Towards ideal codes : looking for new turbo code schemes

Dhouha Kbaier 1, 2, 3
1 Lab-STICC_TB_CACS_IAS
Lab-STICC - Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (UMR 3192)
Résumé : Tandis que les turbocodes (TCs) existants présentent des performances très proches des limites théoriques pour les taux d'erreurs moyens et élevés, atteindre les taux d'erreurs très faibles requis par les futures applications de diffusion numérique ou de visioconférence requiert l'utilisation de codes plus puissants. Néanmoins, une complexité de décodage raisonnable doit être maintenue. L'objectif principal de la thèse consiste à investiguer de nouvelles structures dérivées des TCs classiques afin d'atteindre des taux d'erreurs très faibles. Il s'agit alors de trouver des architectures qui conduisent à un compromis performance/complexité de décodage non encore atteint avec de tels codes. Une première partie de l'étude est consacrée à l'investigation d'une nouvelle structure concaténée hybride 3D combinant les principes de concaténation parallèle et série. Celle-ci est simplement dérivée d'un TC classique en concaténant un post-codeur de rendement 1 à sa sortie. Les diagrammes EXIT permettent de rechercher des structures de post-codeurs adaptés aux transmissions aussi bien sur canal gaussien que sur canal à évanouissements de type Rayleigh. Les TCs 3D offrent de meilleures performances que les TCs classiques pour des rapports signal à bruit élevés. Il était même possible, dans le cas du code 3GPP2, d'augmenter d'autant plus la distance minimale du code en optimisant le spectre de distance. En revanche, une dégradation du seuil de convergence et une augmentation de la complexité sont observées. Afin de résoudre le problème de la perte en convergence, deux axes de recherche sont proposés. Le premier consiste à utiliser un post-codeur avec un treillis variant dans le temps. Cette technique permet de réduire la perte en convergence de 10% à 50% de sa valeur exprimée en dB. Le deuxième axe consiste à associer le TC 3D avec des modulations d'ordre supérieur comme les MDP-M ou les MAQ-M. Lorsque les bits systématiques et les bits de parités post-codés sont affectés aux places binaires les mieux protégées par la modulation, la perte en convergence est transformée en gain. On obtient donc un TC 3D plus performant que le TC classique à la fois en termes de seuil de convergence et de performance asymptotique. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'étude des TCs irréguliers. Le problème ici est l'inverse du précédent. En effet, les TCs irréguliers ont de très bonnes performances pour des rapports signal à bruit faibles, mais leur performance asymptotique est mauvaise comparée aux TCs réguliers. Tout d'abord, le profil de degré est sélectionné à l'aide des diagrammes EXIT hiérarchiques. Ensuite, une étude a été lancée pour la conception d'entrelaceurs adaptés à de tels codes afin d'améliorer leur distance minimale. C'est alors que des entrelaceurs, basés sur la notion de graphe en utilisant l'algorithme de Dijkstra et une estimation de la distance du code (par la méthode de l'impulsion d'erreur), montrent une amélioration nette des performances dans la zone du plancher d'erreur. Néanmoins, cette tâche prend beaucoup de temps pour les blocs de grande taille, et nécessite un espace mémoire pour stocker les adresses de l'entrelaceur. Pour profiter des résultats de la première partie de la thèse et afin de réunir les deux études, une nouvelle structure modifiée de TCs irréguliers a été proposée. Il s'agit de concaténer le post-codeur de rendement 1 à la sortie de ces codes afin de gagner en distance minimale. Cette architecture permet d'avoir des TCs irréguliers plus performants que les TCs réguliers à la fois en termes de seuil de convergence et de performance asymptotique.
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Thèse
Electronics. Télécom Bretagne; Université de Bretagne-Sud, 2011. English
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Dhouha Kbaier. Towards ideal codes : looking for new turbo code schemes. Electronics. Télécom Bretagne; Université de Bretagne-Sud, 2011. English. 〈tel-01190338〉

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