INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN EN EL DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS Y RADIOCOMUNICACIONES. Autores: Félix Pérez Martínez, Leandro de Haro Ariet NOTA: Las fotos se han introducido en los cuadros de los grupos. Si se necesitan fotos adicionales se disponen de todas las necesarias. INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN EN DEPARTAMENTO DE SEÑALES, SISTEMAS RADIOCOMUNICACIONES. EL Y El Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones (SSR) se crea en el verano de 1987 cuando diversos Grupos de Investigación, trabajando en las áreas de radio, tratamiento de señal y comunicaciones, deciden unirse para constituir el departamento más grande de la E.T.S.I. de Telecomunicación y uno de los mayores de la Universidad Politécnica de Madrid. Desde entonces, ha evolucionado hasta cubrir una buena parte de lo que conocemos como Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC's). En estos momentos, el Departamento de SSR, está integrado por 60 profesores – prácticamente todos en dedicación exclusiva - y 25 becarios de investigación, cuya labor está apoyada por 9 técnicos y 7 administrativos. Si además consideramos los aproximadamente, 50 estudiantes que desarrollan sus proyectos fin de carrera integrados en los proyectos de investigación - una buena parte de ellos becados - y un pequeño número de investigadores contratados con cargo a proyectos o destacados por las empresas colaboradoras, se configuran una de las entidades de investigación más importantes del país con más de 150 miembros. ESTRUCTURA INVESTIGADORA La actividad investigadora es llevada a cabo por diez Grupos de Investigación especializados en diversos segmentos de las TIC's, en los que, a lo largo de estos años, han desarrollado un significativo "know-how" ampliamente reconocido y valorado en el sector. Ordenados por orden alfabético, son los siguientes: • • • • • • • • • • Grupo de Aplicaciones del Procesado de Señales (GAPS) Grupo de Circuitos (GC) Grupo de Microondas y Radar (GMR) Grupo de Procesado de Datos y Simulación (GPDS) Grupo de Radiación (GR) Grupo de Radiocomunicaciones (GRC) Grupo de Tecnologías de la Información y Comunicaciones (GTIC) Grupo de Tratamiento Digital de Señales en Comunicaciones (GTDSC) Grupo de Tratamiento Digital de Señales en Tiempo Real (TDS-TR) Grupo de Tratamiento de Imágenes (GTI) Estos grupos están formados por un conjunto de profesores que, voluntariamente, deciden compartir líneas de investigación, personal de apoyo, infraestructuras y en muchos casos medios de financiación, delegando su representación externa en un profesor de reconocido prestigio en el sector. Esta estructura investigadora ha demostrado una eficacia contrastada, tanto por sus resultados - en términos de volumen de proyectos realizados, publicaciones científicas, tesis etc. -, como por la capacidad de los grupos para mantener importantes infraestructuras que incluyen grandes equipamientos, servidores de información y redes locales propias. CARACTERÍSTICAS DE LA INVESTIGACIÓN La investigación del Departamento de SSR es fundamentalmente aplicada y orientada tanto al desarrollo de nuevos componentes y sistemas como al desarrollo de las técnicas y herramientas que permiten su operación. Sus características más relevantes son: • Equilibrio entre los intereses científicos y las necesidades presentes y futuras del sector. En este departamento es fácil identificar la existencia simultanea de líneas de investigación avanzadas, en torno a las que se realizan las tesis doctorales, y de otras, mucho más próximas al desarrollo y la innovación, que responden a necesidades a corto y medio plazo de las empresas. De este modo conviven dos vocaciones, una científica y otra más pragmática y próxima a la industria nacional que, lejos de ser contradictorias, han demostrado su complementariedad. Las primeras están subvencionadas