Códigos LDPC multinível para codificação de rede na camada física

Abstract

Códigos de reticulado desempenham um papel fundamental na codificação de rede na camada física (physical-layer network coding, PNC), uma técnica de comunicação cooperativa que explora a interferência entre usuários para possibilitar um aumento de throughput em redes sem fio. O foco deste trabalho é o projeto de códigos de reticulado de baixa complexidade e alta eficiência espectral, especificamente utilizando códigos LDPC (low-density parity-check codes) irregulares aninhados em uma construção multinível. São descritos métodos de codificação e decodificação multi-estágio para códigos aninhados definidos por equações de paridade. Estes métodos permitem, ao menos teoricamente, um desempenho próximo do ótimo com baixa complexidade de decodificação. Dentre as contribuições realizadas destaca-se o projeto de distribuições de graus otimizadas para a decodificação multi-estágio. As distribuições satisfazem restrições de aninhamento, o que é essencial para a construção multinível resultar em um código de reticulado. Em um cenário PNC com dois usuários e desvanecimento Rayleigh, resultados de simulação mostram que o projeto de códigos de reticulado com códigos LDPC é promissor, o que permite concluir que estudos continuados para a melhoria do desempenho são de grande interesse.<br>

Abstract: Lattice codes play an essential role in physical-layer network coding (PNC), a cooperative communication technique which exploits interference among users to enable an increase in the throughput of wireless networks. This thesis' objective is to design low complexity lattice codes with high spectral efficiency, in particular irregular nested LDPC (low-density parity-check) codes in a multilevel construction. Multistage coding and decoding methods intended for nested codes defined by parity check equations are described. These methods allow, at least theoretically, a performance close to optimum with low decoding complexity. Among the project?s contributions the design of degree distributions optimized for multi-stage decoding stands out. These distributions meet nesting constraints, which is key for the multilevel construction to yield lattice codes. In a PNC scenario with two users and Rayleigh fading, simulation results show that LDPC lattice codes are promising, which comes to show that it is of great interest to further research these codes and find ways to improve their performance.