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26/10/2012 1 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Clément DUDAL 26 octobre 2012
Directrice de thèse: Marie-Laure Boucheret Co-directrice de thèse: Nathalie Thomas Encadrant industriel: Mathieu Dervin
Forme d’onde multiporteuse pour de la diffusion par satellite haute capacité
26/10/2012 2 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
Sommaire
26/10/2012 3
Contexte: diffusion par satellite
C. DUDAL - Soutenance de thèse
Evolution des normes: DVB-S2 (2003) issu du DVB-S (1994), gain sur la capacité de diffusion de 30%
Satellite géostationnaire
Contenus multimédia
Emetteur Terminaux satellite fixes
Liaison montante (UL) DVB-S2
Liaison descendante (DL) DVB-S2
1. Introduction
Transmissions possibles sur plusieurs bandes de fréquence entre 1 et 40 GHz (C, Ku, Ka) ressources attribuées limitées: bande C: < 100 MHz, bande Ku: ≈ 500 MHz
Augmentation des besoins en termes de débit (TV HD, internet par satellite)
Améliorations continues sur les technologies bord et sol (antennes, traitement du signal, …): bilans de liaison de plus en plus favorables
26/10/2012 4 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Dans ce contexte de diffusion, amélioration du compromis entre efficacité en
puissance et efficacité spectrale offert par la norme actuelle
Nouvelle approche basée sur une combinaison de techniques caractérisées par
• une bonne efficacité en puissance
modulation par codage Cyclic Code Shift Keying (CCSK)
• une bonne efficacité spectrale
multiplexage par codage Code Division Multiplexing (CDM)
Motivations
1. Introduction
26/10/2012 5 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
Sommaire
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 6 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Proposer une forme d’onde qui offre conjointement
Une haute efficacité en puissance ηP
Une haute efficacité spectrale ηS
0 2 4 6 8 10 1210
-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Eb/N0 (dB)
TEB
rapport de puissance signal à bruit par bit (Eb/N0) nécessaire pour atteindre un taux d’erreur cible
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 7 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Proposer une forme d’onde qui offre conjointement
Une haute efficacité en puissance ηP
Une haute efficacité spectrale ηS
• débit binaire atteignable pour une largeur de bande donnée
• dépend de la modulation, de la mise en forme et du codage canal
• exemples avec roll-off = 0.25
modulation 16-APSK 3/4, efficacité spectrale = 2.4 bit/s/Hz
modulation 32-APSK 4/5, efficacité spectrale = 3.2 bit/s/Hz
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 8 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Basée sur l’utilisation de la modulation Cyclic Code Shift Keying (CCSK)
Modulation des bits à transmettre par codage
Séquence d’étalement binaire de longueur N chips et ses N-1 permutations
circulaires
Ensemble de N séquences permettant de coder log2(N) bits par séquence
Utilisée en navigation (service de géolocalisation japonais QZSS, 2010)
Efficacité spectrale: , (DS-CDMA: )
Forme d’onde CDM-CCSK
1. Introduction 2. CDM-CCSK
ηS = log2(N)
N ηS =
1 N
26/10/2012 9 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Performances de la modulation CCSK
proches des modulations orthogonales (type FSK)
son efficacité en puissance augmente avec la longueur N des séquences utilisées
0 2 4 6 8 10
10-8
10-6
10-4
10-2
100
Eb/N0 (dB)
TES
N = 32N = 256N = 2048
0 200 400 600 800 1000
10-2
10-1
100
N
Effic
acité
spec
tral
e η S
Taux
d’E
rreu
r Séq
uenc
e
Eb/N0 (dB)
26/10/2012 10 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Amélioration de l’efficacité spectrale proposée par la modulation CCSK seule Technique de multiplexage par codage: Code Division Multiplexing (CDM) Utilisation de toute la bande simultanément par tous les flux multiplexés
L’efficacité spectrale globale est fonction du nombre de flux multiplexés K
Fréquence
Densité Spectrale de Puissance
K
N
Temps ηS =
log2(N)
N K
26/10/2012 11 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Forme d’onde CDM-CCSK
Les données à transmettre sont parallélisées en K flux, K ≤ N
Chaque flux est modulé grâce à L séquences d’étalement de longueur N chips
Chaque séquence attribuée à un flux code log2(L) bits
La capacité de transmission dépend de la charge du système Nombre L de séquences par flux Nombre K de flux multiplexés
flux 1
flux K
01101
00100
données
log2(L) bits Modulation CCSK Multiplexage CDM
L séquences d’étalement
L séquences d’étalement
Macrosymbole formé de N chips
N
t
S / P
26/10/2012 12 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Séquences d’étalement
Quelles séquences utiliser pour réaliser la modulation et le multiplexage simultanément?
