Técnicas de codificación de canal en sistemas de comunicaciones móviles

La codificación de canal es el proceso de crear mecanismos redundantes de control de errores dentro de los datos transmitidos para reducir pérdidas durante la transmisión. Este proceso es de gran importancia en la industria de las comunicaciones y ayuda a reducir la tasa de errores con códigos predefinidos en los nodos receptores de redes de datos. Esta técnica se usa comúnmente en redes de comunicaciones inalámbricas, especialmente en sistemas de comunicaciones móviles, vulnerables a factores como tráfico de datos excesivo, interferencias máximas de transmisión y pérdida significativa de datos por ruido de canal. Existen múltiples técnicas de codificación de canal para sistemas de comunicaciones. La elección de una técnica específica depende exclusivamente del estándar de comunicación sobre el que se realiza la transmisión.

Codificación convolucional

La codificación convolucional es la técnica de codificación de canal más común y usada en sistemas móviles globales, y tiene muchas sub-categorías que son estándares de diferentes mecanismos inalámbricos. La técnica implica la codificación de un número específico de bits (unidades mínimas de datos). Estos bits contienen información sobre valores de datos actuales o transmitidos recientemente dentro de flujos de datos. Estos valores informan al receptor sobre el tamaño y características de los datos transmitidos. Esta información no solo ayuda a comprobar bits recibidos por pérdida o corrupción, sino que asegura que los datos recibidos son idénticos a los transmitidos. Estándares móviles populares que usan codificación convolucional: GSM (Sistema Global de Comunicaciones Móviles) y WCDMA (Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha).

Codificación en bloques

La codificación en bloques es otra técnica común en comunicaciones móviles, que se basa en codificar un número fijo de bits de código dentro de los valores de datos transmitidos, para corrección de errores y protección de datos. Más específicamente, el número de bits de código codificados no solo permanece fijo, sino que se categoriza distintamente según el número de bits transmitidos por segundo desde el emisor. Este tipo de codificación se usa extensamente en combinación con la convolucional en redes GSM de tercera generación, incluyendo GPRS (Sistema de Radio Paquete General), EDGE (Tasas de Datos Mejoradas para Evolución GSM) y sistemas UTRAN (Red de Acceso Radio Terrestre Universal).

Codificación Turbo

La codificación Turbo implica codificar bits de datos en forma de símbolos de código entrelazados en puntos de transmisión, que sirven como valores de verificación de errores en el receptor. En operación, la codificación Turbo divide aleatoriamente bits de control de error entre dos codificadores en paralelo, generando códigos de verificación de error distintos adjuntos a los bits transmitidos. Este procedimiento no solo acelera la codificación en el emisor, sino que permite decodificación rápida y reducción de errores mejorada en el receptor. Las técnicas Turbo se usan normalmente en redes de largo alcance como satélites, pero algunos sistemas móviles como CDMA2000 y UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) las emplean combinadas con codificación convolucional para transmisiones de largo alcance.

Codificación LDPC

La técnica LDPC (Low-Density Parity-Check, comprobación de paridad de baja densidad) se usa específicamente para protección contra errores de datos frente a distintas fuentes de ruido en la ruta de transmisión. Este mecanismo corrector emplea el principio de establecer un límite máximo de interferencia de ruido en señales de datos en condiciones normales. LDPC crea un valor máximo de inclusión de ruido dentro de un conjunto de bits mediante la definición de niveles umbral de ruido en valores de datos transmitidos a través de bits de paridad codificados. Este tipo de codificación se ha empleado como técnica principal para el método de transmisión OFDM (Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal), que es la técnica de transmisión en redes móviles de cuarta generación como LTE (Evolución a Largo Plazo) Advanced y E-UTRA (UTRAN evolucionado).