Proyectos de Investigación

2022

Characterization of Dynamic Acoustic Environments by Machine Learning for Sound Reproduction (DYNAMIC)

2022-2025 - Área: Procesado de Señales - Grupo: Grupo de Tratamiento de Audio y Comunicaciones (GTAC) - Presupuesto : 60.000€

VISION: Sounds will be rendered to the users at any location and any time, efficiently, with the help of low-cost devices, maximizing the user’s quality-of-experience.  

OBJECTIVE: To investigate on sound space control applications in real and dynamic environments using inference and classification tools based on novel machine and deep learning techniques, aiming at maximum performance, energy efficiency and feasibility.    

2020

VALORIZACIÓN DE UN MÉTODO DE FABRICACIÓN 3D, METALIZACIÓN E INTEGRACIÓN DE DISPOSITIVOS DE ALTA FRECUENCIA (ALFREC3D)

2020-2021 - Área: Antenas, Microondas y Propagación - Grupo: Grupo de Aplicaciones de las Microondas (GAM) - Presupuesto : 149993.67€

El objetivo principal del proyecto es la realización de las acciones necesarias para que la patente “Método de fabricación de dispositivo de microondas basado en guía de onda vacía integrada en sustrato” pueda ser transferida con garantías de éxito a las empresas para su posterior explotación. El objeto de la patente fue el desarrollo de una nueva técnica para la fabricación de dispositivos de comunicaciones de alta frecuencia que se basa en tres pilares:
  • El uso de la tecnología de guía de onda integrada en sustrato, que permite desarrollar un amplísimo rango de dispositivos de comunicaciones: líneas de transmisión, filtros, resonadores, divisores de potencia, híbridos, desfasadores, antenas, etc. integrados en un sustrato planar (de bajo coste), pero que presentan las buenas prestaciones de los dispositivos tradicionales desarrollados en guía de onda.
  • El uso de la impresión 3D con materiales poliméricos (plásticos) posteriormente metalizados para la fabricación de los dispositivos de comunicación. Los materiales poliméricos son más ligeros que los metales que tradicionalmente se utilizan y la fabricación 3D permite un prototipado mucho más rápido que los métodos tradicionales. Además, las precisiones obtenidas con estos métodos de fabricación son altísimas. Por otra parte, los dispositivos de comunicaciones deben ser conductores, para poder manejar señales de alta frecuencia, por tanto, los dispositivos fabricados con impresión 3D, si son poliméricos, deben metalizarse con cobre u otro material de alta conductividad, asegurando la calidad y durabilidad de esa metalización tal como lo hace el método patentado.
  • La integración modular de los dispositivos desarrollados en un circuito o sistema complejo. Esta integración se consigue gracias a unas transiciones con el resto del circuito y un sistema de anclaje con tornillería que permite ensamblar de una forma sencilla el dispositivo con el resto de la circuitería, cambiándolo por otro si la aplicación así lo requiriese o si se estropease por algún motivo, sin necesidad de modificar el resto del circuito.

2022

DESARROLLO DE DISPOSITIVOS DE COMUNICACIONES DE ALTA FRECUENCIA UTILIZANDO TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE FABRICACIÓN ADITIVA Y METALIZADO (CAFTAM)

2022-2024 - Área: Antenas, Microondas y Propagación - Grupo: Grupo de Aplicaciones de las Microondas (GAM) - Presupuesto : 224346.52€

