Codage pour les communications coopératives : Codage de source distribué et canaux à relais

Coding for cooperative communications : Topics in distributed source coding and relay channels

• Auteur / Autrice : Anne Savard
• Direction : David Declercq, Claudio Weidmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : STIC (sciences et technologies de l'information et de la communication) - Cergy
• Date : Soutenance le 22/09/2015
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipes Traitement de l'Information et Systèmes (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) - Equipes Traitement de l'Information et Systèmes / ETIS
• Jury : Président / Présidente : Michel Kieffer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ingmar Land
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Bloch, Michael Gastpar

Mots clés

Mots clés libres

Codage de source distribué

Décodage itératif

Cellules de Voronoi

Codage par réseau de points

Canaux à relais

Distributed source coding

Iterative decoding

Voronoi cells

Lattice coding

Relay channels

Résumé

L'augmentation du trafic sur les réseaux sans fil ne permet plus de traiter les données en utilisant les protocoles standard des réseaux filaires, qui sont eux sans interférences. Ainsi, les nœuds des réseaux sans fil doivent coopérer en exploitant les corrélations inhérentes à la proximité des utilisateurs afin d'exploiter au mieux la capacité d'un tel réseau.Dans cette thèse, nous considérons tout d'abord le problème de codage de source avec information adjacente compressée. Le nœud coopératif, ayant accès à un signal corrélé avec celui de la source, peut en envoyer une version compressée au destinataire sur un lien indépendant, permettant d'économiser du débit sur le lien principal. En utilisant une caractérisation des cellules de Voronoi du quantificateur utilisé, nous avons pu améliorer un algorithme de décodage itératif basé sur des codes LDPC.La seconde partie de la thèse traite des problèmes de codage de canal, où les nœuds coopératifs sont des relais. L'exemple le plus simple d'une telle communication est le canal à relais, où un relais aide à la communication entre la source et la destination. Alors que dans le problème de codage de source, le canal de corrélation entre la source et le nœud coopératif est fixé, dans le codage de canal, la question est de savoir quelle opération effectuer au relais. Tout d'abord, nous considérons un problème quelque peu dual au problème de codage de source avec information adjacente compressée, en considérant des bruits corrélés au relais et la destination. Puis, nous étudions des bornes sur la capacité et des débits atteignables pour deux extensions du canal à relais, le canal à relais bidirectionnel avec des bruits corrélés au relais et aux destinations, où deux sources échangent leurs données avec l'aide d'un relais, et le canal multidirectionnel avec liens directs (qui modélisent la proximité des utilisateurs), où les utilisateurs sont regroupés dans des clusters et échangent leurs données localement au sein d'un même cluster avec l'aide d'un relais.

The current wireless data traffic growth cannot be handled by classical multi-hop network protocols as in interference-free wired networks, thus it has been recognized that network nodes need to cooperate in order to take advantage of source and/or channel signal correlations, which is needed to achieve fundamental capacity limits.This thesis first considers a cooperative source coding problem, namely binary source coding with coded side information (CoSI): the helper node has access to a signal that is correlated with the source and may send a compressed version on a separate link to the destination, thus rate can be saved on the main source-destination link. Using a characterization of the Hamming-space Voronoi regions of the quantizer at the helper node, an improved practical scheme based on LDPC codes is proposed.The second part of the thesis considers cooperative channel coding, where helper nodes are relays. The simplest example of such a communication is the relay channel, in which a relay node helps the source to send its message to the destination. Whereas in the source coding problem, the correlation between source and side information is given, in channel coding, the main question is to find the best relaying operation. First, a somewhat dual problem to source coding with CoSI is studied, by considering correlated noises at the relay and destination. Then, various extensions of the relay channel are characterized using upper bounds on capacity and achievable rates: the two-way relay channel with correlated noises at the relay and destinations, where two sources wish to exchange their data with the help of a relay, and the multiway relay channel with direct links, where users, grouped into fully connected clusters (users in a cluster can overhear each others' messages), wish to exchange their messages locally within a cluster with the help of one relay.