Advanced Coding and Signal Processing Methods for Multiuser MIMO Systems

Resumo

Os sistemas de comunicacións sen fíos están a experimentar un crecemento constante nos últimos anos e agárdase que crezan aínda máis nos próximos anos axudados polo uso de novas técnicas de codificación e procesamento de sinal. Os servizos multimedia baseados en datos son cada vez máis demandados para actividades laborais e de socialización, e requiren de novas técnicas de codificación e procesamento do sinal para poderen ser despregados de forma efectiva. Por tanto, é de esperar que estas técnicas acheguen melloras canto á velocidade, a eficiencia enerxética, a fiabilidade, entre outros aspectos. Nos últimos anos a aplicación das técnicas de codificación avanzadas xogou un papel imprescindible para despregar as redes emerxentes de comunicacións sen fíos. Hoxe en día, a gran maioría dos sistemas de comunicación deséñanse seguindo unha aproximación dixital e de acordo co principio de separación fonte-canle. Con todo, os sistemas de comunicación baseados na optimización conxunta da codificación de fonte e canle (coñecidos pola súa sigla en inglés JSCC) seguen espertando interese nos investigadores, especialmente no caso de transmisión de sinais analóxicos. Os investigadores baséanse en que esta estratexia tamén é capaz de aproximarse aos límites teóricos, ademais de ofrecer vantaxes con respecto aos sistemas dixitais como, por exemplo, unha baixa complexidade e un mínimo retardo. A aplicación de novas técnicas para procesar o sinal é esencial na implementación das redes emerxentes de comunicacións sen fíos. Especificamente, na banda de ondas milimétricas (ou mmWave), a cal se considera para satisfacer os requisitos das novas xeracións de redes móbiles (5G e B5G), as arquitecturas híbridas foron recentemente propostas como un enfoque innovador que permite aumentar a eficiencia enerxética. Estas arquitecturas baséanse en dividir a precodificación dixital, usada en sistemas que fan uso de múltiples antenas tanto nos transmisores como nos receptores (MIMO, pola súa sigla en inglés), nunha parte analóxica de baixo consumo enerxético e outra dixital. A maioría dos enfoques de codificación e precodificación MIMO están condicionados pola canle de comunicacións sen fíos que, normalmente, segue sendo incontrolable. Por outra banda, o paradigma de control do medio de propagación vén recibindo moita atención por parte da comunidade científica no ámbito de redes emerxentes sen fíos. Este paradigma foi utilizado anteriormente para aplicacións de radar e satélite mediante o emprego de superficies reflectoras. Porén, non se consideraba para aplicacións móbiles debido á imposibilidade de implementar superficies reflectoras que fixesen fronte ao dinamismo das canles sen fíos por mor da mobilidade dos usuarios presente nestes sistemas. Con todo, os avances acadados na actualidade no estudo dos metamateriais cos que se fabrican estas superficies proporcionan garantías de reconfigurabilidade para habilitar o axuste en tempo real dos cambios de fase nas superficies reflectoras intelixentes (IRSs, pola súa sigla en inglés). Nesta tese, analizamos e deseñamos novos métodos de codificación de sinais analóxicos baseados no principio de optimización JSCC. Tamén analizamos e implementamos novas técnicas de procesamiento do sinal aplicadas ás arquitecturas híbridas na banda de mmWave. Finalmente, desenvolvemos técnicas de procesamento do sinal para establecer un mellor control do medio a través do uso de IRSs.