PROYECTO: PID2019-109842RB-I00

ÁREA: Tecnologías de la información y de las comunicaciones

TÍTULO PROYECTO: Comunicaciones de alta velocidad por redes eléctricas para el tramo final de las redes de acceso - FASTer power LINE communications for last-meter access networks (FASTLINE)

INVESTIGADORES PRINCIPALES:

• Francisco Javier Cañete Corripio

• José Antonio Cortés Arrabal

ENTIDAD: UNIVERSIDAD DE MÁLAGA

CENTRO: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN

• Luis Díez del Río: Profesor Universidad de Málaga

• José Francisco París Ángel: Profesor Universidad de Málaga

• Eduardo Martos Naya: Profesor Universidad de Málaga

• José T. Entrambasaguas Muñoz: Profesor Universidad de Málaga

• Jesús López Fernández: Profesor Universidad de Málaga

• Unai Fernández Plazaola: Profesor Universidad de Málaga

• M. Carmen Aguayo Torres: Profesora Universidad de Málaga

• Gerardo Gómez Paredes: Profesor Universidad de Málaga

• Celia García Corrales: Profesora Universidad de Málaga

• F. Javier López Martínez: Profesor Universidad de Granada

• Jorge Molina Cano: Técnico Universidad de Málaga

• Irene Povedano Herrera: Contratada proyecto Universidad de Málaga

• Javier Giménez de la Cuesta: Becario FPU Universidad de Málaga

• Lutz Lampe: Professor University of British Columbia

• David Morales Jiménez: Profesor Universidad de Granada

• Gautham Prasad: formerly post-doc University of British Columbia

1. Diseñar sistemas IBFD PLC para modems y repetidores

2. Mejora de sistemas MIMO PLC

3. Diseñar técnicas de confinamiento espectral computacionalmente eficientes para señales OFDM y estrategias de sensado espectral para sistemas IBFD PLC

4. Diseñar modelos estadísticos de canales PLC y aplicar análisis de teoría de la comunicación a redes PLC

5. Mejorar esquemas MAC basados en contienda para sistemas IBFD PLC y diseñar estrategias centralizadas para redes de acceso

1. Diseño de un simulador de canales de redes eléctricas para sistemas IBFD MIMO PLC.

2. Diseño de técnicas de conformación espectral para señales OFDM.

3. Análisis de la respuesta de canales PLC y desarrollo de modelos estadísticos.

4. Simulación de señales de transmisión PLC de capa física conforme a la norma ITU-T G.hn.

5. Análisis de prestaciones de sistemas PLC.

6. Modelado de ruido MIMO.

7. Diseño de técnicas para la clasificación del ruido impulsivo periódico basadas en ML.

8. Realización de un simulador de un sistema de comunicaciones PLC de capa MAC conforme a la norma ITU-T G.hn.

La evolución de las redes de comunicaciones fijas y móviles ha reactivado el problema del coste del último tramo de la red. Ejemplos de ello son el despliegue de las small cells en 4G y 5G o el uso de enlaces cableados para conectar múltiples puntos de acceso WiFi que mejoren la cobertura en interiores.

Las comunicaciones por redes eléctricas (PLC, power line communications) de banda ancha han alcanzado una madurez considerable. Sin embargo, muchas de sus técnicas se han adoptado de sistemas radio y no explotan las particularidades del canal. Este proyecto ha logrado mejorar los siguientes aspectos de estos sistemas para usarlos como tecnología de último tramo:

1. Diseño de sistemas IBFD (In-band full duplex) PLC. Se ha desarrollado un simulador de configuraciones de redes PLC, interiores y exteriores, que usan sistemas IBFD MIMO (multiple-input multiple-output) y se ha realizado un análisis estadístico de sus prestaciones.

