Étude de codes LDPC pour applications spatiales optiques et conception des décodeurs associés - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Study of LDPC codes for optical space applications and design of the associated decoders

Étude de codes LDPC pour applications spatiales optiques et conception des décodeurs associés

Résumé

Digital communication systems are everywhere in our daily life. The evolution of needs implies the research and development of innovative solutions for future communication systems. Considering space digital communications, most satellites use radiofrequency links to communicate with the Earth. To minimize bandwith usage and increase throughputs, digital communication technologies based on optical links represent an interesting alternative. However, luminous energy is absorbed by particules that are present in the Earth's atmosphere. These perturbations implies new issues and new coding schemes must be developed to cope with them.LDPC codes are an error correction code family. Their performance near Shannon's limit makes them an attractive solution for digital communication systems. They have been selected in Wifi and 5G standards to achieve very high throughputs (several Gbps). They were also adopted in CSSDS and DVB-S2 standards for space applications.This thesis is about the study and the hardware implementation of coding schemes applied on optical links for space digital communication systems. The first contribution is the study of a coding scheme for an optical downlink with a soft input decoder on Earth. In this study, we developed a hardware architecture capable of implementing the decoding process on FPGA. The designed decoder reaches the expected throughput of 10 Gbps. A second contribution is about the optical uplink that implies hard input decoding in a satellite. Resulting constraints led us to rethink extended Gallager B algorithm. It made possible the develoment of a new architecture that manages the hard input decoding process efficiently while being compliant with space constraints, such as hardware complexity, heat dissipation and throughput (10 Gbps).
Les systèmes de communications numériques sont omniprésents dans notre quotidien. L'évolution des besoins implique la recherche et le développement de solutions innovantes pour les futurs systèmes de communications. Dans le cadre des communications numériques satellitaires, la plupart des satellites utilisent des liens par radiofréquences pour communiquer avec la Terre. Pour limiter l'utilisation de bande passante et augmenter les débits, les technologies de communications numériques via des liens optiques constituent une alternative intéressante. Ces technologies utilisent des lasers pour l'émission des données et des télescopes en réception. Cependant, l'énergie lumineuse est absorbée ou déviée par les particules présentes dans l'atmosphère terrestre. Ces perturbations sont à l'origine de nouvelles problématiques et de nouveaux schémas de codage doivent être mis au point pour y remédier.Les codes LDPC sont une famille de codes correcteurs d'erreurs. Leurs performances proches de la limite de Shannon en font des solutions très attractives pour les systèmes de communications numériques. Ils ont notamment été sélectionnés dans le standard Wifi et pour la 5G, permettant d'atteindre de très haut débits (plusieurs Gbit/s). Ils ont aussi été retenus par les standards CCSDS et DVB-S2 pour des applications spatiales.Cette thèse porte sur l'étude et l'implantation matérielle de schéma de codage appliqué à des communications numériques satellitaires via des liens optiques. La première contribution est l'étude d'un schéma de codage pour un lien optique descendant avec un décodage canal à entrées souples au sol. Dans le cadre de cette étude, une architecture matérielle permettant d'implanter le processus de décodage sur FPGA et capable d'atteindre un débit attendu de 10 Gbit/s a été développée. Une deuxième contribution porte sur le lien optique montant impliquant un décodeur canal à entrées dures embarqué dans un satellite. Les contraintes qui en découlent ont amené à repenser l'algorithme Gallager B étendu. Cela a permis la conception d'une nouvelle architecture permettant d'effectuer efficacement un décodage à entrées dures tout en respectant les contraintes spatiales au niveau de la complexité matérielle, de la dissipation thermique et du débit (10 Gbit/s).
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03182724 , version 1 (26-03-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03182724 , version 1

Citer

Vincent Pignoly. Étude de codes LDPC pour applications spatiales optiques et conception des décodeurs associés. Electronique. Université de Bordeaux, 2021. Français. ⟨NNT : 2021BORD0025⟩. ⟨tel-03182724⟩
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