por organismos públicos (CICYT, Comisión Europea, Comunidad de Madrid…) y son el soporte de las segundas pues son aprovechadas para adquirir técnicas, tecnologías y equipamiento con algunos años de adelanto respecto de las necesidades de los operadores e industrias. • Carácter interdisciplinar e integración vertical de las actividades investigadoras. Desde hace algunos años la necesidad de adaptarse a la evolución del sector está propiciando la diversificación de los contenidos de las investigaciones realizadas en los diferentes grupos y, quizás lo más significativo, su dominio de diferentes tecnologías - "hardware", "software", modelado y simulación - que son integradas verticalmente para configurar subsistemas y sistemas cada vez más complejos. Ello ha exigido un esfuerzo de especialización entre los miembros de los grupos y les ha dotado de un carácter interdisciplinar muy adecuado a los requerimientos del sector. • Elevado tamaño de los Grupos de Investigación. Aunque el número de componentes de los diferentes grupos es variable, lo cierto es que constituye una singularidad en la universidad española la existencia de grupos formados por un número significativo de profesores – ver cuadro adjunto - que se organizan en equipos de investigación. Estos equipos, liderados por los investigadores con más experiencia, trabajan compartiendo conocimientos, tecnologías y medios lo que les permite abordar proyectos de cierta envergadura. • Colaboración entre los diferentes grupos. Aunque es evidente la especialización en áreas concretas de los grupos que constituyen el SSR, lo cierto es que las fronteras entre estas son en muchos casos difusas. De hecho, es habitual el solape de actividades que se resuelve mediante colaboraciones entre los grupos, buscando la complementaridad de sus habilidades y recursos. Por otro lado, cada día es más frecuente la participación en proyectos conjuntos con equipos de investigación de otros departamentos universitarios y empresas, siendo especialmente significativas las colaboraciones con otras escuelas de telecomunicación. • Generación de conocimientos e infraestructuras. Como se ha indicado, la estructura de grupos ha favorecido que una parte importante de los recursos se hayan dedicado a la creación de conocimientos e infraestructuras compartidas por los profesores de cada grupo. En buena medida, esto explica el volumen de proyectos con empresas para los que se aprovecha la sinergia de este tipo de estructuras. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Con el riesgo asociado a toda simplificación, en estos momentos, las actividades docentes e investigadoras del Departamento SSR se desarrollan en los siguientes campos: Tratamiento Digital de Señales, incluyendo el procesamiento de audio, vídeo y datos con especial relevancia en aplicaciones a modems de alta velocidad, componentes bluetooth, sistemas multimedia, visión artificial y fusión de datos. Tecnologías de Radiofrecuencia, cubriendo el desarrollo de antenas, circuitos y subsistemas trabajando hasta 90 GHz. Sistemas de Comunicaciones, utilizando todo tipo de medios de transmisión: cable, fibra y radio, siendo especialmente significativos los trabajos en los campos de las comunicaciones móviles y acceso fijo inalámbrico, incluyendo el desarrollo y aplicación de herramientas de planificación radioeléctrica. Sistemas Radar, orientados a las aplicaciones de control de tráfico aéreo y defensa, se abordan tanto su diseño y especificación, como el desarrollo de las técnicas de extracción y gestión de datos. Análisis del Sector de las TIC's, abordando temas de política y regulación de las telecomunicaciones e impacto social de las TIC's, entre otros. PROYECTOS INSTITUCIONALES La CICYT y la Comunidad de Madrid, fundamentalmente la primera, han sido tradicionalmente las instituciones que han financiado las líneas básicas de investigación. Estos fondos han permitido