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Arquitectura de Sistemas de Comunicaciones Tierra-Tierra y Aire-Tierra con Multiplexaci贸n Espacial
Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2017La interacci贸n aut贸mata de m煤ltiples tipos de dispositivos inteligentes (Smart Devices -
SD) conforman una red conocida como internet de las cosas (Internet-of-Things - IoT) la cual
ofrece potenciales beneficios para incrementar efectivamente la calidad de vida de las personas.
Los potenciales beneficios del paradigma de IoT se apoyan en la integraci贸n a la red de IoT
de todos los SD, a trav茅s de redes de comunicaciones entre m谩quinas (Machine-to-Machine -
M2M). Los SD exhiben rango de comunicaciones inal谩mbricas limitado, debido al bajo costo y
consumo de energ铆a impuesto por el paradigma M2M. Consecuentemente, las comunicaciones
entre m谩quinas M2M dependen de alguna infraestructura de comunicaciones, por ejemplo las
redes celulares, que otorgue soporte de transporte de datos para dichos dispositivos y as铆 realizar
la integraci贸n efectiva de todos ellos a la red IoT. No obstante, debido al rango de cobertura
limitado de los SD no todos ellos pueden integrarse de manera efectiva, como aquellos que
operan en zonas urbanas poco frecuentadas por personas y zonas alejadas de la infraestructura
de redes celulares, limitando la proyecci贸n de funcionamiento 贸ptimo de la red IoT.
Como la proyecci贸n del volumen de SD operando en simult谩neo se vislumbra masivo, la
combinaci贸n de tecnolog铆as que despliegan m煤ltiples antenas (Multiple-Input Multiple-Output
- MIMO) y la diversidad multiusuario (Multi-User Diversity - MUD), inherente a un conjunto
masivo de SD, tiene el potencial para brindar soluci贸n al rango limitado de cobertura de los SD.
En la primera parte de esta Tesis se proponen y analizan aspectos de implementaci贸n de distintos
receptores multiusuarios operando en una arquitectura de comunicaciones con diversidad
en transmisi贸n a lazo cerrado (Closed-Loop Transmit-Diversity - CL-TD) en canales MIMO,
conformaci贸n de haz lineal (Linear BeamForming - LBF), selecci贸n de usuarios en canales MIMO
con m煤ltiples usuarios (Multi-User MIMO - MU-MIMO) en base a informaci贸n de estado
del canal en transmisi贸n parcial (Channel State Information at the Transmitter side - CSIT) y
operando en enlaces de canal Tierra-Tierra. En base a estos estudios se determinan cu谩les son
las estrategias de recepci贸n m谩s conveniente para el problema de rango de cobertura de los SD.
Por otro lado, para aquellos SD que operan en zonas alejadas de infraestructuras de soporte
de comunicaciones, se propone una infraestructura de comunicaciones alternativa a bordo
de un veh铆culo a茅reo aut贸nomo no tripulado (Unmanned Aerial Vehicles - UAV). Sin embargo,
para evaluar alguna propuesta de arquitectura de comunicaciones es necesario conocer el
comportamiento de canal configurado en este tipo de escenario. Dado que en la literatura, los modelos de canal existentes hasta el momento son insuficientes para describir las caracter铆sticas
de los nuevos escenarios configurados por los UAV (Zonas rurales, urbanas y sub-urbanas) en
vuelos de baja altura, otra contribuci贸n fundamental de esta Tesis es la propuesta y extensi贸n
de un modelo de canal MIMO de tres dimensiones. La misma considera la existencia de la
componente con l铆nea de vista (Line-of-Sight - LOS), la componente sin l铆nea de vista (Non
Line-of-Sight - NLOS) con distribuciones de dispersores (Scatterers) no-isotr贸picos y las caracter铆sticas
de movilidad en ambos extremos del enlace. En base a esta propuesta de canal se
eval煤a una arquitectura de comunicaciones con CL-TD para canales MIMO-3D, LBF y mecanismos
de selecci贸n de usuarios para canales MU-MIMO con CSIT parcial operando en enlaces
de canal Aire-Tierra. En base a estos estudios se eval煤a el desempe帽o de la arquitectura para
estos nuevos escenarios