Evaluación de los nuevos mecanismos de adaptación basados en redes reconfigurables para la mejora de la eficiencia en sistemas de comunicaciones móviles

En los sistemas de comunicaciones móviles actuales y futuros se está apostando por un proceso de investigación asociado a la obtención de sustanciales mejoras en el uso eficiente de la potencia de los transmisores, en especial a aquellos utilizados en los sistemas portátiles, donde el uso eficiente en el consumo de la batería es fundamental. Los sistemas de primera y segunda generación empleaban modulaciones de envolvente constante (con poca eficiencia espectral), que permitían operar los amplificadores de potencia (PA) en zona de saturación manteniendo buenos valores de eficiencia sin degradar calidad de la señal. Sin embargo, los nuevos sistemas de comunicaciones 3G, 4G, emplean esquemas de modulación más eficientes para proporcionar las tasas de datos y calidad de servicio demandadas. Estas modulaciones, como por ejemplo OFDM, están basadas en señales de envolvente no constante, que no pueden ser amplificadas eficientemente utilizando las arquitecturas clásicas, y por lo tanto requieren grandes back-offs para mantener unos niveles de linealidad en la señal de salida aceptables. A todo esto hay que sumarle el incremento en los anchos de banda de las señales, así como la posibilidad de funcionar en distintas bandas frecuenciales y usando distintos tipos de señales, lo que añade complejidad adicional al diseño de los front-ends de RF. Otro de los factores que afectará a la eficiencia energética en transmisores inalámbricos es el efecto de variación de la impedancia de carga. El diseño de los PAs se realiza habitualmente considerando una carga fija de 50 ohmios. Sin embargo, en determinadas situaciones esta impedancia puede cambiar de valor y fluctuar como consecuencia de la interacción de la antena con el usuario y su entorno, lo que puede conducir a una reducción dramática de la eficiencia del PA. Además de la eficiencia, la linealidad puede verse también seriamente comprometida ante dichas variaciones de la carga. Para solventar, o de alguna manera mejorar estos problemas, hace ya unos cuantos años surgió el concepto de las redes de adaptación reconfigurables. Estos circuitos buscan la transformación de impedancias óptima que permita una transmisión de potencia, con las menores pérdidas posibles, entre la fuente y la carga, pero añadiendo la propiedad de la reconfigurabilidad, esto es, que mediante algún mecanismo de control electrónico y automático, las propiedades de adaptación de la red pueden cambiar, permitiéndole adaptarse a las condiciones del sistema. El objetivo final del uso de las redes de adaptación reconfigurables en sistemas de transmisión y/o recepción es la mejora de la eficiencia. En los últimos años se ha estudiado y verificado su utilidad en diversos contextos que van desde la mejora de la eficiencia en algunas arquitecturas de transmisión, la capacidad para mejorar condiciones de desadaptación en entornos variables, o la contribución a la reducción de componentes y mejora de la eficiencia en sistemas multi-modo y/o multi-banda. En esta tesis doctoral se van a tratar varios aspectos relacionados con el diseño, caracterización y aplicaciones de este tipo de dispositivos. En un principio, se partirá de una revisión del estado del arte en cuanto a tecnologías de radio frecuencia y redes de adaptación reconfigurables. Inicialmente se presentan las tecnologías más habituales para conseguir reconfigurabilidad en circuitos de RF, esencialmente, diodos PIN, varactores, transistores y MEMS (Micro-Electro-Mechanical System), analizando sus características fundamentales, ventajas, problemas y últimos desarrollos en el mercado. Posteriormente se presenta una revisión del estado del arte centrado en las redes de adaptación reconfigurables en diferentes tecnologías. El estudio y análisis de las figuras de mérito y medida de prestaciones para redes de adaptación reconfigurables constituirá una importante parte en la presente tesis. Utilizando un prototipo de referencia se presentan distintas métricas, discutiendo su viabilidad para medir de manera precisa las prestaciones de este tipo de redes. Una vez definidas las métricas, se presentan diversos diseños y prototipos en diferentes tecnologías, para después presentar un mecanismo de optimización y automatización para redes controladas digitalmente. Por último se estudian diversas aplicaciones de este tipo de redes en sistemas de transmisión y recepción de sistemas móviles. En cuanto a recepción, se presenta un estudio para mejorar la eficiencia general de sistemas basados en el estándar DVB-H. Utilizando redes de adaptación reconfigurables se verificará la mejora en la ganancia realizada en estos sistemas, además de contribuir a la mejora de la relación señal a ruido a la salida del amplificador de bajo ruido. En cuanto a los sistemas de transmisión se presentan diversos mecanismos para mejorar la eficiencia bajo condiciones de carga variable. Se propondrán varias soluciones tanto con el uso de combinadores resistivos como de combinadores no aislados en arquitecturas LINC. Para estos últimos, se presentará un mecanismo basado en un combinador Chireix ajustable que permitirá compensar hasta cierto punto las variaciones en la impedancia de carga. Posteriormente se presentará un sistema de modulación dinámica de carga usando redes de adaptación reconfigurables, y su aplicación para condiciones de carga variable. Finalmente se estudiará el uso de redes de adaptación reconfigurables para la mejora de la sensibilidad en la aplicación de técnicas de predistorsión digital