Los actuales sistemas de radiocomunicación se enfrentan a la progresiva saturación del espectro electromagnético que, unido a unos requerimientos de anchos de banda (velocidades de transmisión) cada vez mayores, está obligando a los sistemas a migrar hacia bandas de frecuencias más altas. Aunque existen numerosas tecnologías para la fabricación de dispositivos de comunicaciones, su éxito comercial exige una gran eficiencia en términos de coste y producción masiva junto con unas adecuadas prestaciones electromagnéticas. Pero ¿Cuál es la tecnología más adecuada para fabricar estos dispositivos con la eficiencia y prestaciones requeridas? Las tecnologías de fabricación aditiva permiten un espectro amplísimo de topologías volumétricas, además de reducir el tiempo de fabricación, el peso y el costo en comparación con los procesos de fresado sobre metal tradicionales. Para dotar al dispositivo de conductividad eléctrica éste se debe metalizar, necesitando, por tanto, técnicas eficientes para tal efecto. Por ello, primero se diseñan un amplio abanico de estructuras que permitan dar soluciones integrales a la industria. Seguidamente, se analiza el uso de nuevos materiales y tecnologías de fabricación que permitan adecuarse a las necesidades de la industria. Finalmente, se desarrollan nuevos procesos de metalización y acabados que faciliten la conductividad requerida de estos dispositivos de comunicaciones de radiofrecuencia para aplicaciones terrestres, marítimas y espaciales. Se estima que el uso de tecnologías de fabricación aditiva para estas aplicaciones proporcionará dispositivos hasta 10 veces más ligeros, permitirá drásticamente los residuos en comparación con el mecanizado de piezas metálicas, y permitirá fabricar piezas que son imposibles de hacer con las técnicas tradicionales. CAFTAM es un proyecto colaborativo de desarrollo experimental, liderado por el Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia (ITEAM) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), quien aportará su experiencia en el diseño y optimización de circuitos de comunicaciones de alta frecuencia (filtros, antenas, divisores, etc.). AIJU desarrollará los dispositivos seleccionados aplicando una elevada calidad superficial y dimensional mediante diversas tecnologías de fabricación aditiva, el Instituto de Tecnología Química (CSIC- ITQ) llevará a cabo novedosos procesos de metalizado catalítico de carácter mixto, químico y galvánico sobre las piezas desarrolladas. La empresa participante DISMUNTEL, con experiencia y conocimientos en el ámbito de RFID y electrónica de control, contribuirá en la proposición del reto de parte de la industria en el ámbito de las telecomunicaciones y en la comprobación de la correcta funcionalidad de los dispositivos desarrollados en el ámbito real. Esta colaboración se enmarca dentro de un proyecto de investigación financiado por la Agència Valenciana de la Innovació (AVI) dentro del Programa Proyectos estratégicos en cooperación.

2023

Futuras Investigaciones sobre Tecnologías Emergentes de Alta Frecuencia para Sistemas de Comunicación por Satélite de Próxima Generación (FURTHER-SAT)

2023-2026 - Área: Antenas, Microondas y Propagación - 2 Grupos de Investigación

FURTHER-SAT se trata de un proyecto autonómico que, desde un punto de vista científico-tecnológico, se centra en todas las tecnologías de alta frecuencia disponibles: las clásicas basadas en circuitos planos y guías de ondas, las más recientes guías de ondas planas integradas con/sin sustrato dieléctrico (es decir, SIW, ESIW y ESICL), y el prometedor concepto de guías de ondas groove gap waveguides. También se estudian materiales avanzados (como los artificiales -metamateriales-, cristales líquidos y cerámicas de alta permitividad), así como diversas técnicas de fabricación (fresado de alta precisión, métodos de fabricación aditiva, cerámica cocida a baja temperatura -LTCC- y procesos de micromecanizado).

2020

Avances en Tecnologías Guiadas para los Próximos Equipos de Comunicaciones por Satélite (ADWASAT)


