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Soutenance de AMAMRA Imed

République Algérienne Démocratique Et Populaire

Ministère De L’enseignement Supérieur Et De La Recherche Scientifique

Université 20 Août 1955- Skikda

Faculté De Technologie, Département De Génie électrique

 

Spécialité: Electronique - Option: Traitement du Signal

Thése présentée par: AMAMRA Imed 

Thème: Codage Canal et Techniques Efficaces de Décodage Itératif 

Date de soutenance: Le **/**/****

 

Jury Composé De:

 

Président :       DJEMILI Rafik                     Prof. Université 20 Août 1955 de Skikda

Rapporteur :    DEROUICHE Nadir             MCA. Université 20 Août 1955 de Skikda

Examinateur :             BENSLAMA Malek              Prof. Université Frères Mentouri Constantine-1

Examinateur :             LASHAB Mohamed             Prof. Université Larbi Ben Mhidi d’Oum el Bouaghi

Examinateur :             BELMEGUENAI Aissa        MCA. Université 20 Août 1955 de Skikda

Examinateur :             ZEBIRI Chemseddine           MCA. Université Ferhat Abbas Sétif-1

  

La soutenance aura lieu à la salle de soutenance, bloc Génie Civil

 

Résumé

  

 

L’utilisation d’algorithmes itératifs est aujourd’hui largement répandue dans tous les domaines du traitement du signal et des communications numériques. Dans les systèmes de communications modernes, les algorithmes itératifs sont principalement utilisés dans le décodage des Turbocodes et des codes LDPC (Low-Density Parity-Check), qui sont deux classes de codes correcteurs d’erreurs utilisés pour leurs performances exceptionnelles en terme de taux d’erreur. La nature itérative des algorithmes de décodage et leur complexité relative présentent encore un défit face à leur implémentation, tout en se conformant au contraintes de débit et de latence, dans les nouvelles normes des systèmes de télécommunication. Ce problème étant non entièrement résolu dans la littérature, fait objet de cette thèse.

Nous avons deux contributions principales pour l’amélioration du décodage itératif des Turbocodes. Notre première contribution est un critère d’arrêt anticipé du processus de décodage itératif, qui est conçu en observant le comportement du rapport de vraisemblance logarithmique LLR des sorties a posteriori lors du décodage. Nous montrons par des simulations que notre méthode en comparaison avec des méthodes de référence, atteint de bonne performance de décodage en terme du taux d’erreur binaire BER, tout en réduisant considérablement le nombre d’itérations moyen. 

Notre deuxième contribution est une technique d’amélioration et d’optimisation du décodage itératif conçu sur deux phases. Premièrement, un test de convergence par l’analyse de l’entropie croisée, est utilisé pour sélectionner les bits non-convergents et établir une règle d’arrêt anticipé efficace.  Ensuite, une approche adaptative pour le calcule d’un facteur de normalisation est appliquée à l’information extrinsèque des bits non-convergents précédemment sélectionnés, et qui est échangée entre les deux composant-décodeurs du Turbocode. Les résultats de simulations, du critère proposé montre une application intéressante dans un système de retransmission automatique hybride HARQ combinant un protocole de contrôle d’erreur et un Turbocode, où la complexité de décodage est considérablement réduite. Ainsi cette méthode montre une adaptabilité en vers les changements des conditions du canal en terme de rapport signal-à-bruit.

 Mots-clefs : Codage convolutif, décodage itératif, Turbocode, code LDPC, algorithme LogMAP, entropie croisée, critère d’arrêt anticipé.

 

ABSTRACT

 

Today iterative algorithms are widely used in all areas of signal processing and digital communications. In modern communication systems, iterative algorithms are mainly used in decoding Turbocodes and Low-Density Parity-Check (LDPC) codes, which are two classes of error-correcting codes mainly used for their exceptional error-rate performance. The iterative nature and relative complexity of these decoding algorithms are presenting conceiving challenges to their implementation, while complying with the constraints of throughput and latency, in new standards of telecommunication systems. Being not completely solved in the literature, this problem makes the subject of this thesis. 

