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la transmisión lo que permitía la distribución de numerosos canales de televisión, radio y telefonía. En esta época, también se realizan las primeras pruebas de trasmisión de datos mediante impulsos de luz.
Hasta este momento se han trabajado con tecnologías de transmisión analógica, para a continuación centrarse en transmisiones digitales. Con esto, nacen tecnologías inalámbricas, como el Bluetooth o el Wi-Fi en 2000. Pero el nacimiento de Internet en 1969 y de la telefonía móvil en 1973 son, sin duda, los dos mayores portales para la expansión de las comunicaciones. Con ellos, los tipos de transmisiones y las modulaciones han evolucionado de una manera exponencial, lo que ha permitido que en un periodo corto de tiempo se desarrollen sistemas inimaginables años atrás. Dado que en los últimos años ha aumentado la necesidad de un ancho de banda mayor y la necesidad de transmitir más datos en las comunicaciones inalámbricas, los sistemas actuales han intentado evolucionar con el fin de adaptarse a nuevas mejoras en las prestaciones. Para ello se han introducido nuevas modulaciones que emplean múltiples portadoras en la transmisión de datos, lo cual permite mejores prestaciones que las modulaciones con una única portadora.
La modulación multi-portadora (MCM, multi-carrier modulation) basada en la Transformada Discreta de Fourier (DFT, Discrete Fourier Transform) ha sido la técnica de acceso al medio dominante en las comunicaciones de banda ancha (xDSL, Wi-Fi, WiMax, DAB, DVB, PLC, etc.) [1] [2] [3] [4] y recientemente también se ha propuesto su utilización en comunicaciones móviles (LTE y LTE-A, enlace descendente) [5]. La modulación multi-portadora presenta grandes ventajas, como su efectividad para combatir los efectos del multitrayecto o los desvanecimientos selectivos en frecuencia, o la posibilidad de utilizar algoritmos de asignación de bits (bit loading) [6] para mejorar el rendimiento del sistema con un incremento significativo de la tasa de transmisión por subportadora. Sin embargo, la MCM basada en la DFT no está exenta de inconvenientes: sensibilidad a la sincronización en tiempo y especialmente en frecuencia, elevada relación entre la potencia de pico y la potencia media (PAPR), y escasa discriminación frecuencial. Esto conlleva un mal comportamiento del sistema en entornos ruidosos fijos y móviles, especialmente con interferencias de banda estrecha. Como consecuencia de las anteriores limitaciones, diversos estándares contemplan ya la utilización de otro tipo de técnicas de acceso al medio. Éste es el caso del IEEE 1901 para PLC (power-line communications), que establece las normas para las comunicaciones de alta velocidad a través de la red eléctrica, incluyendo bancos de filtros coseno modulado. Por otro lado, el estándar de 3GPP para LTE (long term evolution) propone el uso de modulación de portadora única con acceso múltiple por división en frecuencia (single-carrier frequency division multiple access, SC-FDMA) para el caso del enlace ascendente.
Atendiendo a criterios de implementación, resulta cada vez más relevante la necesidad de, una vez desarrolladas nuevas técnicas de acceso al medio, proceder a la implementación de las mismas, adaptando y optimizando los algoritmos en función de los estándares y aplicaciones. Por tanto, si se tiene en mente como objetivo final el funcionamiento en tiempo real de cualquier técnica de acceso al medio, resulta de vital importancia una
Introducción
adecuada elección de la tecnología para su implementación [7]. Concretamente, en aquellas aplicaciones en las que la elevada e intensiva carga computacional de datos así como los requisitos de banda ancha suelen ser un denominador común, no resultan viables aquellas soluciones basadas únicamente en desarrollos software.
El desarrollo actual de la tecnología permite llegar a un grado de integración tal que es posible incluir en un único circuito integrado un sistema electrónico basado en un microprocesador completo. Estos dispositivos, llamados normalmente Systems-on-Chip (SoC) [8] [9], pueden presentar distinta complejidad y abarcar procesadores, periféricos, memoria, o aceleradores hardware.
Para la fabricación de los SoCs, aparte de la tecnología ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), los dispositivos FPGA (Field-Programmable Gate Array) [10] se han postulado desde el principio como tecnología base debido a sus reducidos costes de desarrollo, dando lugar a veces a derivaciones del término, tales como CSoC (Configurable SoC), o rSoC (reconfigurable SoC) [11]. En este sentido, los SoCs basados en FPGAs presentan un área de Silicio dedicado a lógica configurable, cuyo uso puede ser destinado a procesamiento específico de cada aplicación particular [12]. De esta manera, se puede aprovechar toda la versatilidad de la reconfiguración de los dispositivos FPGA, y posteriormente, cuando ya se hayan realizado las comprobaciones de funcionamiento sobre la FPGA, fabricar el prototipo verificado en un SoC propiamente dicho.
La tendencia actual de las comunicaciones hace que tanto el volumen de datos a transmitir, como la velocidad de la transmisión aumente exponencialmente. Este hecho se produce sobre todo por el empleo cada vez más grande de nuevos dispositivos y aplicaciones, siendo uno de ellos los consumibles wearables, que son sistemas que pueden monitorizar nuestra actividad. También es muy común la comunicación con el coche, o incluso, realizar la compra con el teléfono móvil. Otra de estas nuevas aplicaciones es el almacenamiento y procesamiento de la información en la nube (cloud computing), siendo una de las aplicaciones tecnológicas más empleadas en los últimos meses. Estos nuevos dispositivos generan el empleo cada vez más demandado de acceso a Internet de gran velocidad. Estos hechos provocan que cada vez sea más necesario nuevas técnicas de comunicación que permitan la transmisión de altas tasas de datos (en torno a los Gigabytes/s).
1.1.
Contexto de la tesis
El trabajo realizado en esta tesis ha sido desarrollado bajo el marco de la investigación del proyecto DISSECT-SOC (ref. TEC2012-38058-C03-03), subvencionado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España, y a través de la Universidad de Alcalá con el proyecto iPULSE (ref. CCG2014/EXP-084). Además, esta tesis ha sido apoyada económicamente por la Universidad de Alcalá con el programa FPI/UAH (ref. FPI/UAH2013) y su programa de movilidad. Con este programa, ha sido posible la realización de una estancia en la School of Engineering en la University College Cork. La