Vés enrere Avenços en els mètodes de codificació dels sistemes de comunicació sense fils

Avenços en els mètodes de codificació dels sistemes de comunicació sense fils

En un treball publicat a IEEE Transactions on Communications per Josep Font-Segura, Alfonso Martínez i Albert Guillen (ICREA), tots ells membres del DTIC, s’estudia els codis de longitud finita, essencials per els futurs sistemes de comunicació sense fils, i proposen un mètode que redueix el cost computacional en l’avaluació d’aquests codis.

20.11.2019

Imatge inicial

Els actuals sistemes de comunicació sense fils utilitzen mètodes de codificació per combatre interferències i els múltiples obstacles que trobem entre els nostres terminals i les estacions base o els punts d'accés. Un codi és un conjunt de bits que permeten enviar la informació, com per exemple missatges de text, fotos o vídeos, a través d'un canal de comunicació introduint redundància o repetició, de tal manera que la probabilitat de rebre la informació erròniament sigui molt baixa.

Avui en dia, la majoria de codis utilitzats en els nostres dispositius, fins i tot els més moderns que seran emprats en la tecnologia 5G, es basen en la premissa que va establir el matemàtic i criptògraf Claude E. Shannon (1916-2001) el 1948: la longitud d'aquests codis, i per tant de les transmissions, ha de ser suficientment llarga per tal d'assolir una probabilitat d'error baixa.

Els futurs sistemes de comunicació sense fils que han de facilitar el desplegament de tecnologies com ara l'Internet de les Coses o els vehicles autònoms, requereixen de transmissions molt curtes, ràpides i d'alta fiabilitat

No obstant, els futurs sistemes de comunicació sense fils, que han de facilitar el desplegament de tecnologies com ara l'Internet de les Coses o els vehicles autònoms, requereixen de transmissions molt curtes, ràpides i d'alta fiabilitat. És per això que l'estudi de codis de longitud finita és essencial. En general, però, els codis de longitud finita òptims són encara desconeguts. En aquest sentit, la codificació aleatòria permet ajudar, tant els teòrics de codis com els enginyers de disseny de codis, a entendre com han de ser aquests codis del futur.

“En el nostre treball hem presentat un mètode que redueix dràsticament el cost computacional per estimar la probabilitat d'error dels codis aleatoris de longitud finita indicant de quina manera s'ha de generar la informació i simular el canal de comunicació”

Calcular les prestacions dels codis aleatoris de longitud finita és un repte computacional

Calcular les prestacions dels codis aleatoris de longitud finita és un repte computacional, sobretot perquè s'han de simular milions de transmissions fins aconseguir algun error de transmissió i així poder estimar correctament la probabilitat d'error del codi. La tècnica de simulació importance sampling permet estimar aquesta probabilitat d'error mitjançant la generació de la informació d'una manera intel·ligent.

“En el nostre treball hem presentat un mètode que redueix dràsticament el cost computacional per estimar la probabilitat d'error dels codis aleatoris de longitud finita indicant de quina manera s'ha de generar la informació i simular el canal de comunicació”, explica Josep Font-Segura, primer autor d’un treball publicat a IEEE Transactions on Communications conjuntament amb Alfonso Martínez i Albert Guillen i Fàbregas (ICREA), tots ells del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF.

Els autors han establert els límits fonamentals de les prestacions del seu estimador, demostrant matemàticament que per assolir una estimació fiable de la probabilitat d'error, cal un número de transmissions exponencialment inferior al necessari amb les tècniques tradicionals de simulació

“El nostre mètode és genèric i permet simular la transmissió d'informació codificada en qualsevol modulació coneguda, com ara modulacions PSK o QAM, i en qualsevol model de canal de comunicació, com ara el canal Rayleigh que modela correctament la propagació de senyals en entorns urbans”, explica Font-Segura.

Addicionalment, “hem establert els límits fonamentals de les prestacions del nostre estimador, demostrant matemàticament que per assolir una estimació fiable de la probabilitat d'error, cal un número de transmissions exponencialment inferior al necessari amb les tècniques tradicionals de simulació”, afegeixen els autors.

Un exemple del potencial del mètode es mostra en la figura, en la qual s'il·lustren les prestacions dels millors codis coneguts avui en dia comparats amb l’estimació de les prestacions dels codis òptims calculades pels autors del treball. “Aquesta comparació demostra que encara hi ha espai de millora en el disseny de codis, especialment sota la premissa dels exigents requeriments de fiabilitat i temps de resposta dels futurs sistemes de comunicacions sense fils”, conclou Font Segura.

Treball de referència:

Josep Font-Segura, Alfonso Martínez, Albert Guillen i Fàbregas (2019), “Importance Sampling for Coded-Modulation Error Probability Estimation”,  IEEE Transactions on Communications https://doi.org/10.17863/CAM.45365

Multimèdia

Perfils dels protagonistes:

Josep Font-Segura

Categories:

ODS - Objectius de desenvolupament sostenible:

Els ODS a la UPF

Contact

Per a més informació

Notícia publicada per:

Oficina de Comunicació