Hoy ha tenido lugar una conferencia de un investigador de la NASA, que ha venido invitado para asistir como miembro de tribunal de la lectura de una tesis doctoral de un compañero del departamento. Se trata de Michael K. Cheng, que pertenece al grupo de procesado de señal del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. La conferencia, que fue en inglés, con el acento especial del doctor Cheng, de origen chino se tituló: signal processing: from theory to implementation.

Yo la entendí bastante bien, dentro de la dificultad que supone el idioma y lo avanzado de los temas que se trataron.

El investigador y sus colegas del grupo de procesado de la señal han realizado numerosos proyectos relacionados con el procesado de señal en comunicaciones en el espacio profundo recogiendo datos científicos de las numerosas misiones realizadas en el JPL con su red de satélites. Las técnicas de modulación y de codificación de canal así como la implementación de los transmisores y receptores, tanto en el segmento espacial (en las propias sondas de las misiones, por ejemplo) como en el terreno, han supuesto numerosos retos tanto desde el punto de vista de la teoría de procesado de señal como en la microelectrónica embarcada en el espacio (con sus previsibles restricciones en tamaño, peso y potencia consumida y las exigencias propias de la transmisión de señales por el espacio)

La conferencia comenzó hablando de la relación especial que existe entre el centro de investigación JPL y la NASA, habida cuenta que el JPL es una institución creada por una universidad privada estadounidense, el CalTech (que se encuentra clasificada en séptimo lugar según la clasificación THES QS), y al mismo tiempo está asociada como centro de investigación público a una agencia del gobierno, la NASA (es uno de los diez centros que posee la agencia a lo largo y ancho del país)

Es de destacar que desde su fundación en los años 30 hasta hoy el JPL ha expandido su ámbito de investigación mucho más allá de la investigación original en propulsión de cohetes, diseñando numerosas sondas espaciales y otros aparatos originales. En la conferencia se citaron: Explorer 1, Mariner 2, Voyager 1 y 2, Mars Explorer Rovers (Spirit and Opportunity) y el muy reciente Phoenix Mars Lander.

El doctor Cheng indicó las principales áreas de investigación actual de su grupo con algunas destacables desde mi punto de vista por su interés: autonomous reception (en donde se trata de hacer más flexibles las interfaces radio de comunicaciones de los satélites que de comunican con las misiones en el espacio, de manera que se puedan configurar automáticamente para las características de cada comunicación, algo que se consigue con software-defined radio), channel coding (la introducción de redundancia en los datos a transmitir por un canal, en la que se extendió más adelante en la presentación), data compression (también bastante comentada) y modulation schemes (especialmente el diseño de esquemas de modulación eficientes para las comunicaciones en el espacio profundo)

En cuanto a la codificación de canal (channel coding) el trabajo del grupo de procesado de señal del JPL ha consistido en estudiar los códigos más avanzados, en especial los turbocódigos y los LDPC (Low-density parity-check), tanto desde el punto de vista teórico para acercarlos lo más posible al límite de shannon como desde el punto de vista de la implementación, ya que esos códigos han de ser implementados en hardware y embarcados en las sondas espaciales. El esfuerzo de co-diseño hardware/software de implementaciones eficientes en área y potencia ha sido importante. Las optimizaciones en dichos parámetros son fundamentales. El interés del JPL se ha centrado en obtener codificaciones sencillas (las embarcadas en el satélite con sus fuertes restricciones) y decodificaciones complejas (que se hacen en el segmento terreno donde en principio se puede disponer de más recursos) Entre los avances destacados está el protograph code design y los códigos especiales para enlaces ópticos en el espacio profundo.

En cuanto a la compresión de datos, el grupo del profesor Cheng fue pionero, con su sistema de compresión ICER para datos científicos, en la compresión progresiva y por bloques que permite dividir la imagen a transmitir en bloques no homogéneos y comprimirla de manera que la recuperación es progresiva en caso de pérdida de datos se obtiene la imagen con alguna pérdida de bloque y una resolución que depende de los datos que se han perdido. Esto contrasta con los sistemas tradicionales como el JPEG que quedaban con la imagen incompleta ya que la imagen se codificaba por líneas de forma secuencial y una pérdida de datos hacía que se perdiera el resto de la imagen a partir de la línea en que ocurría el error.

Finalmente se comentaron los trabajos punteros que se están llevando a cabo actualmente en el grupo, centrados en conceptos avanzados de codificación de canal con códigos LDPC que no entendí bien: (1) frame synchronization; (2) soft symbol LLRs calculations (log likelihood ratio); soft symbol scaling; rateless erasure (or fountain) codes; Luby-Transform (LT); … en fin, no tomé muchas notas sobre estos temas, que por otra parte fueron tocados muy por encima. Se mostraron implementaciones de sistemas embebidos y se mostraron gráficas de rendimiento respecto al límite teórico de shannon.

El tema más ineteresante que tocó es el Network Coding. Es un concepto iniciado por el investigador Ahlswede y colegas. Se trata de una técnica que permite reducir las transmisiones en un sistema de comunicaciones por relay. Por ejemplo un sistema de relay de satélite en el que dos puntos se comunican a través de un satélite en órbita. En la situación normal cada punto realiza una transmisión hacia el satélite y recibe de este la respuesta, con toda la parafernalia de modulaciones y redundancia por codificación de canal. En el nuevo esquema el satélite recibe las transmisiones desde los puntos de tierra y realiza una sola transmisión hacia tierra con un mix de modulación y codificación de canal hacia los dos destinatarios. Cada uno extrae la información que le corresponde del mix.