E-95 033 Diseño de Sistemas Digitales de Aplicación Específica

Unidades:3-0-8
Requisito:
Semestre y carrera: IEC (8vo), ISE (7mo)
Equivalencia:Tópico
Objetivo general de la materia:Introducir al alumno a las metodologías modernas de diseño de circuitos integrados de aplicación
específica mediante el empleo de lenguajes de descripción material, la simulación e implementación de sistemas digitales mediante
herramientas CAD (Computer Aided Design), y su implantación en plataformas FPGA (Field Programmable Gate Array). Se concretizará el
aprendizaje mediante el estudio y diseño de arquitecturas para aplicaciones de procesamiento digital de señales y comunicaciones
digitales.
Temas y subtemas del curso:1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES CELULARES
1.1 Antecedentes de las comunicaciones móviles celulares
1.2 Evolución de los sistemas móviles celulares
1.2.1 Sistemas de Primera Generación (AMPS, TACS, NMT, NTT, etc).
1.2.2 Sistemas de Segunda Generación 2G (GSM, IS-54, IS-95, etc.)
1.2.3 Evolución a los Sistemas 2.5 G (HSCSD, GPRS, EDGE, IS-95b)
1.2.4 Sistemas de Tercera Generación 3G (UMTS, IM2000, cdma2000)

2. FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES CELULARES
2.1 Concepto de zona de servicio
2.2 Definición de entornos celulares: pico, micro y macrocélulas
2.3 Parámetros de calidad portadora a interferencia (C/I) en sistemas analógicos y en sistemas digitales.
2.4 Área de cobertura y nivel de potencia en el punto crítico
2.5 Agrupamiento de células
2.6 Manejo de tráfico: probabilidad de bloqueo
2.7 Concepto de reuso de frecuencias

3. ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE UNA RED CELULAR
3.1 Estructura de una red celular
3.2 Descripción de los elementos que integran una red celular
3.3 Funciones de un sistema móvil
3.4 Establecimiento de llamada
3.5 Acceso a la red
3.6 Traspaso de la llamada (handover)
3.7 Búsqueda (paging)
3.8 Itinerancia (roaming)
3.9 Interferencia y capacidad del sistema
3.9.1 Interferencia cocanal y capacidad del sistema
3.9.2 Interferencia de canal adyacente
3.9.3 Planeación del espectro de frecuencias
3.9.4 Control de potencia para reducir la interferencia
3.10 Estrategias para mejorar la cobertura y la capacidad de los sistemas celulares.

4. CARACTERÍSTICAS DEL CANAL RADIO
4.1 Introducción a la propagación de ondas de radio
4.2 Modelo de propagación de espacio libre
4.3 Reflexión
4.4 Refracción
4.5 Esparcimiento
4.6 Modelos de propagación
4.6.1 Modelos de propagación para interiores
4.6.2 Modelos de propagación para exteriores
4.7 Propagación multitrayectoria en el canal radio
4.8 Desvanecimiento de periodo corto
4.9 Desvanecimiento de periodo largo
4.10 Desplazamiento doppler
4.11 Ancho de banda de coherencia del canal radio
4.12 Interferencia inter-símbolo

5. TÉCNICAS DE ACCESO Y MODULACIÓN PARA EL CANAL RADIO EN SISTEMAS CELULARES
5.1 Necesidad de los protocolos de acceso múltiple en comunicaciones inalámbricas
5.2 Requerimientos de los protocolos de acceso múltiple
5.3 Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA)
5.4 Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA)
5.5 Acceso Múltiple por Espectro Ensanchado (SSMA)
5.6 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA)
5.7 Protocolos de acceso en redes inalámbricas de paquetes:
5.7.1 Aloha Puro
5.7.2 Aloha ranurado
5.7.3 Aloha con reservación
5.7.4 Acceso Múltiple de paquetes por reservación (PRMA)
5.8 Modulación BPSK (Binary Phase Shift Keying)
5.9 Modulación DPSK (Differential Phase Shift Keying)
5.10 Modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
5.11 Técnicas de modulación por espectro expandido

6. ESTUDIO DE CASOS DE SISTEMAS CELULARES COMERCIALES
6.1 Sistemas TDMA y GSM (Global System for Mobile Communications)
6.1.1 Características y Servicios
6.1.2 Arquitectura del Sistema
6.1.3 Interfaz radio
6.1.4 Canal físico y canal lógico
6.1.5 Estructura de la trama
6.2 CDMA (IS-95)
6.2.1 Elementos básicos de un sistema CDMA
6.2.1.1 El receptor RAKE
6.2.1.2 Control de potencia
6.2.1.3 Detección multiusuario
6.2.1.4 Traspaso suave (soft-handover)
6.2.1.5 Estructura del canal de subida
6.2.1.6 Estructura del canal de bajada
6.3 Sistemas de Tercera Generación (3G)
6.3.1 Objetivos y requerimientos de la tercera generación
6.3.2 Los sistemas 3G alrededor del mundo (Europa, Japón, Estados Unidos, Korea)
6.3.3 Asignación de frecuencias de los sistemas de tercera generación

Objetivos específicos de aprendizaje:1.Conocer la metodología de diseño y concepción de circuitos integrados y comprender sus
ventajas principales
2.Entender los algoritmos de implementación de operaciones aritméticas más utilizados en aplicaciones de procesamiento digital de
señales y evaluar sus ventajas y desventajas en cuanto a velocidad y complejidad
3.Conocer las diferentes formas de describir un sistema digital con lenguajes de descripción material (Hardware Description
Language) y entender la metodología de descripción material de un sistema para su síntesis en circuitos ASIC
4.Comprender y aplicar los principios de optimización de arquitecturas VLSI para mejorar su desempeño en velocidad, tamaño o
consumo de potencia
5.Comprender y aplicar las diferentes técnicas de optimización de circuitos integrados (nivel de integración, tecnologías de
fabricación, consumo de energía)
6.Aplicar los conocimientos adquiridos al diseño e implantación de aplicaciones de procesamiento digital de señales y de
c omunicaciones digitales

Metodología de enseñanza:ñanza
Tiempo estimado de cada tema:Tema 1 2 horas
Tema 2 9 horas
Tema 3 12 horas
Tema 4 9 horas
Tema 5 9 horas
Tema 6 7 horas

Total 48 horas

Políticas de evaluacion sugeridas:Calificaciones parciales: 60 %
Trabajo final: 40 %

Libro de texto1:Stefan Sjoholm and Lennart Lindh; VHDL for Designers; Prentice Hall
Libro de texto2:Keshab K. Parhi; VLSI Digital Signal Processing Systems: Design and Implementation; Wiley Inter-Science

Libro de consulta:Charles H. Roth, Jr.; Digital Systems Design Using VHDL; PWS Publishing company

Michael John Sebastian Smith; Application-Specific Integrated Circuits; Addison Wesley- VLSI Systems Series

K.C. Chang; Digital Design and Modeling with VHDL and Synthesis; IEEE Computer Society Press
Material de apoyo:


Perfil del Profesor:Profesor con maestría y/o doctorado en ingeniería electrónica y comunicaciones. Con experiencia práctica en el
diseño de circuitos VLSI y el uso de sintetizadores VHDL.