2. Técnicas de confinamiento espectral para señales OFDM. Se han realizado las cuatro contribuciones siguientes que superan notablemente lo indicado en la propuesta: dos técnicas de conformación espectral que se adaptan a cambios dinámicos en la máscara de emisiones con un reducido coste computacional; una modificación de la señal OFDM que reduce a la mitad el coste de implementación de numerosas técnicas existentes; una técnica de conformación que ofrece una notable mejora de prestaciones a costa de un ligero incremento de la complejidad.

3. Modelos estadísticos de canales PLC. Se ha desarrollado un modelo estadístico de canal SISO (single-input single-output) que representa de manera más fiel que los existentes las características del canal y se está ultimando la publicación de su extensión al caso MIMO. Además, se ha realizado una contribución al modelo de múltiples ecos comúnmente adoptado en PLC.

4. Análisis de prestaciones en redes PLC. Se han obtenido dos logros: se ha desarrollado un marco que combina medidas y modelos para el estudio de los sistemas PLC como tecnología de último tramo para small cells y se ha realizado un análisis estadístico que ha determinado los escenarios en que las PLC son apropiadas; se han propuestos técnicas de estimación de canal con prestaciones muy similares al LMMSE pero con un coste computacional mucho menor.

5. Análisis del ruido impulsivo periódico. Se ha desarrollado un algoritmo automático de identificación de componentes del ruido impulsivo basado en ML (machine learning) cuyos resultados pueden utilizarse para predecir y mejorar las prestaciones de los sistemas PLC.

6. Técnicas MAC por contienda para PLC. Se ha desarrollado un simulador de capa MAC para PLC conforme a la norma ITU-T G.hn.

Revistas

[1] J.A. Cortés, F.J. Cañete, M. Toril, E. Martos-Naya, J. Poncela, L. Díez and A. García, “Feasibility Study of Power Line Communications for Backhauling Outdoor Small Cells”, IEEE Access, Feb 2021. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3059418.

[2] J.A. Cortés, F.J. Cañete, L. Díez, “Channel Estimation for OFDM-based Indoor Broadband Power Line Communication Systems”, Journal of Communications and Networks, March 2023, doi:10.23919/JCN.2022.000056.

[3] J. Gimenez, J.A. Cortés, L. Díez, “Low-Complexity Spectral Shaping Method for Cognitive OFDM Systems”, IEEE Transactions on Communications, vol. 71, pp. 2351-2363, Apr 2023. doi: 10.1109/TCOMM.2023.3244937

[4] F.J. Cañete, G. Prasad, L. Lampe, “In-Band Full-Duplex MIMO PLC Systems for Relaying Networks”, Digital Communications and Networks, Elsevier, May 2023, doi:10.1016/j.dcan.2023.05.005.

[5] J. Giménez, J.A. Cortés, F.J. Cañete, E. Martos-Naya, L. Díez, “A slight modification of the OFDM signal that halves the complexity of spectral shaping techniques”, en preparación para su envío a IEEE Communications Letters, March 2024.

[6] J. Giménez, J.A. Cortés, F.J. Cañete, E. Martos-Naya, L. Díez, “Memory-based Spectral Shaping Method for OFDM Signals”, en preparación para su envío a IEEE Communications Letters, March 2024.

[7] J. Giménez, J.A. Cortés and L. Díez, “A computationally simple OFDM spectral shaping technique for cognitive scenarios”, en preparación para su envío al Sensors Journal, April, 2024.

[8] I. Povedano, A. Pittolo, J.A. Cortés, F.J. Cañete, A. Tonello, “Statistical Analysis of the Multipath Propagation Model for PLC”, en preparación para su envío a IEEE Open Journal of the Communications Society, March 2024.

[9] I. Povedano, J.A. Cortés, F.J. Cañete, L. Díez “A Statistical Model for MIMO Power Line Communications Channels”, en preparación para su envío a IEEE Open Journal of the Communications Society, 2024.

[10] C. Torres-Montijano, J.A. Cortés, E. Martos-Naya, J.F. Paris, L. Díez “A Machine Learning algorithm for periodical source separation with application to impulsive PLC noise”, en preparación para su envío al Sensors Journal, 2024.

