Técnicas de codificação para sistemas sem fios por infravermelhos

Abstract

Este trabalho insere-se na área de comunicações sem fios por infravermelhos. Os elevados níveis de ruído presente nos ambientes de trabalho e a grande variação espacio-temporal do canal de comunicação, bem como as limitações de potência de sinal por motivos de segurança, condicionam o desempenho deste tipo de comunicações. Existe desta forma uma notória necessidade de investigar técnicas de processamento que combatam as adversidades dos canais de comunicação e permitam obter melhores desempenhos. A escolha da técnica de modulação a usar é determinante no desempenho do sistema. Tendo como base a elevada eficiência de potência do esquema de modulação da posição de um pulso (PPM), foram estudadas outras modulações baseadas em PPM, tais como APPM e OPPM. A avaliação comparativa das várias propostas de modulação incluem parâmetros como eficiência de potência, eficiência espectral e complexidade de implementação. Uma das técnicas de processamento de sinal passíveis de incrementar o desempenho das comunicações é a introdução de codificação utilizando códigos correctores de erros. Para as várias modulações em estudo é feita uma avaliação do seu desempenho com codificação calculando a capacidade de canal para cada modulação. São analisadas as técnicas mais convencionais de codificação como os códigos de blocos e os códigos convolucionais. Por forma a tentar aumentar os ganhos de codificação são estudadas técnicas conjuntas de modulação e codificação recorrendo a códigos TCM, fazendo uma pesquisa computacional dos melhores códigos TCM para algumas das modulações propostas. Uma vez mais é efectuado um estudo comparativo dos desempenhos alcançados com sistemas sem codificação usando PPM e os sistemas com codificação TCM usando as modulações baseadas em PPM, ou seja as modulações APPM e OPPM. Os desempenho dos esquemas TCM propostos são avaliados em cenários próximos de uma implementação prática, nomeadamente, na avaliação de alguns sistemas de comunicação com adaptação das taxas de transmissão e em ambientes com dispersão multipercurso estudando o efeito da interferência entre-símbolos induzida. Este estudo integrou-se no projecto de investigação IRWLAN e apresenta parte do trabalho de dimensionamento e projecto do mecanismo de adaptação de taxas de transmissão.

This work approaches the area of infrared wireless communications. Once the indoor office environment is populated with unregulated sources of light, creating a variable and noisy environment, the power consumption and eye safety concerns limit the average transmitter power. These conditions govern the optical link design making it a demanding task. Thus, there is a necessity on the processing techniques research able to fight the communication channel adversities and allow getting better performances. An accurate choice of the modulation technique to use is determinative in the system performance. The high average-power efficiency of pulse position modulation (PPM) schemes, motivated the study of other modulations based on PPM, such as APPM and OPPM. The comparative evaluation of these modulation proposals includes parameters as power efficiency, spectral efficiency and implementation complexity. One possible signal processing technique to improve the wireless infrared communications performance is the appliance of error correction codes. The performance capabilities, when coding is used with the modulations in study, are evaluated resorting to the channel capacity calculations. The use of conventional coding techniques, like convolucional and block codes, is analysed. But the classical separation of coding and modulation requires some bandwidth expansion, what may be unacceptable when the channel is bandwidth constrained. In these cases, one should combine the modulation and coding schemes accordingly TCM. In order to access the coding profits of APPM and OPPM schemes with TCM codes, relatively uncoded PPM systems, computational research of best codes are made. The performance for the proposed TCM codes is evaluated in near reality cenaries, namely, evaluating some multirate adaptive systems and considering the effects of inter-symbol interference induced by dispersion in multipath channels. The definition and design work for the transmission rate adaptation mechanism done as part of IRWLAN project is reported.