Contribuciones al análisis de componentes independientes y a su aplicación en sistemas de comunicaciones con técnicas de acceso múltiple por división de código

Las tecnicas de Separacion Ciega de Fuentes y Extraccion Ciega de Fuentes han sido ampliamente investigadas y desarrolladas en los ultimos anos. Dado un conjunto de senales originales (fuentes) que se encuentran mezcladas en un conjunto de observaciones la separacion ciega consiste en la recuperacion de dichas fuentes sin disponer, a priori, de informacion acerca del proceso de mezcla o de las propias fuentes, exceptuando algunas hipotesis plausibles muy poco restrictivas. La extraccion ciega consiste en la recuperacion de cualquier subconjunto de tamano arbitrario de dichas fuentes. La tecnica de Analisis de Componentes Independientes (del ingles ICA) realiza la separacion o la extraccion bajo la hipotesis de independencia estadistica de las fuentes. Para ello es posible utilizar, bien de de forma implicita o bien de forma explicita, estadisticos 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 interpretacion en el marco de la Teoria de la Informacion. En esta tesis doctoral proponemos nuevos criterios y algoritmos para resolver el problema de la extraccion de una sola fuente. En este sentido, presentamos un soporte teorico para la extension de los algoritmos ThinICA que maximizan combinaciones de cumulantes de diferentes ordenes para el caso de senales con valores complejos. Asimismo, realizamos una extension de estos algoritmos para criterios basados en la maximizacion de funciones no lineales de la salida, mejorando la convergencia presentada por otros algoritmos basados en este tipo de criterios. Por otro lado, tambien proponemos un nuevo criterio de extraccion que consiste en minimizar la entropia de Renyi 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 simetria circular. Los criterios ICA pueden ser aplicados en numerosos ambitos. En este trabajo nos centramos en la aplicacion en las comunicaciones por radio, mas concretamente en los sistemas de comunicaciones que utilizan la tecnica de Acceso Multiple por Division de Codigo (CDMA). En este tipo de sistemas los usuarios comparten los mismos intervalos temporales y la banda de frecuencias. Cada usuario tiene una senal de codigo que le identifica y que ensancha su espectro, siendo tambien utilizada en el receptor para recuperar la senal correspondiente al usuario que se desea detectar y atenuar el ruido y la interferencia debida a otros usuarios. Los detectores clasicos se basan en tecnicas supervisadas y son capaces de realizar la deteccion 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 transmision de secuencias de entrenamiento implica una reduccion de la eficiencia espectral. Los receptores ciegos evitan este problema, pues no precisan de estas secuencias de entrenamiento. Tradicionalmente, los receptores ciegos realizan la deteccion empleando las tecnicas de deconvolucion o igualacion ciega junto con restricciones basadas en el codigo del usuario deseado. No obstante, tambien es posible plantear el problema desde el punto de vista de ICA. En esta tesis hemos seguido esta linea de trabajo y hemos modelado el problema de la deteccion ciega en un sistema con canales convolutivos como un problema de extraccion ciega con mezcla instantanea de una dimension mucho mayor. Hemos desarrollado, asimismo, una restriccion basada en el codigo del usuario deseado para forzar su extraccion. La novedad de esta restriccion consiste en que fuerza al sistema de extraccion a pertenecer al subespacio correspondiente al usuario deseado sin necesidad de proyectar los resultados en cada iteracion. El metodo propuesto presenta una reduccion de la complejidad y mejora los resultados de los metodos basados en el criterio de filtro inverso. Por ultimo, 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 comunicacion y algoritmos de deteccion. Los cabezales de RF han sido disenados y construidos por el equipo investigador en placas de circuito impreso de alta frecuencia y con componentes discretos. Empleando la plataforma, el metodo de deteccion propuesto ha sido probado en un entorno real de laboratorio con muy buenos resultados.