Systèmes de modulations codées à haute efficacité - XLIM Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

High spectral efficiency coded modulation systems

Systèmes de modulations codées à haute efficacité

Ahmed Hadji
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1241899
  • IdRef : 262062402

Résumé

This thesis was written in the context of very high speed data transmission (in particular, images transmission) over mobile radio channels. Conventional digital transmission systems use uniform modulations that do not reach the theoretical limits. The shaping technique is an alternative that allows to approximate a Gaussian distribution of the constellation points at the channel input reducing the residual deviation from the theoretical limit. The gain from the shaping strategy will be even greater if it is used with the BICM technique. Thus, the BICM scheme allows to reach better performances for high spectral efficiencies with a reasonable complexity.In this context, the first part of this thesis consists in investigating a shaping code technique to be combined with a duo binary turbo code and QAM modulations of different orders, thus forming a robust BICM shaping scheme. This combination has resulted in a very significant gain in BER and a reduction in average transmission power for both Gaussian and Rayleigh channels.This BICM shaping scheme has been used in the second part of this thesis for the transmission of JPWL images through a realistic wireless MIMO-OFDM channel. The strategy used in this part consists in using a link adaptation approach which is based on UEP, UPA, BICM shaping techniques and takes into account the hierarchical content of JPWL images. It allows to choose, before the transmission of the image, the set of parameters (source/channel coding efficiency, number of quality layers that can be transmitted, orders of modulations in each sub-layer and the number of iterations in the turbo decoding) allowing to reach the target QoS.This is done according to the power budget and channel conditions with the assumption of having knowledge about the channel state at transmission side. With the BICM shaping technique, low power allows a low BER to be achieved even at high spectral efficiencies. This allows, in the link adaptation strategy, to use high order modulations and therefore more bits can be used in the source coding. Thus, more quality layers can be transmitted with the power budget. This improves image quality, given the important number of bits that can be used in the source coding and the higher number of quality layers that can be transmitted. Thestrategy proposed in this section has achieved either a very large gain in PSNR or a very large gain in transmission power for a comparable QoS.
Cette thèse s’inscrit dans un contexte de transmission de données (en particulier la transmission d’images) très haut débit sur des canaux radio mobiles. Les systèmes classiques de transmissions numériques font appel à des modulations uniformes qui ne permettent pas d’atteindre les limites théoriques. La technique de mise en forme ou shaping est une alternative qui permet d’approcher une distribution gaussienne des points de la constellation à l’entrée du canal réduisant l’écart résiduel par rapport à la limite théorique. Le gain apporté par la stratégie de mise en forme sera d’autant plus important si cette dernière est utilisée avec la technique BICM. Ainsi, le schéma BICM permet d’atteindre de meilleures performances pour des fortes efficacités spectrales avec une complexité raisonnable.Dans ce contexte, la première partie de cette thèse consiste à investiguer une technique de mise en forme (shaping code) afin qu’elle soit associée à un turbo code duo binaire et des modulations MAQ de différents ordres, formant ainsi un schéma shaping BICM robuste. Cette association a permis d’atteindre un gain très important en termes de TEB ainsi qu’une réduction de l’énergie moyenne de transmission que ce soit pour un canal Gaussien ou pour un canal de type Rayleigh.Ce schéma shaping BICM a été utilisé dans la deuxième partie de cette thèse pour la transmission d’images JPWL à travers un canal MIMO-OFDM sans fil réaliste. La stratégie utilisée dans cette partie consiste à utiliser une approche d’adaptation de lien qui s’appuie sur les techniques UEP, UPA, shaping BICM et prend en compte le contenu hiérarchique d’images JPWL. Elle permet de choisir, avant la transmission de l’image, le jeu de paramètres (rendement du codage source/canal, nombre de couches de qualité pouvant être transmise, ordres des modulations dans chaque sous-couche et le nombre d’itérations dans le turbo décodage) permettant d’atteindre la QdS souhaité. Ceci est fait en fonction du budget de puissance et les conditions du canal avec l’hypothèse d’avoir une connaissance sur l’état du canal à l’émission. Avec la technique shaping BICM, une faible puissance permet d’atteindre un faible TEB même pour de fortes efficacités spectrales. Ceci permet, dans la stratégie d’adaptation de lien, d’utiliser des modulations d’ordre élevé et par conséquent plus de bits pouvant être utilisés dans le codage de source. Ainsi, plus de couches de qualité peuvent être transmises avec le budget de puissance.Ceci améliore la qualité d’image, vu le nombre de bits important qui pourra être utilisé dans le codage de source et le nombre important de couches de qualité pouvant être transmises. La stratégie proposée dans cette partie a permis d’atteindre soit un gain très important en terme de PSNR ou bien un gain très important en terme de puissance de transmission pour une QdS comparable.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04048042 , version 1 (27-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04048042 , version 1

Citer

Ahmed Hadji. Systèmes de modulations codées à haute efficacité. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Poitiers; Université de Saïda Dr. Moulay Tahar (Algérie), 2021. Français. ⟨NNT : 2021POIT2290⟩. ⟨tel-04048042⟩
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