Thèse soutenue

Algorithmes et architectures pour la détection des signaux MIMO
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Auteur / Autrice : Micaela Troglia Gamba
Direction : Michel Jézéquel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et technologies de l'information et de la communication
Date : Soutenance en 2011
Etablissement(s) : Télécom Bretagne
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les systèmes multi-antennes (Multiple-Input Multiple-Output: MIMO) représentent une technologie clé pour le déploiement de systèmes de communication sans fil. Cependant, la complexité des détecteurs MIMO de haut débit pose un problème sérieux de mise en oeuvre. Parmi les détecteurs MIMO existants, l’algorithme nommé détecteur à sphère (Sphere Decoder Algorithm: SDA) a vu le jour pour réduire la complexité de traitement par rapport à la technique de détection originale basée sur le maximum de vraisemblance (ML). En outre, il a été démontré que SDA atteint des performances optimales pour les systèmes non codés. Toutefois, pour les systèmes codés, d’autres simplifications dans l’algorithme de détection peuvent être utilisées sans altérer les performances en taux d’erreur. Dans ce contexte, le SDA peut être modifié afin de prévoir une détection basée sur des informations pondérées. LSD (List-Sphere Decoder) a été introduit comme une version à entrées/sorties pondérées de la version SDA originale. Ce travail de thèse traite les aspects algorithmique, architectural et de mise en oeuvre de la détection MIMO basée sur SDA et LSD. Le principal objectif est de proposer des solutions de mise en oeuvre de faible complexité, tout en considérant les exigences des systèmes de communication numérique en termes de débit, de flexibilité et de taux d’erreurs. En particulier, la première contribution est représentée par une amélioration de SDA, ce qui permet une augmentation significative du débit avec une complexité supplémentaire très limitée et sans dégradation en termes de performance en taux derreurs binaires. La méthode de détection proposée, appelée LASDA (Look-Ahead SDA), est basée sur des transformations formelles, à savoir Look-Ahead, recalage et pipeline et sur une stratégie modifiée de recherche arborescente. Une conception efficace de type VLSI du détecteur LASDA supportant un system MIMO 4x4 avec une modulation MAQ-16 est proposée. La deuxième contribution concerne une étude détaillée sur la flexibilité et la convergence de la détection itérative. Deux détecteurs à entrées/sorties pondérées (Soft-Input Soft-Output: SISO) sont considérés: LSD et un filtrage linéaire de faible complexité (Linear Minimum-Mean-Square-Error-Interference-Canceller (MMSE-IC)). Des diagrammes de transfert d’information mutuelle (EXIT charts) sont développés. Cette analyse est orientée pour obtenir les compromis possibles entre complexité et performance pour une implémentation matérielle flexible. La dernière contribution est liée à la conception d’un processeur à jeu d’instructions dédié à l’application (Application-Specific Instruction-set Processor (ASIP)) pour un détecteur SISO LSD. L’ASIP proposé supporte différentes configurations MIMO (2x2, 3x3, 4x4) et différents ordres de modulation (QPSK, MAQ-16, MAQ-64) en plus d’une taille de liste flexible (1 à 64 éléments).