Contribuciones al análisis de componentes independientes y a su aplicación en sistemas de comunicaciones con técnicas de acceso múltiple por división de código
- Autores: Iván Durán Díaz
- Directores de la Tesis: Sergio A. Cruces Álvarez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos García Puntonet (presid.), José Ramón Cerquides Bueno (secret.), Santiago Zazo Bello (voc.), Ana María Perfeito Tome (voc.), Jordi Solé Casals (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Las técnicas de Separación Ciega de Fuentes y Extracción Ciega de Fuentes han sido ampliamente investigadas y desarrolladas en los últimos años. Dado un conjunto de señales originales (fuentes) que se encuentran mezcladas en un conjunto de observaciones la separación ciega consiste en la recuperación de dichas fuentes sin disponer, a priori, de información acerca del proceso de mezcla o de las propias fuentes, exceptuando algunas hipótesis plausibles muy poco restrictivas. La extracción ciega consiste en la recuperación de cualquier subconjunto de tamaño arbitrario de dichas fuentes. La técnica de Análisis de Componentes Independientes (del inglés ICA) realiza la separación o la extracción bajo la hipótesis de independencia estadística de las fuentes. Para ello es posible utilizar, bien de de forma implícita o bien de forma explícita, estadísticos de orden superior de las salidas.
Existe una gran cantidad de criterios y algoritmos que permiten resolver el problema de ICA muchos de ellos con una interpretación en el marco de la Teoría de la Información. En esta tesis doctoral proponemos nuevos criterios y algoritmos para resolver el problema de la extracción de una sola fuente. En este sentido, presentamos un soporte teórico para la extensión de los algoritmos ThinICA que maximizan combinaciones de cumulantes de diferentes órdenes para el caso de señales con valores complejos. Asimismo, realizamos una extensión de estos algoritmos para criterios basados en la maximización de funciones no lineales de la salida, mejorando la convergencia presentada por otros algoritmos basados en este tipo de criterios. Por otro lado, también proponemos un nuevo criterio de extracción que consiste en minimizar la entropía de Rényi de orden cero de la salida, es decir, la medida del soporte de la salida. Este criterio presenta una gran robustez frente al ruido aditivo en las observaciones cuando este es acotado y de simetría circular.
Los criterios ICA pueden ser aplicados en numerosos ámbitos. En este trabajo nos centramos en la aplicación en las comunicaciones por radio, más concretamente en los sistemas de comunicaciones que utilizan la técnica de Acceso Múltiple por División de Código (CDMA). En este tipo de sistemas los usuarios comparten los mismos intervalos temporales y la banda de frecuencias. Cada usuario tiene una señal de código que le identifica y que ensancha su espectro, siendo también utilizada en el receptor para recuperar la señal correspondiente al usuario que se desea detectar y atenuar el ruido y la interferencia debida a otros usuarios.
Los detectores clásicos se basan en técnicas supervisadas y son capaces de realizar la detección incluso para canales con multitrayectos, pero experimentan dificultades cuando existe el asincronismo entre usuarios y cuando los usuarios interferentes llegan al receptor con una potencia mayor que la del usuario deseado. Por otro lado, la transmisión de secuencias de entrenamiento implica una reducción de la eficiencia espectral. Los receptores ciegos evitan este problema, pues no precisan de estas secuencias de entrenamiento.
Tradicionalmente, los receptores ciegos realizan la detección empleando las técnicas de deconvolución o igualación ciega junto con restricciones basadas en el código del usuario deseado. No obstante, también es posible plantear el problema desde el punto de vista de ICA. En esta tesis hemos seguido esta línea de trabajo y hemos modelado el problema de la detección ciega en un sistema con canales convolutivos como un problema de extracción ciega con mezcla instantánea de una dimensión mucho mayor. Hemos desarrollado, asimismo, una restricción basada en el código del usuario deseado para forzar su extracción. La novedad de esta restricción consiste en que fuerza al sistema de extracción a pertenecer al subespacio correspondiente al usuario deseado sin necesidad de proyectar los resultados en cada iteración. El método propuesto presenta una reducción de la complejidad y mejora los resultados de los métodos basados en el criterio de filtro inverso.
Por último, el autor ha participado en el desarrollo de una plataforma de radiocomunicaciones en la banda de 5:25 GHz definida por software en su mayor parte, por lo que es posible emplear la plataforma para probar esquemas de comunicación y algoritmos de detección. Los cabezales de RF han sido diseñados y construidos por el equipo investigador en placas de circuito impreso de alta frecuencia y con componentes discretos. Empleando la plataforma, el método de detección propuesto ha sido probado en un entorno real de laboratorio con muy buenos resultados.
