Spectrally efficient coded transmissions for wireless and satellite applications
Traitements itératifs pour l’amélioration des performances des transmissions codées à forte efficacité spectrale
Résumé
Nowadays, telecommunications require higher transmission rates in order to satisfy consumer needs. However, with time, we have a decreasing availability of the bandwidth spectrum. The search for spectrally efficient transmission schemes is one of the main topics of the moment. Several solutions are under study. They include the association of high order digital modulation schemes with high rate error correcting codes. Previous works on coded modulations since the 1980s and on iterative decoding one decade later have led to the discovery of a new family of coded modulation schemes. It can achieve an error rate performance approaching the Shannon limit over a Gaussian channel thanks to the introduction of turbo-like codes (turbo codes, low density parity-check codes). The extension of previous studies to wireless channels suffering from fading events revealed a wider gap to capacity and higher error floors.
Part I of the manuscript revisits a technique intended for doubling what is known as the diversity order of digital modulation schemes by means of minor modifications at the modulator/demodulator level. A study of this technique with coding is then performed. A proposal of coupling this technique with iterative demodulation even in the case of turbo-like codes led to significant improvement in performance over fading channels, especially for high code rates. The encouraging results played an undeniable role in its adoption by the Digital Video Broadcasting (DVB) consortium in the second generation of digital TV - terrestrial transmission (DVB-T2).
Part II of the manuscript shows the results of a study funded by the European Space Agency (ESA) on the design of coded Continuous Phase Modulation (CPM) schemes particularly suited for satellite transmissions. A two-step approach is proposed for the choice of CPM parameters (pulse type, pulse length, modulation index, source alphabet size, mapping type) and error correcting code parameters (coding solution, code rate). It is based on techniques for convergence threshold estimation of iterative schemes and error rate bounding of coded modulations (union bound). Its application leads to particular outer code/CPM associations covering a wide range of spectral efficiencies having the best compromise between error correcting performance (waterfall region/error floor) and complexity. The results of this study have found their way into a hardware modem implementation intended for triple play services (internet, VoIP, digital TV) via satellite.
Les échanges d’information dans les systèmes de télécommunication s’effectuent à des débits toujours plus
élevés et dans des bandes de fréquences de plus en plus étroites. On cherche par conséquent à maximiser le rapport
débit utile sur bande, c’est-à-dire l’efficacité spectrale des transmissions. Pour ce faire, il apparaît naturel de coupler
des modulations numériques d’ordre élevé avec des codes correcteurs d’erreurs à haut rendement. Les études menées
sur les modulations codées depuis le début des années 80, puis sur le décodage itératif dix ans plus tard, ont conduit
au développement de schémas utilisant des turbocodes ou des codes LDPC (Low Density Parity-Check) et
permettant de transmettre l’information dans des conditions proches de la limite théorique de Shannon sur canal
gaussien, même pour des modulations d’ordre élevé. La transposition de ces schémas sur des canaux de transmission
présentant des phénomènes d’évanouissements, plus représentatifs de la plupart des communications sans fil, ne
permet pas d’atteindre des performances aussi proches des limites théoriques.
La première partie de la thèse propose une technique pour doubler l’ordre de diversité des schémas
classiques en introduisant quelques modifications simples au niveau du modulateur et du démodulateur.
L’application de cette technique combinée à l’introduction de démodulation itérative conduit à l’amélioration des
performances des modulations turbocodées sur les canaux à évanouissement.
La seconde partie de la thèse relate les résultats d’une étude menée pour l’ESA (Agence Spatiale
Européenne) dont le but était de concevoir des schémas de modulations codées adaptés aux transmissions satellitaires
à large bande et utilisant des modulations à phase continue CPM (Continuous Phase Modulation). Une méthodologie
de conception y est proposée, permettant une sélection conjointe des paramètres de la modulation (forme et longueur
de l’impulsion, indice de modulation, taille de l’alphabet) et du code correcteur d’erreurs (type de code, rendement
de codage). Elle est basée sur des techniques d’estimation du seuil de convergence et des performances
asymptotiques de l’association du code et de la CPM. Son application a conduit à l’obtention d’une famille de
modulations CPM codées permettant de couvrir une large gamme de d’efficacités spectrales tout en offrant le
meilleur compromis entre performance de correction et complexité.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|
Loading...