Los sistemas de comunicaciones espaciales son un activo clave para soportar los servicios y aplicaciones más relevantes de cualquier Sociedad Digital moderna. Entre ellos están los servicios de telecomunicaciones instantáneos y ubicuos (voz de alta calidad, datos a alta velocidad o difusión de radio y televisión), sistemas globales de radionavegación por satélite (Galileo en Europa y GPS en EE. UU.), así como los programas de observación de la Tierra (como Copernicus y Living Planet, financiados por la Comisión Europea -CE- y la Agencia Espacial Europea -ESA) orientados a la seguridad, estudio del medio ambiente y del cambio climático. Incluso las recientes redes de telefonía móvil terrestre 5G y 6G se verán reforzadas a través de una infraestructura basada en satélites. Como resultado, los ciudadanos de todo el mundo (y en particular los europeos y españoles) se benefician enormemente en términos de crecimiento económico, bienestar social y avances científicos y tecnológicos. En la actualidad, el Programa Espacial Europeo está siendo impulsado (por la ESA, la CE y el sector industrial) a través de satélites de próxima generación al servicio de importantes proyectos espaciales: la segunda generación de Galileo y la tercera generación de METEOSAT, las próximas cinco misiones Sentinel y el satélite EarthCARE de los programas Copernicus y Living Planet, y las nuevas líneas de producto en satélites de telecomunicaciones denominadas Spacebus y Eurostar Neo. Además, las mega constelaciones de pequeños satélites (proyectos SpaceX y OneWeb) que brindan conectividad global a Internet están en plena expansión. Y todo gracias al establecimiento de enlaces avanzados de comunicación por satélite, basados en nuevos equipos de alta frecuencia (componentes pasivos y antenas) que utilizarán tecnologías emergentes. Por lo tanto, como también sugieren los principales actores del sector espacial (la ESA, así como empresas multinacionales y españolas), se deben idear y diseñar soluciones novedosas para dispositivos pasivos de alta frecuencia y elementos radiantes. Estos nuevos equipos tendrán que abordar desafíos múltiples e interdisciplinares, en términos de tamaño eléctrico (compactos), frecuencia adaptativa y recursos de ancho de banda espectral (reconfigurables), mayores niveles de potencia de transmisión (lidiando con los efectos de descarga e intermodulación) y viabilidad de fabricación (problemas de precisión y repetibilidad). Además, estos requisitos deberán abordarse adecuadamente en diversos rangos de frecuencia (que cubren las bandas de ondas de RF, microondas, milimétricas y submilimétricas). Para ello, se propone un proyecto coordinado (IMPULSE) a realizar por un equipo de 5 grupos académicos de investigación (con colaboraciones previas exitosas). Cuatro subproyectos complementarios desarrollarán conjuntamente investigaciones de primer nivel sobre equipos innovadores de comunicación por satélite, considerando tecnologías de alta frecuencia tradicionales y emergentes: es decir, las basadas en circuitos planares y en guías de ondas 3D, las soluciones híbridas (guías de ondas planas implementadas en sustratos dieléctricos y vacíos), y el conjunto recién propuesto de guías con paredes corrugadas (o gap waveguides). También se investigarán materiales avanzados y sintonizables (como bioplásticos, grafeno y cristal líquido), así como técnicas de fabricación clásicas (fresado, LTCC) y más recientes (fabricación aditiva, micro mecanizado). Este subproyecto, que actúa como coordinador del proyecto general y de los equipos participantes, además de revisar el trabajo conjunto sobre las herramientas CAE (métodos asistidos por ordenador de análisis, síntesis y optimización), y desarrollar completamente un demostrador integrado para una etapa de salida de múltiples haces en banda Ka, contribuye en el avance del uso práctico de varias tecnologías de guía de ondas para comunicaciones espaciales. En particular, se centra en la tecnología de guía de onda integrada de sustrato (SIW) coaxial, topologías plegadas y estriadas de la versión SIW vacía (ESIW) y componentes mecánicamente sintonizables (principalmente filtros y diplexores) utilizando cavidades de guía de onda 3D. También se aborda la implementación práctica de prototipos mediante técnicas LTCC e impresión 3D (con resinas metalizadas), así como la validación experimental de equipos (efectos de alta frecuencia y experimentos de comunicación con pequeños satélites).

2023

HIGH-EFFICIENCY ELECTRONICALLY BEAM-STEERABLE ANTENNAS FOR NEW GENERATION SATELLITE NETWORKS IN THE MILLIMETER-WAVE BAND (ANTELECIA)


In the new generation of wireless communications systems in the millimeter band, reconfigurable antennas are becoming an essential technological pillar, as they must compensate for the high propagation losses at high frequencies. As a consequence, the development of new high-performance terminals for moving vehicles, trains, airplanes or rescue equipment is today a goal pursued by many companies worldwide. In this context, the main objective of this project is the development of electronically beam-steerable antennas for communications systems in the millimeter band. Specifically, this project aims at improving the efficiency of these antennas by integrating low-loss waveguide technologies instead of traditional printed technologies. The research will focus on the design, fabrication and experimental validation of two technological demonstrators in the K/Ka bands, valid for satellite communications in motion.

COST-EFFECTIVE ANTENNA TECHNOLOGIES FOR SUSTAINABLE MM-WAVE BROADBAND COMMUNICATIONS (COFFEE)


