Actualment estem entrant a una nova era de la informació amb gran demanda de sistemes de comunicació sense fils. Nous serveis com dades i video requereixen transmissions fiables d'alta velocitat, fins i tot en escenaris d'alta mobilitat. A més a més, la dificultat d'assignar el limitat espectre radioelèctric juntament amb la necessitat d'incrementar el temps de vida de les bateries dels terminals mòbils, requereix el diseny de transceptors que usin la potència i l'ampla de banda disponibles de manera eficient. Les comunicacions multiportadora basades en OFDM són capaces de satisfer la majoria d'aquests requeriments. Però, entre altres reptes, reduir la sensibilitat a la amplificació no-lineal és un factor clau durant el diseny. En aquesta tesi doctoral s'analitza la sensibilitat dels sistemes multiportadora basats en OFDM a l'amplificació no-lineal i es consideren formes eficients per superar aquest problema. La tesi s'enfoca principalment al problema de reduir les fluctuacions de l'envolupant del senyal transmès. En aquest sentit es presenta també un estudi de les mètriques de l'envolupant del senyal, PAPR i CM. A més a més, basant-nos en l'anàlisis presentat es proposen noves tècniques per sistemes OFDM i MC-SS. Per MC-SS, també es tracta el diseny d'una tècnica de postprocessament en forma de detector multiusuari per canals no-lineals. / Actualmente estamos entrando en una nueva era de la información donde se da una gran demanda de sistemas de comunicación inalámbricos. Nuevos servicios como datos y vídeo requieren transmisiones fiables de alta velocidad, incluso en escenarios de alta movilidad. Además, la dificultad de asignar el limitado espectro radioeléctrico junto con la necesidad de incrementar el tiempo de vida de las baterías de los terminales móviles, requiere el diseño de transceptores que usen eficientemente la potencia y el ancho de banda disponibles. Las comunicaciones multiportadora basadas en OFDM son capaces de satisfacer la mayoría de dichos requerimientos. Sin embargo, entre otros retos, reducir su sensibilidad a la amplificación no-lineal es un factor clave durante el diseño. En esta tesis se analiza la sensibilidad de los sistemas multiportadora basados en OFDM a la amplificación no-lineal y se consideran formas eficientes para superar dicho problema. La tesis se enfoca principalmente al problema de reducir las fluctuaciones de la envolvente. En este sentido también se presenta un estudio de las métricas de la señal, PAPR y CM. Además, basándonos en el análisis presentado se proponen nuevas técnicas para OFDM y MC-SS. Para MC-SS, también se trata el diseño de un detector multiusuario para canales no-lineales. / We are now facing a new information age with high demand of wireless communication systems. New services such as data and video require achieving reliable high-speed transmissions even in high mobility scenarios. Moreover, the difficulty to allocate so many wireless communication systems in the limited frequency band in addition to the demand for long battery life requires designing spectrum and power efficient transceivers. Multicarrier communications based on OFDM are known to fulfill most of the requirements of such systems. However, among other challenges, reducing the sensitivity to nonlinear amplification has become a design key. In this thesis the sensitivity of OFDM-based multicarrier systems to nonlinear amplification is analyzed and efficient ways to overcome this problem are considered. The focus is mainly on the problem of reducing the envelope fluctuations. Therefore, a study of the signal metrics, namely PAPR and CM, is also presented. From the presented analysis, several new techniques for OFDM and MC-SS are proposed. For MC-SS, the design of a post-processing technique in the form of a multiuser detector for nonlinearly distorted MC-SS symbols is also addressed.

El món de les comunicacions per la xarxa elèctrica (CXE) pot ser dividit en tres grans tipus: CXE en baix voltatge (CXE-BV), en mig voltatge (CXE-MV) i en alt voltatge (CXE-AV). En aquests últims anys, les CXE-BV han atret una gran expectació, ja que les seves capacitats han fet d'aquesta tecnologia una bona opció com alternativa pel bucle local d'accés i pel desplegament de xarxes d'àrea local, focalitzades aquestes últimes en l'entorn domèstic. A més, les CXE-BV inclouen un conjunt d'aplicacions de baixa velocitat orientades a l'operador, com la lectura automàtica de comptadors (LAC), distribució de càrrega, facturació dinàmica, etc. Per altra banda, les CXE-MV i CXE-AV, històricament lligades a tasques de telecontrol i teleprotecció, s'estan començant a considerar com un canal de comunicacions eficient i fiable. El desenvolupament de sistemes digitals i els esforços d'estandardització estan fent d'aquests canals un medi atractiu per a que els operadors elèctrics ofereixin serveis de comunicacions, ja que no necessiten invertir en infraestructura perquè la xarxa elèctrica ja està desplegada.En aquesta Tesi s'introduiran i es comentaran les particularitats de les tres xarxes elèctriques, després, es mostraran al lector les solucions tecnològiques existents pels canals de BV basats en la norma Europea CENELEC així com pels canals d'AV, mostrant que els sistemes actuals de LAC ofereixen una diversitat freqüencial molt baixa i que els mòdems CXE-AV estan ancorats en estendards antiquats.Aquest treball es mou per les tres topologies de la xarxa, particularment, en aplicacions orientades a la banda CENELEC, en mesura i modelat de canal, i en mesura i disseny del nivell físic per sistemes CXE-BV, CXE-MV i CXE-AV respectivament. Els sistemes actuals que exploten la banda CENELEC ofereixen mecanismes d'explotació de la diversitat freqüencial del canal molt limitats o nuls, donant lloc a una baixa