Etude de turbocodes non binaires pour les futurs systèmes de communication et de diffusion

Study of non-binary turbo codes for future communication and broadcasting systems

• Auteur / Autrice : Rami Klaimi
• Direction : Catherine Douillard, Joumana Farah Francis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 03/07/2019
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMT Atlantique - ELEC - Lab-STICC_IMTA_CACS_IAS - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Brest ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Charly Poulliat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Douillard, Joumana Farah Francis, Gianluigi Liva, Christophe Jego, Charbel Abdel Nour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gianluigi Liva, Christophe Jego

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modulation par impulsions codées

Galois, Théorie de

Codes convolutifs

Turbo-codes

Mots clés libres

Codes convolutifs

Turbocodes

Corps de Galois

Code non binaire

Modulation codée

Entrelaceur ARP

Réduction de complexité

Convolutional codes

Turbo codes

Galois fields

Non-binary codes

Coded modulation

ARP interleaver

Complexity reduction

Résumé

Les systèmes de téléphonie mobile de 4ème et 5ème générations ont adopté comme techniques de codage de canal les turbocodes, les codes LDPC et les codes polaires binaires. Cependant, ces codes ne permettent pas de répondre aux exigences, en termes d’efficacité spectrale et de fiabilité, pour les réseaux de communications futurs (2030 et au-delà), qui devront supporter de nouvelles applications telles que les communications holographiques, les véhicules autonomes, l’internet tactile … Un premier pas a été fait il y a quelques années vers la définition de codes correcteurs d’erreurs plus puissants avec l’étude de codes LDPC non binaires, qui ont montré une meilleure performance que leurs équivalents binaires pour de petites tailles de code et/ou lorsqu'ils sont utilisés sur des canaux non binaires. En contrepartie, les codes LDPC non binaires présentent une complexité de décodage plus importante que leur équivalent binaire. Des études similaires ont commencé à émerger du côté des turbocodes. Tout comme pour leurs homologues LDPC, les turbocodes non binaires présentent d’excellentes performances pour de petites tailles de blocs. Du point de vue du décodage, les turbocodes non binaires sont confrontés au même problème d’augmentation de la complexité de traitement que les codes LDPC non binaire. Dans cette thèse nous avons proposé une nouvelle structure de turbocodes non binaires en optimisant les différents blocs qui la constituent. Nous avons réduit la complexité de ces codes grâce à la définition d’un algorithme de décodage simplifié. Les codes obtenus ont montré des performances intéressantes en comparaison avec les codes correcteur d’erreur de la littérature.

Nowadays communication standards have adopted different binary forward error correction codes. Turbo codes were adopted for the long term evolution standard, while binary LDPC codes were standardized for the fifth generation of mobile communication (5G) along side with the polar codes. Meanwhile, the focus of the communication community is shifted towards the requirement of beyond 5G standards. Networks for the year 2030 and beyond are expected to support novel forward-looking scenarios, such as holographic communications, autonomous vehicles, massive machine-type communications, tactile Internet… To respond to the expected requirements of new communication systems, non-binary LDPC codes were defined, and they are shown to achieve better error correcting performance than the binary LDPC codes. This performance gain was followed by a high decoding complexity, depending on the field order.Similar studies emerged in the context of turbo codes, where the non-binary turbo codes were defined, and have shown promising error correcting performance, while imposing high complexity. The aim of this thesis is to propose a new low-complex structure of non-binary turbocodes. The constituent blocks of this structure were optimized in this work, and a new low complexity decoding algorithm was proposed targeting a future hardware implementation. The obtained results are promising, where the proposed codes are shown to outperform existing binary and non-binary codes from the literature.