Analog joint source channel coding for wireless communications

Resumen

En 1948, el trabajo de Shannon titulado "A mathematical theory of communication" revolucionó por completo la manera de entender el problema de transmitir información de forma fiable. Shannon demostró que un sistema de comunicación es capaz de transmitir con probabilidad de error arbitrariamente baja siempre que la tasa de transmisión se mantenga por debajo de un cierto límite. Además, postuló que una separación entre la codificación de fuente y de canal es la estrategia óptima para alcanzar los límites teóricos. Estas ideas inspiraron el desarrollo de toda una teoría de la comunicación digital centrada en la construcción de esquemas de codificación cada vez más sofisticados. Esto provocó que, a partir de ese momento, la mayor parte de los sistemas de comunicación se diseñasen siguiendo unha aproximación digital y de acuerdo al principio de separación, mientras que otras alternativas fueron relegadas a un segundo plano. Sin embargo, en estos últimos años, los sistemas de comunicación basados en la optimización conjunta de la codificación de fuente y canal han despertado de nuevo el interés de los investigadores, especialmente en el caso de transmisión de señales analógicas. Esta estrategia -conocida en inglés como analog Joint Source Coding (JSCC)- también es capaz de aproximarse a los límites teóricos, mientras ofrece ciertas ventajas con respecto a los sistemas digitales convencionales como, por ejemplo, una alta tasa de transmisión, baja complejidad, mínimo retardo y capacidad del sistema para adaptarse a entornos variantes en tiempo sin necesidad de rediseñarlo por completo. De esta forma, estas atractivas propiedades hacen que la estrategia JSCC sea especialmente adecuada para aplicaciones en tiempo real con fuertes restricciones de complejidad y/o retardo así como para la transmisión de datos a alta velocidad a través de canales inalámbricos. Hasta ahora, la investigación en este área se ha centrado principalmente en la evaluación de diferentes sistemas JSCC analógicos diseñados para transmitir fuentes Gaussianas sobre canales AWGN. Sin embargo, el comportamiento de esta estrategia en entornos más realistas como, por ejemplo, su implementación práctica sobre canales inalámbricos reales, aún non se ha estudiado en detalle. El objetivo de esta tesis es determinar la viabilidad del esquema JSCC analógico en el contexto de las comunicaciones inalámbricas. Para llevar a cabo esta tarea, varios sistemas JSCC analógicos son específicamente diseñados para permitir la transmisión de símbolos continuos en amplitud y discretos en tiempo a través de canales inalámbricos, intentando preservar las propiedades descritas anteriormente para el caso de canales AWGN.