Concepts such as Internet of Things (IoT) or Machine to Machine (M2M) are gaining more and more interest as they will provide connectivity for countless number of devices. The main challenge of this paradigm is to connect these devices at a low cost, with a limited infrastructure and featuring a very long-life time with mild energy requirements. The goal of the investigation underlying this Degree Thesis is to analyze in detail Ultra Narrow-Band (UNB) systems as a candidate solution for Low Power Wide Area Networks (LPWAN), which are fundamental to support IoT applications. Firstly, a basic Point to Point (P2P) baseband communication system is simulated, which is later on extended into a passband system. The next step focuses on studying several PHY aspects, such as the modulation and the pulse-shaping. From this chapter, it can be concluded that the DBPSK modulation is an excellent option for a UNB communication both for its robustness to the phase offset induced by the channel and its acceptable Bit Error Rate (BER). Concerning the pulse shaping, performance metrics such as the BER, the Power Spectral Density (PSD) and the Peak to Average Power Ratio (PAPR) reveal that the pulse used in GMSK with a length of 4 symbol periods, is an excellent option. Later on, relevant aspects from the Medium Access Control layer are studied. In this regard, it has been decided to simulate the ALOHA random access mechanism in its four variants (pure and slotted in time and frequency domains). It is concluded that the hybrid cases where at least pure ALOHA is performed in one domain are the best options to be used in a UNB system. To be able to extend the coverage to places where there is no terrestrial infrastructure, the application of UNB to satellite networks is evaluated. In this case, the analysis is conducted taking advantage of the study carried out in terrestrial environments. It has concluded that UNB systems could deal with the impairments of the satellite, such as the Doppler effect, by properly designing the receiver. The main contribution of this project to the State of the Art is the conclusion taken from this final part of the thesis, where it is demonstrated that the Doppler effect evaluated on different elevations has not a negative impact on the random-access characteristics, leading to the conclusion that satellite communications are indeed a good option in LPWAN in terms of random access.

Conceptos como el Internet de las Cosas (IoT) o el Máquina a Máquina (M2M) están ganando cada vez más y más interés ya que proveerán conectividad a un incontable número de dispositivos. El principal reto de este paradigma es conectar estos dispositivos a un bajo precio, con una infraestructura limitada y con una larga vida con requerimientos energéticos bajos. El objetivo de esta investigación subyacente a este Trabajo de Final de Grado es analizar en detalle sistemas de banda estrecha (UNB) como una solución candidata para redes de largo alcance y de bajo consumo (LPWAN), claves para soportar aplicaciones de IoT. Primeramente, se simula un sistema de comunicaciones banda base punto a punto (P2P) básico que después se extiende a un sistema paso banda. El siguiente paso se centra en estudiar aspectos relevantes de la capa PHY, como la modulación y el pulso conformador. De este capítulo se concluye que la modulación DBPSK es una excelente opción para comunicaciones UNB debido tanto a su robustez frente a offsets en la fase introducidos por el canal como a su buena tasa de error de bit (BER). Respecto al pulso conformador, métricas como la BER, la densidad espectral de potencia (PSD) y la relación de pico a potencia media (PAPR) revelan que el pulso usado en GMSK con una longitud de 4 periodos de símbolo es una excelente opción. A continuación, aspectos relevantes de la capa MAC se estudian. En este caso, se ha decidido simularse un mecanismo de acceso aleatorio ALOHA en sus cuatro variantes (puro y ranurado para los dominios en tiempo y frecuencia). Se concluye que los casos híbridos donde como mínimo el ALOHA puro se realiza en un dominio son las mejores opciones para un sistema UNB. Para poder extender la cobertura donde no hay infraestructura terrestre, se evalúa la aplicación de UNB a redes satélite. En este caso, se realiza el estudio aprovechando la simulación realizada para ambientes terrestres. Se concluye finalmente que los sistemas UNB pueden tratar con los impedimentos de los satélites, como el efecto Doppler, si se diseña correctamente el receptor. La contribución principal de este proyecto al State of the Art es la conclusión sacada de la parte final de la tesis, donde se demuestra que el efecto Doppler evaluado en diferentes elevaciones no tiene un impacto negativo en las características del acceso aleatorio, concluyendo así que las comunicaciones por satélite son efectivamente una buena opción para LPWAN, en términos de acceso aleatorio.

Conceptes com la Internet de les Coses (IoT) o el Màquina a Màquina (M2M) estan guanyant cada cop més i més interès ja que proveiran connectivitat a un incomptable nombre de dispositius. El principal repte d’aquest paradigma ´es connectar aquests dispositius a un baix cost, amb una infraestructura limitada i que tinguin una vida llarga amb requeriments energètics baixos. L’objectiu d’aquesta investigació subjacent a aquest Treball de Fi de Grau és estudiar la aplicació de sistemes de banda ultra estreta (UNB) com una solució candidata per a xarxes de llarg abast i de baix consum (LPWAN), claus per a suportar aplicacions de IoT. Primerament, es simula un sistema de comunicacions punt a punt (P2P) banda base, que després s’estén a un sistema passabanda. El pas següent es centra en estudiar diferents aspectes PHY, com la modulació o els pols conformador. D’aquest capítol es pot concloure que la DBPSK és una opció excel·lent per a les comunicacions UNB tant per la seva robustesa a l’offset de fase introduït pel canal com la seva bona taxa d’error de bit. Respecte el pols conformador, mètriques com la BER, la densitat espectral de potència (PSD) i la relació de pic amb la potència mitja (PAPR), revelen que el pols utilitzat en GMSK amb una longitud de 4 períodes de símbol ´es una opció excel·lent. A continuació s’estudien aspectes rellevants de la capa MAC (control d’accés al medi). Per a aquest treball s’ha escollit crear un entorn que simuli el mecanisme d’accés aleatori ALOHA en les seves quatre variants (pur i ranurat en els dominis temps i freqüència). Es conclou que els casos híbrids on com a mínim l’ALOHA pur es dona en un domini són les millors opcions a utilitzar en un sistema UNB. Per a poder estendre la cobertura on no hi ha infraestructura terrestre, s’avalua la opció satèl·lit. En aquest cas, la anàlisis es realitza aprofitant l’estudi desenvolupat per als escenaris terrestres. Es conclou que els sistemes UNB podrien tractar amb els impediments dels satèl·lits tals com l’efecte Doppler, si el receptor es dissenya properament. La contribució principal d’aquest projecte al State of the Art és la conclusió extreta de la part final de la tesis, on es demostra que l’efecte Doppler avaluat en diferents elevacions no té un impacte negatiu en les característiques d’accés aleatori, arribant a la conclusió de que les comunicacions per satèl·lit són efectivament una bona opció per a LPWAN, en termes d’accés aleatori.