dotar al departamento de sus infraestructuras más importantes y su volumen anual oscila entre 50 y 100 millones de pesetas. A continuación se indican los proyectos activos en el último año y medio (del 1/1/2000 al 1/7/2001): 1. Comunicaciones avanzadas de alta eficiencia espectral en banda Ka. Aplicación al sistema LMDS (CICYT) 2. Aplicación de Algoritmos Basados en Procesos Naturales a la Predicción, la decisión y la Comunicación (CICYT) 3. Codificación de Imágenes a baja velocidad II (CICYT) 4. Eureka EU-1361 (ON-AIR) (CICYT) 5. Métodos Avanzados de Comunicaciones, Navegación y Vigilancia por Satélite para Tráfico Aéreo (CICYT) 6. Ayuda Complementaria para el Proyecto VISION (CICYT) 7. Servicios Multimedia en Museos y Bibliotecas vía Internet (BABEL)(CICYT) 8. "Desarrollo de VSAT para 20/30GHz para sistemas de satélites LEO, MEO y GEO" Subproyecto coordinado : Antenas para estaciones VSAT en banda Ka para sistemas de satélite LEO, MEO y GEO. (CICYT + Fondos FEDER) 9. Microsatélite (CICYT) 10. Visión artificial con aplicación a compresión de vídeo (CICYT) 11. Medida, Caracterización y Emulación de Ruido Impulsivo en banda ancha en canales de radiofrecuencia. Análisis de Calidad de Servicio bajo Ruido Impulsivo mediante la construcción de emuladores de canal con Ruido Impulsivo. (CICYT) 12. Caracterización de canales móviles en entornos micro/picocelulares (CICYT) 13. Nuevos sistemas de medida de antenas y compatibilidad electromagnética basados en algoritmos de reconstrucción de fuentes. Dirección Gral. de Enseñanza Superior - MEC. Programa Sectorial de Promoción General del Conocimiento. 14. Diseño, realización y caracterización experimental de antenas adaptativas para señales de espectro ensanchado, secuencia directa (CICYT) 15. Codificación de vídeo avanzada a baja velocidad. (CICYT) 16. Análisis de Alimentadores de Antenas Reflectoras de Altas Prestaciones para Comunicaciones por Satélite. Ministerio de Educación y Cultura 17. Diseño de antenas multi – satélite para recepción de televisión digital”. Subproyecto: Diseño de antenas planas ranuradas multisatélite para recepción de televisión digital. (Fondos FEDER y CICYT). 18. Optimización de Detectores No-Paramétricos Bajo Condiciones de Clutter No-Gaussiano en Aplicaciones Radar (CIC YT) PROYECTOS DE LA UNIÓN EUROPEA La Unión Europea a través de sus Programas, la Agencia Espacial Europea o los grandes proyectos industriales europeos – como el avión de combate europeo - han sido tradicionalmente otras de las fuentes de financiación más significativos, con volúmenes medios similares a los obtenidos de las instituciones españolas. En el último año y medio podemos destacar los siguientes: 1. ARGOS Centre for IPR Data Collection and Management (ARGOS) 2. Continuous Audiovisual Digital Market in Europe (HYPERMEDIA) 3. Departure and Arrival Integrated Management System for Cooperative Improvement of Airport Traffic Flow (DAVINCI) 4. Digital Interactive Satellite Terminals for Master Antenna Television Systems in the Third Millennium (S3M) 5. E-Mail Access through the Telephone Using Speech Technology Resources (E-MATTER) 6. Eureka EU-1361 (ON-AIR) 7. Improved Airport A-SMGCS by Integrated Multisensor Data Fusion (VISION) 8. Information Society and Urban Development in European Comparison (TCV-TELECITYVISION) 9. Intelligent Radar Management (IRM) 10. Mobile Multimedia Systems (MOMUSYS) 11. Novel Intelligent Automation and Control Systems (NIACS 2) 12. Speech Training for Deaf and Hearing Impaired People (ISAEUS) 13. Tourist Orientation and Support in Cultural Assisted Tours (TOSCA) 14. Virtual Image-Processing System for Intelligent Reconstruction of 3D Environments (VISIRE) 15. Self Learning Integrated Methodology – Virtual Reality Tool (SLIM-VRT) PROYECTOS CON EMPRESAS Los convenios con empresas para la realización de proyectos específicos es la fuente de financiación más importante de las