Advanced coding and interleaving techniques for next generation communication and broadcasting systems
Techniques avancées de codage et d’entrelacement pour les futures générations de systèmes de communication et de radiodiffusion numériques
Résumé
The commercial success of new multimedia devices as tablets, connected TVs or smartphones, combined with the increasing demand for services such as interactive gaming, TV on demand or live streaming, call for the introduction of a new generation of communication and broadcasting systems. Such systems should provide reliable transmissions while keeping their impact on spectrum resources as low as possible, especially when low error rates (typically lower than 10-6) are targeted. With this aim in mind, this thesis focuses on the enhancement of the error rate performance of interleaved and coded transmissions. As a first step, we investigate two improved Turbo Code (TC)-based structures in the context of the Long Term Evolution (LTE) standard defined by the 3GPP consortium. The first structure applies a joint optimization of puncturing patterns and interleaver design. The second one considers precoding as a means to improve the convergence and/or the asymptotic behaviour of the turbo coding scheme. Significant coding gains are obtained with the studied coding structures in comparison to the original scheme adopted in LTE. Finally, we focus on the proposal of new criteria for the design of efficient channel interleavers for the latest generation broadcasting systems. When associated with powerful error correcting codes, such as LDPC and turbo codes, the proposed interleavers allow the error rate performance of the overall system to be improved, especially in cases where the transmitted signal undergoes impulsive noise and/or selective fading.
La demande croissante d’applications et de services multimédia, comme les jeux
interactifs ou la TV à la demande, appellent à introduire une nouvelle génération
de systèmes de communication et de radiodiffusion. De tels systèmes se devront
d’assurer des transmissions fiables tout en ayant un impact limité sur les ressources
spectrales, notamment lorsque des faibles taux d’erreurs sont ciblés. Dans cette
optique, les travaux de cette thèse portent sur l’amélioration de la performance en
termes de taux d’erreur des transmissions codées et entrelacées.
Dans la première partie, nous proposons une méthode de construction d’entrelaceurs
pour les turbocodes (TCs) contraints par le poinçonnage. Tout d’abord, nous
introduisons une stratégie de sélection du motif de poinçonnage. Ensuite, nous
présentons une nouvelle contrainte d’entrelacement liée au poinçonnage de parités.
Enfin, nous proposons une méthode de construction graphique d’entrelaceurs quasi
réguliers ou Almost Regular Permutation (ARP). La contrainte de poinçonnage
proposée permet d’augmenter le nombre d’entrelaceurs candidats avec une distance
minimale de Hamming élevée et de réduire le temps moyen de leur obtention. Des
améliorations significatives des taux d’erreur, de 2 à 4 décades dans l’error floor,
sont obtenues en comparaison avec le code LTE.
La deuxième partie de l’étude concerne les techniques de précodage pour les
TCs. Premièrement, nous analysons un TC précodé (PTC) de l’état de l’art. Ensuite,
nous introduisons un EXtrinsic Information Transfer (EXIT) chart modifié
afin d’identifier les meilleurs taux de précodage. Enfin, nous proposons une nouvelle
structure de précodage hybride dont nous étudions l’interaction avec la première
structure. La structure hybride présentant de bonnes performances asymptotiques,
des critères de design des entrelaceurs adaptés à cette structure sont proposés. Nous
montrons finalement que les PTCs conviennent pour les systèmes adaptatifs où le
taux d’erreur ciblé peut changer en fonction des conditions de transmission.
La dernière partie de l’étude est dédiée à la construction d’entrelaceurs canal. Le
premier critère de design proposé consiste à optimiser conjointement les propriétés
de dispersion de l’entrelaceur en temps et en fréquence. Les meilleurs entrelaceurs
sont ensuite sélectionnés via la variance de la distribution de l’information mutuelle.
L’entrelaceur canal de DVB-T2 présentant des lacunes suivant ces critères, nous
avons construit un entrelaceur global optimisé pour DVB-T2. L’entrelaceur proposé
améliore la performance de la chaîne de transmission en termes de taux d’erreur,
notamment en présence d’effacements réguliers. De plus, cette structure permet une
meilleure maîtrise des paramètres de design de l’entrelaceur, ainsi qu’une latence
et une complexité réduites, en raison de la réduction du nombre de composantes
d’entrelacement canal.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)