Rate compatible joint source-channel coding for point-to-point and multiple access channels

Résumé

Esta Tesis estudia esquemas de comunicación con tasas de transmisión altas y adaptables basados en códigos RCM y cuya codificación de fuente y canal es conjunta. La compresión de fuente se incorpora en la modulación mediante la generación de símbolos multi-nivel a partir de combinaciones lineales ponderadas de los bits de entrada, mientras que la adaptación de la tasa de transmisión se logra variando el número de símbolos generados. Estas dos propiedades son ventajosas frente las técnicas convencionales de modulación codificada adaptativa, que generalmente se basan en estimaciones precisas e instantáneas del canal, lo cual, es poco realista. Además, estas técnicas tienen un conjunto limitado de combinaciones de codificación y modulación para elegir. El principal inconveniente de los códigos RCM es que experimentan una degradación del rendimiento debido a la presencia de altos suelos de error. Una solución consiste en sustituir algunos símbolos RCM por LDGM, formando un esquema de codificación híbrido en el que los símbolos LDGM corrigen errores residuales producidos por los RCM. En concreto, en esta Tesis buscamos nuevas técnicas de diseño y aplicaciones para esta familia de códigos tanto en comunicaciones punto a punto como en comunicaciones multi-usuario. Para el caso punto a punto, proponemos un análisis llamado EXIT chart y un procedimiento de predicción de la tasa de error. Las técnicas desarrolladas aceleran el diseño de buenos códigos, ahorrando simulaciones que requieren de mucho tiempo. A continuación, consideramos la transmisión de fuentes binarias con memoria sobre canales AWGN, para lo cual proponemos un esquema de codificación que hace uso de la Transformada de Burrows-Wheeler y los códigos RCM-LDGM. Finalmente, por primera vez en la literatura, proponemos el uso de estos códigos para canales de ruido impulsivo aditivo. Para las comunicaciones multi-usuario empezamos considerando que las fuentes de información a transmitir por los usuarios son independientes y proponemos un nuevo esquema de codificación basado en el uso de un codificador RCM irregular para cada usuario. Al diseñar apropiadamente los codificadores individuales y aprovechando la naturaleza aditiva del canal, el esquema propuesto permite la transmisión simultánea de un gran número de usuarios a altas tasas de transmisión manteniendo la complejidad de decodificación tradicional. En la última parte de la Tesis abordamos el escenario de comunicación multi-usuario en el que las fuentes de información transmitidas están correlacionadas espacialmente y también ampliamos el uso de códigos LDGM en paralelo con los sistemas RCM propuestos para el MAC.