robustesa en front a interferències i soroll de fons acolorit. Aquest treball proposa un esquema de modulació multiportadora que, mantenint una complexitat baixa, ofereix unes altes prestacions permetent un bon nivell d'explotació de la selectivitat freqüencial. Per al que a CXE-MV respecta, aquesta Tesi desenvolupa un model de canal determinístic-estadístic pels anells urbans de distribució de potència i, finalment, en sistemes CXE-AV, aquest treball proposa, basat en mesures de canal i proves de camp, un nivell físic de banda ampla capaç de incrementar la velocitat de comunicació mentre manté una baixa densitat espectral de potència limitant així la interferència a altres sistemes.PARAULES CLAU: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters. / El mundo de las comunicaciones por la red eléctrica (CRE) puede ser dividido en tres grandes tipos: CRE en bajo voltaje (CRE-BV), en medio voltaje (CRE-MV) y en alto voltaje (CRE-AV). En estos últimos años, las CRE-BV han atraído una gran expectación, ya que sus capacidades han hecho de esta tecnología una buena opción como alternativa para el bucle local de acceso y para el despliegue de redes de área local, focalizadas estas últimas en el entorno doméstico. Además, las CRE-BV incluyen un conjunto de aplicaciones de baja velocidad orientadas al operador como la lectura automática de contadores (LAC), distribución de carga, facturación dinámica, etc. Por otro lado, las CRE-MV y CRE-AV, históricamente ligadas a tareas de telecontrol y teleprotección, se están empezando a considerar como un canal de comunicaciones eficiente y fiable. El desarrollo de sistemas digitales y los esfuerzos de estandarización están haciendo de estos canales un medio atractivo para que los operadores eléctricos ofrezcan servicios de comunicaciones, ya que no necesitan invertir en infraestructura porque la red eléctrica ya está desplegada.En esta Tesis se introducirán y se comentarán las particularidades de las tres redes eléctricas, luego, se mostrarán al lector las soluciones tecnológicas existentes para los canales de BV basados en la norma Europea CENELEC así como para los canales de AV, mostrando que los sistemas actuales de LAC ofrecen una diversidad frecuencial muy baja y que los módems CRE-AV están anclados en estándares anticuados.Este trabajo se mueve por las tres topologías de red, particularmente, en aplicaciones orientadas a la banda CENELEC, en medida y modelado de canal, y en medida y diseño del nivel físico para sistemas CRE-BV, CRE-MV y CRE-AV respectivamente. Los sistemas actuales que explotan la banda CENELEC ofrecen mecanismos de explotación de la diversidad frecuencial del canal muy limitados o nulos, dando lugar a una escasa robustez frente a interferencias y ruido de fondo coloreado. Este trabajo propone un esquema de modulación multiportadora que, manteniendo una complejidad baja, ofrece unas altas prestaciones permitiendo un buen nivel de explotación de la selectividad frecuencial. Por lo que a CRE-MV respecta, esta Tesis desarrolla un modelo de canal determinístico-estadístico para los anillos urbanos de distribución de potencia y, finalmente, en sistemas de CRE-AV, este trabajo propone, basado en medidas de canal y pruebas de campo, un nivel físico de banda ancha capaz de incrementar la velocidad de comunicación mientras mantiene una baja densidad espectral de potencia limitando así la interferencia a otros sistemas.PALABRAS CLAVE: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters. / The world of Power line communications (PLC) can be divided into three main types: low voltage PLC (LV-PLC), medium voltage PLC (MV-PLC) and high voltage PLC (HV-PLC). These last years, LV-PLC has attracted a great expectation since its wideband capabilities has made this technology a suitable choice for last-mile access and in-home communications. Moreover, LV-PLC also includes a utility oriented low frequency and low speed applications, such as automatic meter reading (AMR), load distribution, dynamic billing and so on. On the other hand, MV-PLC and HV-PLC, historically oriented to teleprotection and telecontrol tasks, are being considered as a reliable communication channel. The development of digital equipment and the standardization efforts are making those channels an attractive medium for electrical utilities telecommunications services, since the network, as well as in LV-PLC, is already deployed. In this PhD dissertation, the three different PLC topologies are reviewed and the different communications techniques in such channels exposed. Then, a deep technological review of existing AMR solutions for the European CENELEC band, as well as HV-PLC systems is given, showing that existing AMR systems deliver low frequency diversity and HV-PLC systems are anchored in old fashioned standards.This work walks around the three topologies, specifically, CENELEC band utility oriented applications, channel measurement and modeling and channel measurement and physical layer design, regarding LV-PLC, MV-PLC and HV-PLC respectively. Existing CENELEC compliant systems deliver low or none frequency diversity mechanisms, yielding in a low robustness against colored noise and interference. This work propose a multicarrier based physical layer approach that, while keeping the complexity low, delivers high performance allowing a great level of frequency diversity. Focusing on MV-PLC, a hybrid deterministic-statistical channel model for urban underground rings is developed and, finally, in HV-PLC systems, this work proposes, based on measurements and field tests, a wideband physical layer in order to increase data rate while keeping low both the power spectral density and possible interference to other systems.KEYWORDS: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters.