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Theses

Contribution to the improvement of the decoding performance of turbo codes : algorithms and architecture

Résumé : Les turbo codes sont une classe de codes correcteurs d’erreurs approchant la limite théorique de capacité formulée par Claude Shannon. Conjointement à leurs excellentes performances de décodage, la complexité calculatoire modérée des turbo décodeurs a permis leur inclusion dans de nombreux standards de communications numériques. Une des métriques permettant la caractérisation de codes correcteurs d’erreurs est l’évolution du taux d’erreurs binaires en fonction du rapport signal sur bruit. Dans le cadre des turbo codes, une courbe de performance de décodage comprend deux zones principales.Dans la première zone, une faible amélioration de la qualité du canal de transmission entraîne de grandes améliorations au niveau des performances de décodage. En revanche dans la seconde, une amélioration de cette qualité ne résulte qu’en une amélioration marginale des performances de décodage. Cette seconde région est nommée zone du plancher d’erreurs. Elle peut empêcher l’utilisation de turbo codes dans des contextes nécessitant de très faibles taux d’erreurs. C’est pourquoi la communauté scientifique a proposé différentes optimisations favorisant la construction de turbo codes atténuant ce plancher d’erreurs. Cependant, ces approches ne peuvent être considérées pour des turbocodes déjà standardisés. Dans ce contexte, cette thèse adresse le problème de la réduction du plancher d’erreurs en s’interdisant de modifier la chaîne de communications numériques du côté de l’émetteur.Pour ce faire, un état de l’art de méthodes de post-traitement de décodage est dressé pour les turbo codes. Il apparaît que les solutions efficaces sont coûteuses à mettre en oeuvre car elles nécessitent une multiplication des ressources calculatoires ou impactent fortement la latence globale de décodage.Dans un premier temps, deux algorithmes basés sur une supervision de l’évolution de métriques internes aux décodeurs, sont proposés. L’un deux permet d’augmenter la convergence du turbo décodeur. L’autre ne permet qu’une réduction marginale du plancher d’erreurs. Dans un second temps, il est observé que dans la zone du plancher d’erreurs, les trames décodées par le turbo décodeur sont très proches du mot de code originellement transmis. Ceci est démontré par une proposition de prédiction analytique de la distribution du nombre d’erreurs binaires par trame erronée. Cette dernière est réalisée grâce au spectre de distance du turbo code. Puisque ces erreurs binaires responsables du plancher d’erreurs sont peu nombreuses, une métrique permettant de les identifier est mise en oeuvre. Ceci mène alors à l’établissement d’un algorithme de décodage permettant de corriger des erreurs résiduelles. Cet algorithme, appelé algorithme Flip-and-Check se base sur un principe de création de mots candidats et de vérifications successives parun code détecteur d’erreurs. Grâce à cet algorithme de décodage, un abaissement du plancher d’erreurs d’un ordre de grandeur est obtenu pour les turbo codes de différents standards (LTE, CCSDS, DVB-RCS et DVB-RCS2), ce, tout en conservant une complexité calculatoire raisonnable.Finalement, une architecture matérielle de décodage implémentant l’algorithme Flipand-Check est présentée. Une étude préalable de l’impact des différents paramètres de l’algorithme est menée. Elle aboutit à la définition de valeurs optimales pour certains de ces paramètres. D’autres sont à adapter en fonction des gains visés en terme de performances de décodage. Cette architecture démontre alors la possible intégration de cet algorithme aux turbo décodeurs existants ; permettant alors d’abaisser le plancher d’erreurs des différents turbo codes présents dans les différents standards de télécommunication.
Document type :
Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01580476
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Friday, September 1, 2017 - 3:45:06 PM
Last modification on : Wednesday, October 3, 2018 - 3:06:34 AM
Document(s) archivé(s) le : Saturday, December 2, 2017 - 2:13:59 PM

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TONNELLIER_THIBAUD_2017.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01580476, version 1

Citation

Thibaud Tonnellier. Contribution to the improvement of the decoding performance of turbo codes : algorithms and architecture. Electronics. Université de Bordeaux, 2017. English. ⟨NNT : 2017BORD0638⟩. ⟨tel-01580476⟩

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