Mécanismes de fiabilité bi-directionnels “couches basses” pour les communications par satellite

Bidirectional reliability mechanisms for lower layers of satellite communications

• Auteur / Autrice : Rami Ali Ahmad
• Direction : Jérôme Lacan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, télécom, système et architecture
• Date : Soutenance le 24/06/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département d’ingénierie des systèmes complexes
• Jury : Président / Présidente : Pierre Duhamel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Arnal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Duhamel, Didier Le Ruyet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels dans les télécommunications

HARQ (télécommunications)

Mots clés libres

Harq

Communications par satellite

Délai

Efficacité

Information mutuelle

Résumé

Dans le cadre des communications par satellite, les caractéristiques du lien rendent difficile la mis en œuvre des systèmes de télécommunications. Pour certaines applications, le problème principal est le délai de propagation. Un autre problème est la perte des données due aux caractéristiques du canal. Le but de cette thèse est de proposer un mécanisme qui assure la fiabilité de la communication tout en maximisant l’efficacité d’utilisation de la bande passante. Le protocole HARQ est reconnu pour sa capacité à atteindre le meilleur compromis fiabilité/débit. Cependant, ce mécanisme doit être optimisé pour pouvoir être utilisé sur un lien satellite. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de fiabilisation basée sur l’HARQ statique, où le nombre de bits à envoyer à chaque transmission est fixé à l’avance. Cette méthode s’adresse aux services qui tolèrent un certain délai avant la réception du message. À partir de la distribution statistique du canal, elle définit la probabilité de décodage optimale à chaque transmission. Le nombre de bits à envoyer est calculé en fonction de ces probabilités et de la distribution d’information mutuelle du canal. Dans un deuxième temps, nous introduisons une version adaptative de la méthode précédente. Le récepteur calcule le nombre de bits à envoyer en fonction de l’état du canal pendant la transmission actuelle. Le nombre de bits calculé est renvoyé dans un acquittement vers l’émetteur. Finalement, nous présentons une structure de trame couche physique dans le cadre des mécanismes HARQ proposés et nous évaluons ses performances en faisant varier les paramètres du système. L’objectif est de trouver l’ordre de grandeur optimal des tailles de trames et des codes correcteurs d'erreurs à utiliser.

As part of a satellite communications system, the characteristics of the communication links make it difficult to set up telecommunications systems. For certain applications, the main problem is the propagation delay. Another problem is the loss of data due to the characteristics of the channel. The aim of this thesis is to propose a mechanism that ensures the reliability of communication and maximize the utilization efficiency of the available bandwidth. HARQ protocol is known for its ability to achieve the best compromise reliability/ throughput.However, this mechanism must be optimized to be used on a satellite link. First, we propose a reliability method based on static HARQ, where the number to be sent is fixed previously. This method is specifically for services that tolerate some delay before the reception of the message. It consists in defining the probability of decoding at each transmission, using an optimization algorithm that we propose. The number of bits to be sent is calculated based on these probabilities and the distribution of the mutual information, assuming knowledge of the statistical distribution of the channel attenuation. Secondly, we introduce an adaptive version of the proposed method. This new approach calculates the number of bits to be sent by taking into account variations of the channel state during the communication. The receiver calculates the number of bits to be sent depending on the channel state during the current transmission. This calculated number is sent in an acknowledgement to the transmitter. Finally, we propose a frame structure for a physical layer that implements the proposed mechanisms and evaluate their performance by varying the system parameters. The aim is to find the optimal order of frame sizes and codes to be used.