Otras revistas con aplicaciones de los resultados del proyecto

[11] F. J. Martín-Vega, F. R. Ghadi, F. J. López-Martínez and G. Gómez, “A Physical Layer Multicast Precoding and Grouping Scheme for Bandwidth Minimization”, in IEEE Access, vol. 9, pp. 149137-149152, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3124871.

[12] L.M. Torres, F.J. Cañete and L. Díez, “Matched Filtering for MIMO Coherent Optical Communications with Mode-Dependent Loss Channels”, Sensors 2022, 22, 798, doi:10.3390/s220307982022.

[13] L.M. Torres, F.J. Cañete and L. Díez, “BER Analysis of an Optimum MIMO Linear Receiver in Optical SDM Systems with Mode-Dependent Loss”, Optics Express, Sep 2023, doi:10.1364/OE.487066.

[14] L.M. Torres, F.J. Cañete and L. Díez, “Post-FEC Performance Evaluation of Optical SDM Systems with Mode-dependent Loss”, Optics Letters, Nov 2023, doi: 10.1364/OL.502544.

Congresos Internacionales

[A] F. J. Cañete, G. Prasad and L. Lampe, “PLC Networks with In-Band Full-Duplex Relays, ”IEEE International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC)", 2020, doi: 10.1109/ISPLC48789.2020.9115410.

[B] J. Giménez, J. A. Cortés, A. Sanz and L. Díez, “Sampling Frequency Error Estimators for PRIME v1.4 systems, ”IEEE International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC)", 2020, doi: 10.1109/ISPLC48789.2020.9115395.

[C] J. Gimenez, J.A. Cortés, F.J. Cañete, E. Martos-Naya, L. Díez, “Low-Complexity Spectral Shaping Method for OFDM Signals with Dynamic Transmission Band Location”, IEEE International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC), 2021.

[D] F. J. Cañete, G. Prasad and L. Lampe, “MIMO In-Band Full-Duplex indoor PLC Systems for Relaying Networks”, IEEE International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC), 2021.

[E] J. Gimenez, J.A. Cortés, L. Díez, “A Low-Complexity Spectral Shaping Method for OFDM Signals with Dynamically Defined Emission Mask: Optimization Procedure”, Workshop on Power Line Communications and its Applications (WSPLC), 2023.

[F] I. Povedano, F. Crespo, F. J. Cañete, J.A. Cortés, Luis Díez, “A Statistical Model for Indoor SISO PLC Channels”, IEEE International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC), 2023, doi: 10.1109/ISPLC57122.2023.10104183

[G] J.A. Cortés, “Twenty-five years of PLC channel modelling”, IEEE International Symposium on Power Line Communications and its Applications (ISPLC), 2023

[H] I. Povedano, J.A. Cortés, L. Díez, “On the relation between the phase and amplitude response of indoor PLC channels”, en preparación para su envío al IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids (SmartGridComm), 2024.

Tesis doctorales directamente relacionadas con el proyecto

[I] J. Giménez, “Spectral Shaping Method for OFDM Signals”, in Universidad de Málaga (en marcha), dirigida por J.A. Cortés, L. Díez.

[II] I. Povedano, “Modelos estadísticos de canal para Power Line Communications”, in Universidad de Málaga (en marcha), dirigida por J.A. Cortés, F.J. Cañete.

[III] L. M. Torres Cantón, “MIMO Linear Receivers for SDM Optical Communications through Channels with Mode-Dependant Losses”, in Universidad de Málaga (ya admitida a trámite, para su examen en marzo 2024), dirigida por F.J. Cañete, L. Díez.

[IV] J. Corchado, “MIMO Channels for PLC”, in Universidad de Málaga (ya admitida a trámite, para su examen en marzo 2024), dirigida por J.A. Cortés, L. Díez.