Contribuições à codificação de canal por matrizes Wavelet

Abstract

A codificação de canal de comunicação digital, por matrizes wavelet, CWC, tem como principais vantagens: a reduzida complexidade computacional para codificar e decodificar a informação e a facilidade para a adaptação das taxas de codificação. Porém, apesar de várias publicações sobre o tema, havia alguns pontos em aberto, que precisavam ser atacados, dentre eles: sistematização matemática do processo; ampliação da eficiência espectral; além de comparar, por simulações, seu desempenho, em termos da taxa de erro de bits, em relação a outros sistemas que transmitem sobre canal com desvanecimento plano, para verificar a sua competitividade e empregabilidade em sistemas de comunicação digitais, atuais. Para a realização dos objetivos propostos, adotou-se, como metodologia, o estudo sobre a técnica de codificação de canais por matrizes wavelet, revisão bibliográfica sobre as técnicas de codificação de canais, atualmente em uso e a implementação de algoritmos e o desenvolvimento de programas computacionais, empregados nas simulações, em linguagem Python. Na codificação CWC, utilizam-se matrizes wavelets reais planas derivadas de uma matriz de Haar. As principais contribuições desta tese são: 1) descrição algébrica geral do processo de CWC; 2) aumento da eficiência espectral para até4bits/s/Hz;3) avaliação da eficácia e empregabilidade dos sistemas CWC, sobre canais com desvanecimento plano e sujeito a ruídos guassiano (AWGN); 4) realização de decodificação de sequência; 5) extensão dos resultados obtidos anteriormente, com taxa de codificação unitária, para taxas de codificação 1/2 e 1/4. Neste estudo, os símbolos de entrada do codificador são complexos, produzindo símbolos wavelet complexos. Além da codificação e decodificação serem descritas algebricamente, é formulada uma função distribuição de probabilidade dos símbolos codificados, que é utilizada para calcular a energia média de constelações propostas para a transmissão dos símbolos wavelet. O desempenho do sistema, em canal Rayleigh plano, é analisado e comparado com sistema de codificação de bloco espaço temporal (STBC), com diversidade dois. Para a realização da decodificação de sequência, desenvolveu-se um procedimento para obter a treliça correspondente à codificação wavelet. Os resultados das simulações mostram que para uma relação sinal-ruído, Eb/N0 < 15dB,oCWC, com eficiência espectral de 1 bit/s/Hz, tem desempenho compatível com o sistema STBC, com duas antenas de transmissão e uma de recepção, utilizado como referência, e que o aumento da eficiência espectral, aplicando-se um processo de formatação de dados antes da codificação CWC, degrada o desempenho do sistema, quando o número de bits, nb, é superior a quatro. De forma geral, conclui-se que os sistemas CWC podem ser utilizados, como alternativa, em sistemas de comunicações digitais, atuais.