Nowadays, telecommunications systems have become an integral part of our daily lives and have an undeniable impact on our private and professional activities. The anyone to anything, anytime, anywhere paradigm, originally conceived for 5G mobile communications networks, is progressively becoming a reality. The primary needs driving this change have been high-throughput mobile connections, reliable low-latency connections, and massive machine-to-machine communications. This trend is leading technological advances in all segments of the ecosystem, where the use of millimeter waves is crucial to implement high-capacity wireless networks. Currently, the electromagnetic spectrum below 6 GHz (sub-6) is highly saturated, so the use of these higher bands allows for a significant increase in data rates. These new millimeter-wave systems are even becoming a valid alternative to copper and fiber connections in urban areas. Their role, already crucial in 5G infrastructure, will be even more important in the future. The 6G network architecture currently being conceived is strongly oriented towards a hierarchical infrastructure, referred to as a vertical heterogeneous network, providing universal coverage by integrating terrestrial, aerial, and space communication links. This new scenario calls for a new generation of high-efficiency antennas in the millimeter-wave band, being one of the key enabling technologies for the successful deployment of this global network. Due to the heterogeneity of the different nodes and links, the characteristics of the antennas to be developed are very diverse, being possible to use different technologies and typologies. Among other specifications, this project addresses fixed-beam antennas for backhaul links, antennas capable of covering multiple bands, including combinations of mm-wave with sub-6 bands, beam-steerable antennas for communications on the move, or multi-beam antennas for 5G/6G base stations, all of which will be strongly demanded in the next decade. In addition, the sustainability and affordability of such a huge mm-wave global network demand cost-effective antenna technologies with an enhanced trade-off between fabrication cost and energy efficiency. With this aim, this project investigates different antenna technologies, such as novel versions of gap waveguides with simpler fabrication processes, traveling and leaky-wave radiation mechanisms based on novel slow-wave structures, glide-symmetric holey metasurfaces, or innovative 3D printed configurations. The proposed antenna solutions should be carefully validated through prototyping, with particular attention to low-cost fabrication procedures such as additive manufacturing or conventional printed-circuit-board techniques.

2022

BEAM STEERABLE ARRAY ANTENNA FOR MM-WAVE COMMUNICATION NETWORKS (STEERCOMM)


Massive access by society to new broadband communications systems in the millimeter-wave band seems to be an imminent reality. However, there are still some technological barriers to overcome from the antenna point of view. The development of low-cost mobile terminals for Ka-band satellite communications, for example, is one of the most complex challenges for those working in the telecommunications sector. In particular, the ability to reliably control beam steering while keeping the antenna fixed is one of the great challenges of today's technology. This feature has a very important impact on the antenna profile and can really make a difference compared to existing terminals, especially in the aeronautical sector. Since the antenna is considered a key enabling technology for the envisioned industrial sector, the main objective of this project focuses on demonstrating that the mechanical phase shifter can indeed be operational in an antenna with the size and specifications associated with SATCOM applications, and in general with new millimeter band communications systems. This full-scale evaluation is of vital importance. Some specifications, such as bandwidth, sweep range and polarization purity, are highly dependent on antenna size. A larger size of the internal feed network is more difficult to design and limits the bandwidth. In addition, coupling between radiating elements in the array aperture, especially for scan angles close to the horizon line, quickly spoils the radiation pattern and beam pointing. The manufacturing cost of the radiating subsystem is another key factor in developing an easily industrializable product. In this project, alternative guiding technologies to the one used in the original prototype are studied in order to reduce costs. The size occupied by the phase-shifting structure is also another feature to be improved in order to achieve a competitive prototype. The final goal of this project is the experimental demonstration of the concept by means of a functional prototype and the dissemination and commercialization of the results among the sectors of interest.

2021

MEASUREMENT TECHNIQUES AND ADVANCED CHANNEL MODELS FOR THE DEFINITION OF FUTURE 6G SYSTEMS (A6GMODEL-UPV)


The new application technologies envisioned for the next decade make that technical performance requirements of 6G must be higher than those currently achieved by 5G. Requirements of large bandwidths (to be defined, but higher than 400 MHz), high peak data rate (more than 1 Tbps), high user experience rate (on the order of 1 Gbps), density of connected devices (107 devices/km2) and user plane latency (from 25 µs to 1 ms), to mention the most representative, require technical challenges at the PHY layer, but also new improvements in the core network. To overcome these technical challenges, 6G wireless channels need to be thoroughly studied, since the knowledge of the channel is the basis for designing, optimizing and evaluating the performance of any wireless system. As in 5G, the definition of 6G once again represents a challenge in channel measurements and modelling. The introduction of new enabling technologies, e.g., very large arrays and distributed arrays, and large bandwidths require more complete and robust channel models. Based on the starting hypothesis, the objective of the project is to develop wireless channel models and generate the channel knowledge required to the definition, standardization, and deployment of the future 6G systems. As indicated in the future vision of channel models in Section 1, important contributions are expected to be made in the three following challenges:
  • Definition of a new taxonomy of radio channels.
  • Inclusion of very large MIMO arrays and distributed MIMO arrays in the wireless channel model.
  • Development of hybrid Quasi-Deterministic channel models.
To achieve the objective of the project, we define a methodology that combines channel measurements, channel simulations, and experimental and theoretical channel modelling.