Implementación de redes de decorrelación de antenas MIMO para sistemas 5G

Una de las fuentes de degradación de la capacidad en sistemas MIMO, o de disminución de la ganancia en diversidad, es la posible elevada correlación entre los elementos radiantes que configuran la estructura MIMO. En este TFG, para reducirla, se actúa en diferentes direcciones, bien sobre la propia geometría en el diseño de las antenas para minimizar el acoplamiento electromagnético, bien mediante el sistema asociado a la red de alimentación y distribución entre elementos radiantes. En este trabajo se ha diseñado y evaluado redes de decorrelación impresas para reducir el acoplo entre elementos radiantes MIMO en contexto 5G.<br /

Class-E power converters for AC (50/60 Hz) wireless transmission

In this paper, class-E power amplifiers (PAs) and rectifiers, operating at UHF band, are properly integrated in efficient AC-to-RF and RF-to-AC converters for their use in 50/60 Hz wireless power transmission (WPT). Slightly modifying a center-tap full-wave rectifier, it is proved that a 915 MHz frequency carrier may be high-level amplitude modulated by each of the semi-cycles of the utility waveform. Assuming those components are transmitted by means of orthogonal antenna polarizations, the high-fidelity recovery of both semi-sinusoids in the remote position is also demonstrated, to be stepped-up and combined at the ∆ port of an additional center-tap transformer. GaN HEMT packaged devices were selected for the designed PAs, while Schottky diodes for the rectifiers, resulting in average efficiency figures of 83.3% and 75.4%, respectively.The authors would like to thank the Ministry of Economy and Competitiveness by the financial support provided through projects TEC2014-58341-C4-1-R and TEC2014- 58341-C4-2-R, co-funded with FEDER. José R. PérezCisneros also thanks the support to his stay at the Univ. of Cantabria provided by the pre-doctoral mobility grant EEBBI-15-10447

Mejora de Eficiencia y Linealidad de un amplificador de potencia con sintetizador de impedancias

Mediante la simulaci&oacute;n con Microwave Office del test a dos tonos para un amplificador de potencia (AP) de prop&oacute;sito general se demuestra que tanto la eficiencia como la linealidad mejoran seleccionando el esquema &oacute;ptimo de control de un sintetizador de impedancias (RMN) optimizado para eficienci

Técnicas emergentes de mejora del compromiso eficiencia-linealidad en transmisores de radiofrecuencia

In this paper, an overview of emerging techniques for overcoming the current limit in the solution to the linearity versus efficiency trade-off in wireless transmitters is presented. Starting with the combination of digital predistortion and impedance synthesis techniques for dealing with wideband communication formats in I/Q transmitters, the attractive capability of envelope tracking for improving average efficiency in those architectures with available technology is highlighted. Finally, and due the intrinsic limitations of the Cartesian transmitter, the polar concept is considered. Its nonidealities are put under analysis, as they may restrict current introduction of this promising architecture. The solutions under consideration are due to the joint work from the groups of Univ. Cantabria, Univ. Zaragoza and Univ. Polit. Cataluña (UPC) under a Coordinated Project from the Spanish National Plan