actividades de I+D. Su volumen medio anual aproximado es de 200 millones de pesetas. A modo de ejemplo, en el periodo considerado, se han firmado 91 convenios con las siguientes empresas: Academia de Artillería de Segovia, Aena, Alcatel España S.A., Ayuntamiento de Tres Cantos, Bazán – Faba, Centro de Investigación Y Desarrollo de la Armada (Cida), CLH Compañía Logística de Hidrocarburos, Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación, Concentronic S.A., Corporación Multimedia S.A., Dyctel Infraestructuras de Telecomunicaciones S.A., Eliop S.A., Equifax Iberica S.L., Enred Consultores S.L., Fundación Airtel, Fundación Airtel Móvil, Fundación Universidad-Empresa, Gemini Consulting S.A., Gómez-Acebo y Pombo Abogados Sociedad Civil Profesional, Ikusi S.A., Indra Sistemas S.A., Kangaroo Internet S.A., Lince Telecomunicaciones S.A., M&C Integración de Sistemas S.A., Microgénesis S.A., Promi, Sener Ingeniería y Sistemas S.A., Servicios Generales de Teledifusion S.A.,Target Automotive Spain S.L., Teima Audiotex, Telecomunicaciones Operadas por Radio S.L., Telefónica Investigación y Desarrollo S.A., Telefónica Móviles España S.A., Telefónica Servicios Audiovisuales S.A., Teltronic S.A., Telvium S.L., Terminales de Telecomunicación Terrestre S.L., TSI Ltd., y TTTTelecomunicaciones S.L. Este listado permite asegurar que nuestro departamento colabora con las empresas más significativas del sector, siendo esta actividad uno de los aspectos más relevantes de la investigación en el SSR. RESULTADOS Esta actividad, además de suponer un esfuerzo notable de generación y transferencia de conocimientos y tecnologías, se ha traducido en un conjunto de resultados que, en los dos últimos años (1999 y 2000) podemos resumir en las siguientes cifras: • • • • 20 tesis doctorales Más de 200 publicaciones científicas, la mitad de ellas, aproximadamente, en revistas y congresos de carácter internacional. Presencia en 20 comités científicos varios premios También en conveniente resaltar la influencia que todo ello tiene en la actividad docente del SSR, especialmente en las enseñanzas de laboratorio. De hecho, los mecanismos de subvención cruzada desde la investigación a los laboratorios docentes son muy importantes. ... MIRANDO AL FUTURO Los párrafos anteriores reflejan, en nuestra opinión, el éxito de un modelo de investigación muy poco extendido en la universidad española. Un solo dato avala esta afirmación: el montante económico de la actividad investigadora del SSR supone el 7% del presupuesto total de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid. Sin embargo, se pueden apreciar algunos síntomas de que está alcanzando su madurez: limitaciones de espacio, dificultad de encontrar estudiantes de doctorado, estancamiento de la plantilla estable, escasa renovación de sus componentes etc. Por otro lado, las últimas tendencias en el planteamiento de las actividades de I+D apuntan a la potenciación de grandes proyectos realizados por grandes redes de investigadores trabajando en ámbitos internacionales. Son nuevos retos a que tendremos que enfrentarnos con nuevas ideas. En este sentido, la creación de un “Instituto de Telecomunicaciones”, la participación en “Redes de Excelencia” y otras iniciativas similares, constituyen los nuevos desafíos para la próxima década. Grupo de Aplicaciones del Procesado de Señal (GAPS) http://www.gaps.ssr.upm.es/ Persona de Contacto: José Manuel Páez Borrallo ([email protected]) Teléfono: 91 336 7280 Fax: 91 336 7350 Líneas de I+D: • Tratamiento de Señales (Audio, voz, radar, sonar y comunicaciones). • Diseño de transceptores Comunicaciones móviles de 3º y 4º generación. • Modems basados en técnicas multiportadora. • Codificación, reconocimiento y síntesis de voz. Medios Disponibles: • Estaciones de trabajo. • Sistemas de desarrollo para DSP y FPGA (Texas, Motorola, Cadence, etc). • Osciloscopios y analizadores de señales