2020

RECONFIGURABLE ANTENNAS FOR MM-WAVE BROADBAND COMMUNICATIONS (RECOMM)


In the coming years, the implementation of broadband communications systems in the millimeter band with global coverage will acquire special relevance. It aims at a convergence of the fixed and mobile services to offer a universal quality of service similar to that of the already mature fiber optic networks. The imminent deployment of 5G networks promises to provide broadband service in sufficiently populated areas, the rest being covered by next-generation communications satellites. The latter allow uninterrupted connection in means of transport (trains, ships, planes) and serve as backup in areas affected by natural disasters or conflict and / or remote zones. The development of antennas for satellite communications in Ka-band, valid for trains or airplanes, represents a great technological challenge that has not yet been effectively solved by the industry. Very low profile antennas must meet very demanding specifications in terms of gain, secondary lobes, high purity circular polarization, and dual band operation. To these requirements must be added a high degree of reconfigurability, since they must be able to switch polarization in addition to pointing the beam dynamically towards the satellite to compensate for the movement. Also, the deployment of the emerging 5G demands reconfigurable multibeam antennas capable of serving several users simultaneously. This project addresses the development of new antenna concepts in the millimeter band capable of meeting the demanding needs of these communication systems. Special attention is paid to highly efficient antennas, dual in polarization and / or frequency and capable of reconfiguring their radiation pattern. The control of beam pointing, maintaining the flat character of the antenna, is one of the main objectives of the project. The implementation of a low-cost alternative mechanism to electronic phase shifters opens the door to the development of competitive low-profile terminals. Innovative solutions capable of generating several simultaneous directing beams are also implemented, valid for multi-user and/or multi-path MIMO communications.

2018

RAdio CHannel research for the deployment of 5G systems in a digital society multi-connected (ICAR5G)


The future traffic demands will require the deployment of new communication systems with faster as well as more efficient and reliable connections. The new 5G systems will represent a significant improvement over 4G systems, increasing the speed of LTE-Advanced by 1000. To increase channel capacity, the distribution of ultra-dense networks of base stations, the use of new frequency bands, such as millimeter-wave (mmWave), and the combination of beamforming techniques and advanced MIMO systems arise as a requirement. In this scenario, the knowledge of the radio channel holds the key to define the standard, select new frequency bands, and optimize the deployment of the network infrastructure. With the aim of studying the radio channel properties for the new 5G scenarios, the project ICAR5G started in 2018. The objectives of this project are to generate new radio channel models based on extensive measurement campaigns, complementing the actions being already developed in other projects, to evaluate the different technologies to be implemented in the radio interface and to optimize the deployment of base stations. In addition, this knowledge is intended to assist decision-making in the process of reorganization and assignment of frequencies in future 5G systems by the standardization and radio spectrum management bodies. Up to now, extensive channel measurements in underground and indoor office environments have been collected using a novel channel sounder implemented in the frequency domain and based on the use of radio over fiber (RoF) links with omnidirectional antennas. From the channel measurements, realistic channel models have been analyzed and developed in the potential frequency bands to deploy the future 5G systems, with special attention to mmWave, e.g., 26, 28, 38 and 60 GHz. These models have been compared with ray-tracing techniques to develop diffuse scattering models. The performance of multiuser MIMO techniques, that can be introduced into 5G systems, have also been investigated in these particular environments from the channel models.

2017

NEW ANTENNAS FOR SATELLITE MOBILE COMMUNICATIONS IN KA-BAND (SATCOM-KA)


New antenna concepts and topologies for Ka-band  terminals (in the range from 19 to 31 GHz) for satellite communications were explored in this project, targeting at reducing terminal volume and weight so that they may be suitable for on-the-move applications. The proposal was focused on the antenna panel, probably the most complex part of the whole terminal: the mobile terminal comprises TX and an RX antennas operating at well-separated bands (30 GHz and 20 GHz, respectively). Furthermore, being a cellular service, the mobile terminal must be capable of switching polarization during handover from one spotbeam to the next. Therefore, the project has faced the design of so-called dual antennas sharing the same panel for both polarizations and/or both frequency bands, so that overall surface reserved to the antenna is lower. In addition, the project has studied new beam pointing mechanisms so that the antenna may remain static while the main beam moves tracking the satellite. During the last year, main effort has been devoted to mechanically-scanned-beam antennas, giving rise to a new concept of mechanical phase shifter which has been experimentally verified. This concept has been subject to a patent and a journal paper.