Amplificador de potencia doble-banda (1.8 GHz y 2.6 GHz) con alta eficiencia

This work presents a methodology to design highefficient dual-band RF power amplifiers. Using the non-linear model of the selected GaN HEMT device, an analysis of the performance of the transistor to changes in the phases of both the second and the third harmonic has been carried out for both frequencies. Based on this analysis, drain terminating and biasing networks are designed to provide near optima impedance values at the fundamental and higher order harmonics to the selected frequency bands. The experimental characterization of the implemented prototype, which operates at 1.8 GHz and 2.6 GHz, can achieve drain efficiencies around 70 % with output power levels greater than 42 dBm in both frequency bands. Furthermore, PAEs obtained are very close to drain efficiencies after dual-band input matching.Este trabajo ha sido financiado por el Gobierno de Espana bajo los proyectos TEC2014-58341-C4-1-R y TEC2014-58341-C4-2-R del MINECO, por el FEDER, por el FSE, a través de la beca FPI del MINECO del primer autor (BES-2012-061813). Además, el primer autor agradece la beca de movilidad predoctoral del MINECO (EEBB-I-15-10447

Arquitecturas de transmisión inalámbrica de alta eficiencia

In this paper, different architectures for improving power efficiency in modern wireless transmitters are evaluated, with their advantages and limitations. Dynamic load modulation and digital predistortion techniques are employed for improving the characteristics of classical I/Q transmitters under wideband communication formats, while envelope tracking implementation details are considered for further improving average efficiency in those architectures according to current available technology. Finally, advances in the RF path design of the emerging polar transmitter topology are also presented

Effectiveness of an intervention for improving drug prescription in primary care patients with multimorbidity and polypharmacy:Study protocol of a cluster randomized clinical trial (Multi-PAP project)

This study was funded by the Fondo de Investigaciones Sanitarias ISCIII (Grant Numbers PI15/00276, PI15/00572, PI15/00996), REDISSEC (Project Numbers RD12/0001/0012, RD16/0001/0005), and the European Regional Development Fund ("A way to build Europe").Background: Multimorbidity is associated with negative effects both on people's health and on healthcare systems. A key problem linked to multimorbidity is polypharmacy, which in turn is associated with increased risk of partly preventable adverse effects, including mortality. The Ariadne principles describe a model of care based on a thorough assessment of diseases, treatments (and potential interactions), clinical status, context and preferences of patients with multimorbidity, with the aim of prioritizing and sharing realistic treatment goals that guide an individualized management. The aim of this study is to evaluate the effectiveness of a complex intervention that implements the Ariadne principles in a population of young-old patients with multimorbidity and polypharmacy. The intervention seeks to improve the appropriateness of prescribing in primary care (PC), as measured by the medication appropriateness index (MAI) score at 6 and 12months, as compared with usual care. Methods/Design: Design:pragmatic cluster randomized clinical trial. Unit of randomization: family physician (FP). Unit of analysis: patient. Scope: PC health centres in three autonomous communities: Aragon, Madrid, and Andalusia (Spain). Population: patients aged 65-74years with multimorbidity (≥3 chronic diseases) and polypharmacy (≥5 drugs prescribed in ≥3months). Sample size: n=400 (200 per study arm). Intervention: complex intervention based on the implementation of the Ariadne principles with two components: (1) FP training and (2) FP-patient interview. Outcomes: MAI score, health services use, quality of life (Euroqol 5D-5L), pharmacotherapy and adherence to treatment (Morisky-Green, Haynes-Sackett), and clinical and socio-demographic variables. Statistical analysis: primary outcome is the difference in MAI score between T0 and T1 and corresponding 95% confidence interval. Adjustment for confounding factors will be performed by multilevel analysis. All analyses will be carried out in accordance with the intention-to-treat principle. Discussion: It is essential to provide evidence concerning interventions on PC patients with polypharmacy and multimorbidity, conducted in the context of routine clinical practice, and involving young-old patients with significant potential for preventing negative health outcomes. Trial registration: Clinicaltrials.gov, NCT02866799Publisher PDFPeer reviewe