digitales. • Unidades multipuerto de adquisición de señales. • Equipamiento variado de audio profesional. Grupo de Circuitos (GC) (http://www.gc.ssr.upm.es/) Persona de Contacto: Diego Andina de la Fuente ([email protected]) Teléfono: 91 549 57 00 ext 380 Fax: 91 543 96 52 Líneas de I+D: • Comunicación Digital • Redes Neuronales Artificiales • Transformada Wavelet. • Comunicación y Filtrado Digital. • Secrafonía, Criptografía, Seguridad y Comercio Electrónico Medios Disponibles: • Módulo de laboratorio con PCs y red Windows NT. • Módulo de laboratorio con WorkStations y red UNIX. • Módulo de laboratorio de Medidas y Diseño Hardware. • Módulo de laboratorio para comunicaciones con Hispanoamérica (en desarrollo). M/H V/UHF AUDIO Analizador vectorial VÍDEO AUDIO 16 RF CANALES < 5MHz Monitor VÍDEO M/HF + V/UHF Panel de distribución IF M/H VÍDEO SATS AUDIO 16 CANALES V/UHF IF AUDIO Radio AR5000 RS-232 LEYENDA: Señal de RF (tip. µV) Señal de RF amplificada (tip. V) Señal de audio (tip. V) Señal de vídeo (tip. V) Señal de control (tip. V) Diagrama de bloques bastidor de instrumentación para procesado de señales Grupo de Microndas y Radar (GMR) (http.//www.gmr.ssr.upm.es) Persona de Contacto: Félix Pérez Martínez ([email protected]) Teléfono: 91 3367357 Fax: 91 3367362 Líneas de I+D: • Circuitos, dispositivos (lineales y no lineales) y sistemas de µondas y mm. • Sistemas radar y de radiocomunicaciones. • Antenas activas adaptativas. • Procesado de señales radar. • Transmisores de estado sólido para radar. • Métodos Numéricos. Medios Disponibles: • Paquetes de software comerciales: PSpice, Libra, Xtract, Anacat, SuperCompact, Ansoft HFSS, y Sonnet • Laboratorio de RF (hasta 50 GHz): analizadores de redes escalares y vectoriales, equipo de medida de figura de ruido, y analizadores de espectros. • Estación de puntas Cascade Microtech Summit9000. • Laboratorio fotolitográfico (10 µm) • Máquina para soldaduras de precisión Grupo de Procesado de Datos y Simulación (GPDS) Persona de Contacto: José Ramón Casar Corredera. ([email protected]) Teléfono: 91 3367225 Fax: 91 3365876 Líneas de I+D: • Sistemas Radar: Detección, modelado del clutter, técnicas CFAR, procesado, gestión de recursos, configuración adaptativa. • Seguimiento para radares primarios, secundarios y radares multifunción. • Detección y seguimiento de imágenes de vehículos • Fusión de datos: Esquemas de fusión en aeropuerto de información procedente de radares, GPS, sistemas de triangulación modo S, VHF y UHF. • Simulación de sistemas: de sistemas radar, de control de tráfico aéreo y de comunicaciones. Medios Disponibles: • Red de estaciones de trabajo UNIX. • Entornos de simulación de desarrollo propio: simuladores para aplicaciones de radar, de control de tráfico aéreo y de comunicaciones. • Sistemas de adquisición y procesado de imágenes. Grupo de Radiación (GR) (http://www.gr.ssr.upm.es/ ) Persona de Contacto: José Luis Besada Sanmartín ([email protected]) Teléfono: 91 549 57 00 ext 390 Fax: 91 543 20 02 Líneas de I+D: • Diseño, construcción y medida de antenas, incluidas antenas inteligentes. • Compatibilidad Electromagnética • Sistemas RF desde UHF hasta Milimétricas. • Análisis, Diseño y Planificación mediante Simulación de Sistemas de comunicaciones (vía Satélite, UMTS,TV Digital). Medios Disponibles: • Taller Mecánico de Precisión. • Cámaras Anecoicas de Medida de Antenas: (Campo Próximo Esférico y Rango Compacto) y Laboratorio de Circuitos de Microondas. • CAD de Antenas y Circuitos (MDS). • Simuladores de Redes y Sistemas: BONeS Designer, SPW, SatLab. • Herramientas software propias: SABOR, MOMENTOS, ACRIM GRUPO DE RADIACIÓN Grupo de Radiocomunicación (GRC) (http://www.grc.ssr.upm.es/) Persona de Contacto: José María Hernando Rábanos ([email protected]) Teléfono: 91 336 7346 Fax: 91 336 7350 Líneas de I+D: • Planificación de sistemas de radiocomunicaciones, de servicio fijo (radioenlaces, LMDS..), móvil (GSM, UMTS, TETRA,..) y radiodifusión (DAB, DVB). • Propagación y caracterización de canal en sistemas de comunicaciones móviles. • Propagación en enlaces de microondas y ondas milimétricas vía satélite (lluvia y otros efectos atmosféricos) • Desarrollo de circuitos y subsistemas de RF en bandas hasta UHF. Medios Disponibles: • Laboratorio de Medidas de Radiofrecuencia (bandas hasta UHF) y herramientas de diseño (simulación RF, microcontroladores y DSP’s). • Herramientas propias de simulación de CDMA. • Herramientas de planificación de sistemas de radiocomunicaciones. • Estación meteorológica automática y receptores experimentales para medidas de propagación. Grupo de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (GTIC) (http://www.gtic.ssr.upm.es) Persona de Contacto: Jorge Pérez Martínez ([email protected]) Teléfono: 91 336 73 20 Fax: 91 336 73 20 Líneas de I+D: • Modelado y Caracterización de Servicios Avanzados de Telecomunicación. • Análisis del sector de las TIC. • Regulación del sector de las Telecomunicaciones • Prospectiva de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones • Sistemas móviles 3G. • Internet móvil: modelos de negocio, servicios y aplicaciones. Medios Disponibles: • Servicios de WWW, e-mail, FTP, videoconferencia. • Servidor de streaming de audio y vídeo. • Nueve estaciones de trabajo PC • Acceso a Internet vía RedIRIS • Servidor de Acceso Remoto Grupo de Tratamiento Digital de Señales en Comunicaciones (GTDSC) Persona de contacto: Ramón García Gómez ([email protected]) Tlf. 91-3367224 Fax 91-3367350 Líneas de I+D • Procesado de señales en los sistemas de telecomunicación en el nivel físico y en el de aplicaciones sobre hardware de propósito general (PC o procesadores de señal) • Desarrollo de modems para diferentes canales: radio, canal telefónico, líneas de energía y cable. • Procesado de señales de audio y en particular de voz (codificadores reconocedores y sintetizadores de voz) • Diseño y construcción de sistema de ayuda a sordos y a otros discapacitados • Sistemas de medica y control de ruido ambiental Desarrollo de aplicaciones sobre terminales móviles y redes de 2ª y 2.5 y 3ª generación. • Participación en proyectos de I+D de los V y VI programa marco de la CE. Grupo de Tratamiento Digital de Señales en Tiempo Real (TDS-TR) Persona de Contacto: Juan Gómez Mena ([email protected]) Teléfono: 913367227 / 630104487 Fax: 915439652 Líneas de I+D: • Hardware para procesado de señales • Reconocimiento de voz y locutores • Sistemas de diálogo Hombre-Máquina • Ayudas a personas discapacitadas • Telefonía Medios Disponibles: • Laboratorio para el desarrollo de prototipos hardware basados en DSPs • Sistemas de desarrollo para DSPs de Texas y FPGA • Osciloscopios y analizadores de señales digitales. • Estaciones de diseño electrónico Mentor Graphics Laboratorio para el desarrollo de aplicaciones del procesado digital de señales Grupo de Tratamiento de Imágenes (GTI) (http://www.gti.ssr.upm.es) Persona de Contacto: Narciso García Santos ([email protected]) Teléfono: 91 336 7343 Fax: 91 336 7350 Líneas de I+D: • Teoría y métodos de tratamiento digital de imágenes • Codificación y compresión de imágenes, videotelefonía, vídeo, TV y HDTV. • Manipulación de información multimedia y de señales de TV y HDTV. • Análisis de imágenes (localización de objetos, reconocimiento, detección y seguimiento). • Visión artificial. • Codificación de modelos 3D, síntesis de imágenes y teledetección. Medios Disponibles: • Laboratorio de Tratamiento Digital de Imágenes con SW desarrollado sobre UNIX y MS-Windows y entorno distribuido sobre varias subredes LAN. • 1 servidor de CPU y disco SGI-Origin. • 26 estaciones de trabajo (SGI, HP y Sun). • 20 ordenadores de tipo IBM-PC. Diversos equipos de manipulación de vídeo incluyendo un magnetoscopio digital D1, sistemas de adquisición, compresión y visualización en tiempo real.