Turbo égalisation à haute performance pour la transmission par satellite au-delà de la cadence de Nyquist

High performance turbo equalisation for faster-than-Nyquist satellite communications

• Auteur / Autrice : Albert Abelló Barberán
• Direction : Jérôme Lacan, Damien Roque
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécoms, Système et Architecture
• Date : Soutenance le 15/11/2018
• 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 Signal, communication, antenne et navigation, radar (Toulouse, Haute-Garonne) - Organisation européenne de télécommunications par satellite
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département électronique, optronique et signal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Douillard, Jean-Marc Brossier, Giulio Colavolpe, Marie-Laure Boucheret, Ronan Cosquer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Douillard, Jean-Marc Brossier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bruit aléatoire, Théorie du

Codes de contrôle à parité de faible intensité

Satellites

Mots clés libres

Turbo égalisation

Channel shortening

Estimation symbole

Codes LDPC

Turbo equalization

Channel shortening

Symbol estimation

LDPC codes

Résumé

Le contexte de ces travaux de thèse est la transmission dite faster-than-Nyquist (FTN). Cette technique propose d’augmenter l’efficacité spectrale en augmentant lerythme de transmission au-delà de la bande occupée par le signal émis, indépendamment de laconstellation choisie. Il a été montré que le FTN offre des taux d’information supérieurs à ceuxdes systèmes de Nyquist. Toutefois, le non respect du critère de Nyquist entraîne l’apparitiond’interférence entre symboles et des techniques de réception appropriées doivent être utilisées.La technique de réception dite channel shortening consiste à filtrer la séquence reçue puis àcalculer des probabilités symbole a posteriori approximatives à l’aide de l’algorithme BCJRen considérant une réponse de canal modifiée, de longueur réduite. Dans la littérature, enprésence d’information a priori, les filtres du récepteur channel shortening sont optimiséssous critère de maximisation de l’information mutuelle généralisée (IMG) en utilisant desméthodes numériques. Nous proposons dans ces travaux de thèse une solution analytiquepour l’ensemble des filtres channel shortening sous critère de maximisation de l’IMG lorsquele récepteur dispose d’information a priori. Nous démontrons ensuite que l’égaliseur au sens dela minimisation de l’erreur quadratique moyenne (MMSE) est un cas particulier de l’égaliseurchannel shortening. Dans le cadre de la turbo égalisation, nous étudions ensuite un estimateurpermettant d’obtenir l’information a priori à partir de l’information en sortie du décodeurcorrecteur d’erreurs. Finalement, nous évaluons les performances du système complet aveccodage correcteur d’erreurs sur canal à bruit additif blanc Gaussien.

In order to increase the spectral efficiency of digital communications systems,the faster-than-Nyquist (FTN) approach increases the symbol rate beyond the occupied bandwidthof the transmitted signal independently of the constellation type and size. It has beenshown that information rates of FTN systems are greater than those of Nyquist systems.However, the non-compliance of the Nyquist criterion causes inter-symbol interference to appearand therefore appropriate reception techniques must be used. At reception, the channelshortening approach consists on a receiving filter followed by a BCJR algorithm computingapproximate a posteriori symbol probabilities by considering a modified channel response ofreduced length. In the literature, the channel shortening receiving filters are chosen to maximizethe generalized mutual information (GMI). Such optimization is performed by usingnumerical optimization methods. In this PhD thesis, we propose a closed-form solution forall channel shortening filters considering the GMI maximization criterion. We show that theminimum mean square error (MMSE) equalizer is a particular case of the channel shorteningapproach. Within the frame of turbo equalization, we then study a suitable estimator allowingto obtain symbols a priori information from the information provided by the a decoder. Finally,we study the performance of the complete system with channel coding over an additivewhite Gaussian noise channel.