We present two main contributions for improving the iterative decoding of Turbocodes. The first contribution is an early stopping criterion of the iterative decoding process, which is devised by observing the log-likelihood ratio behavior LLR of the a posteriori outputs during decoding. Simulation results in comparing with some reference methods show that our method achieved an acceptable BER (Bit Error Rate) performance and reduced considerably the average number of iterations.

 The second contribution is a technique for improving and optimizing the iterative decoding designed on two phases. First, a bit-level convergence test using the cross-entropy analyses is used to select non converged bits and establish a simple and effective stopping rule. Next, an adaptive approach is used to compute a scaling factor for normalizing the extrinsic information of the previously selected bits. The extra coding gain obtained from this normalization can compensate for the performance degradation of the stopping rule. Simulation results of the proposed criterion show an interesting application in a hybrid automatic retransmission system HARQ, combining an error control protocol and a Turbocode, where the complexity of decoding is considerably reduced. Also in comparison with some previously published stopping rules, this method shows an adaptive termination according to a changing SNR environment. 

Keywords : Convolutional coding, iterative decoding, Turbocode, LDPC code, LogMAP algorithm, cross entropy, early stopping criterion.

 

 

 

 الملخص

  

تلقى اليوم الخوارزميات التكرارية رواجا واسعا في كل مجالات معالجة الإشارة و الاتصالات الرقمية. في نظم الاتصالات الحديثة تحديدا, تستعمل هذه الخوارزميات بالأساس في فك ترميز التربوكود و ترميز التحقق من التكافؤ منخفض الكثافة LDPC, واللذان يعتبران من أصناف رموز تصحيح الأخطاء الأكثر استعمالا لأدائهما العالي و المتميز من ناحية نسبة الخطأ المحتمل.

 على الرغم من ذلك, لا تزال الطبيعة التكرارية لخوارزميات فك الترميز, وكذا تعقيدها النسبي, يطرحان تحديا في وجه تطبيقها الميداني, وهذا التحدي مرتبط بالامتثال لمقتضيات التدفق و زمن الاستتار, في النماذج الحديثة المقننة لنظم الاتصالات. كون هذا الإشكال غير محلول كليا في أدبيات الترميز, فقد شكل موضوع بحث في هذه الرسالة.

 لقد طرحنا مساهمتان أساسيتان لتحسين فك الترميز التكراري للتربوكود. الأولى تتمثل في معيار الإنهاء الاستباقي لعملية فك الترميز التكرارية, و المصمم بناءا على ملاحظة و تتبع سلوك نسبة التشابه اللوغارتمية, للمخارج البعدية أثناء فك الترميز. سنبين بالمحاكاة على الحاسوب, أن هذه الطريقة المقترحة مقارنة مع طرق مرجعية, تظهر فعالية جيدة في فك الترميز استنادا إلى نسبة الخطأ الثنائي BER بالتوازي مع تقليل معتبر لمتوسط عدد التكرارات.

 اقتراحنا الثاني تجسد في تقنية لتحسين أداء و جودة فك الترميز التكراري ذات تصميم مزدوج على مرحلتين. أولا نستعمل اختبار التقارب بتحليل الأنتروبي المتقاطع, و من ثم نستطيع انتقاء الرموز الثنائية غير المتقاربة و وضع معيار إنهاء استباقي فعال. ثانيا نقوم بحساب معامل تعديل يستند إلى مقاربة تكيفية, نطبقه على المعلومة الخارجية للرموز الثنائية غير المتقاربة و المنتقاة سابقا, و ذلك على مستوى كل عنصر فك الترميز للتربوكود. أظهرت نتائج المحاكاة على الحاسوب, أن تطبيق هذا المعيار المقترح مهم و مفيد في نظام إعادة الإرسال الآلي الهجين HARQ و الذي يدمج بين بروتوكول مراقبة الخطأ و ترميز التربوكود, و ذلك بالتقليل من تعقيد فك الترميز إلى حد بعيد. أداء هذه الطريقة يتميز كذلك بتكيفها مع ظروف قناة الإرسال من حيث نسبة الضوضاء في هذه الأخيرة.

 الكلمات الدالة: الترميز التلفيفي, فك الترميز التكراري, التربوكود, ترميز LDPC , خوارزمية LogMAP , الأنتروبي المتقاطع, معيار إنهاء استباقي لفك الترميز.

 

 

 

 

 

 

 

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