Randomized space-time block coding for the multiple-relay channel

En la última década, la cooperación entre usuarios ha generado un gran interés por la posibilidad de mejorar la velocidad de transmisión en las redes de comunicaciones inalámbricas. El objetivo es formar un array con las antenas de todos los dispositivos y, de esta forma, aplicar técnicas de procesado espacio-temporal. El esquema de cooperación más sencillo es el canal con relays: todos los terminales que escuchen una comunicación entre dos puntos pueden ayudar a la fuente retransmitiendo lo que hayan recibido. En un sistema realista, los relays no disponen de información sobre el canal en trasmisión. En este escenario, los códigos espacio-temporales (STC, del inglés space-time coding) son la alternativa más eficiente para aprovechar la diversidad introducida por los relays. Sin embargo, los STC clásicos están diseñados para un número limitado y fijo de antenas transmisoras y no se adaptan bien a sistemas cooperativos donde el número de relays puede ser elevado y, sobretodo, puede variar en el tiempo, según los usuarios entren o salgan de la red. El problema principal es la necesidad de usar un código nuevo cada vez que cambie la configuración de la red, generando un importante tráfico de señalización. Esta tesis analiza un código espacio-temporal a bloques de dispersión lineal (LD-STBC, del inglés linear-dispersion space-time block coding), aleatorio y distribuido: a cada relay se le asigna una matriz aleatoria que aplica una transformación lineal al vector que contiene los símbolos de la fuente. Cada matriz se genera de forma independiente y sin ninguna relación con el número de usuarios involucrados. De esta manera, el número de nodos puede variar sin necesidad de modificar los códigos existentes. La forma más intuitiva de construir matrices de dispersión lineal independientes es que sus elementos sean variables aleatorias independientes e idénticamente distribuidas (i.i.d.). Por esta razón, se estudia primero la eficiencia espectral obtenida por este tipo de LD-STBC. Es importante remarcar que la eficiencia espectral es una cantidad aleatoria, ya que es una función de los códigos aleatorios anteriormente descritos. Sin embargo, cuando las dimensiones de las matrices crecen infinitamente pero manteniendo constante la tasa del código (relación entre número de símbolos de la fuente sobre el número de símbolos de los relays), la eficiencia espectral converge rápidamente hacia una cantidad determinista. Este resultado se demuestra usando la teoría de las ma