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Conditions sur les séquences du système:
une séquence doit être discernable d’une version permutée d’elle-même
application de la modulation CCSK
une séquence doit être discernable des autres séquences du système et de leurs versions
permutées
application du multiplexage CDM
le nombre de séquences remplissant ces deux conditions doit être le plus grand possible
capacité globale de la forme d’onde CDM-CCSK
Chaque séquence de G(a,b) peut être permutée N-1 fois pour former un sous-ensemble
de N séquences (une séquence et ses N-1 permutations)
26/10/2012 13 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Séquences d’étalement
Séquences de Gold (R. Gold, 1967)
Construites à partir d’une paire préférée de séquences de longueur maximale a et b
Pour une longueur N de séquence, il existe N+2 séquences de Gold:
N(N+2) séquences disponibles
1. Introduction 2. CDM-CCSK
G(a,b) = {a, b, a b, a Tb, …, a TN-1b} Ensemble
N+2
Les valeurs d’intercorrélation entre deux séquences et les lobes secondaires de
l’autocorrélation sont bornés
T: opérateur de permutation circulaire
26/10/2012 14 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Formalisme
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Chaque flux i utilise L séquences de Gold de longueur N = 2m – 1 regroupées selon les
colonnes d’une matrice Ci de taille N x L pour moduler les données à transmettre:
Ci = (c1i c2i … cLi )
Les K matrices Ci associées aux K flux parallélisés sont regroupées dans une matrice C
de taille N x LK L
N
LK
C = C1 C2 … CK
26/10/2012 15 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Formalisme
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Méthode d’attribution des séquences par flux
C1 reçoit L séquences de Gold issues de l’ensemble G’(a,b)
C2 reçoit les mêmes L séquences permutées d’un chip
CK reçoit les mêmes L séquences permutées de K-1 chips
G’(a,b) = {a, a b, a Tb, …, a TN-1b} on déduit l’ensemble
N+1 = 2m séquences
G(a,b) = {a, b, a b, a Tb, …, a TN-1b} , A partir de l’ensemble
Les séquences de G’(a,b) sont équidistantes au sens de la distance Euclidienne et
la distance entre deux séquences s1 et s2 vaut
26/10/2012 16 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Formalisme
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Expression d’un macrosymbole: y = Cg
C1 C2 … CK
L
N
LK
C =
…
L
Vecteur g de taille LK x 1
0 1
0
0 ⁞
1 0
0
0 ⁞
0 1
0
0
⁞
Structure particulière du vecteur g
Composé de 0 et de K valeurs non nulles valant 1
désignant la séquence transmise pour chaque flux
A chaque macrosymbole transmis correspond une
configuration du vecteur g
Macrosymbole reçu: z = y + w , w bruit blanc Gaussien
= Cg + w
26/10/2012 17 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Sommaire
1. Introduction 2. CDM-CCSK
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
• Etude à faible charge: K<<N ou L<<N
• Etude à forte charge
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
t
I
Modulation CDM-CCSK
bits macrosymboles
Q
j
26/10/2012 18 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Efficacité spectrale à faible charge
Modulation CDM-CCSK
bits macrosymboles
K log2(L) ηS =
N 2
Doublement de l’efficacité spectrale grâce à une modulation des macrosymboles en quadrature
macrosymboles à valeurs complexes
log2(L) ηS =
N K
Démodulation cohérente en réception:
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 19 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Efficacité en puissance à faible charge
1. Introduction 2. CDM-CCSK
Dérivation d’une approximation sur les performances en termes de
Taux d’Erreur Macrosymbole (TEM)
Taux d’Erreur Bit (TEB)
TEM = probabilité qu’un macrosymbole détecté soit faux i.e. qu’au moins une
séquence parmi les K qui le composent soit erronée. Hypothèse:
A fort rapport signal à bruit, en cas d’erreur de détection sur un macrosymbole, la
probabilité d’avoir une seule séquence fausse, parmi les K transmises dans ce
macrosymbole, domine
Le TEM dépend de la probabilité d’erreur au niveau séquence
Les erreurs de détection au niveau séquence ont lieu entre deux séquences d’une
même matrice Ci relative à un flux
La méthode d’attribution des séquences garantit que les L séquences d’une matrice Ci
sont équidistantes avec d² = dmin2 = 2(N+1)
26/10/2012 20 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Efficacité en puissance à faible charge
1. Introduction 2. CDM-CCSK
APTEM = LK Q dmin 2σ
APTEB = dmin
2σ
2(L-1)
log2 L Q
une approximation du taux d’erreur macrosymbole:
On en déduit:
une approximation du taux d’erreur binaire:
26/10/2012 21 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Détection à faible charge
Une détection flux par flux est limitée par les interférences
Adoption d’une détection jointe des flux avec un estimateur optimal au sens du
maximum de vraisemblance
La détection consiste à retrouver le vecteur g transmis connaissant la matrice C
définissant le système: Elle est implémentée
• avec du décodage sphérique si LK ≤ N
• avec du décodage sphérique généralisé si LK > N
Complexité du décodage sphérique
• Exponentielle à faible SNR: LγK, γ ≈ 1
• Diminue avec l’augmentation du rapport signal à bruit , γ << 1
1. Introduction 2. CDM-CCSK
canal détecteur z = Cg + w flux 1
flux K
26/10/2012 22 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Résultats
Validation de l’hypothèse sur le nombre d’erreur à fort SNR, séquence de longueur N = 31
1. Introduction 2. CDM-CCSK
43 2 1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3 4 5 6Eb/N0 (dB)
K=4, L=32
Nombre d’erreurs
Prob
abili
té
4 3 2 1
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Eb/N0 (dB)
K=4, L=8
Nombre d’erreurs
Prob
abili
té
Hypothèse:
A fort rapport signal à bruit, en cas d’erreur de détection sur un macrosymbole, la
probabilité d’avoir une seule séquence fausse, parmi les K transmises dans ce
macrosymbole, domine
26/10/2012 23 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Résultats
Taux d’erreur simulés et comparaison à l’approximation proposée pour N=31 et K=4
L=2 L=4 L=8 L=16 L=32 BPSK QPSK
0.26 0.52 0.77 1.03 1.29 1 2
N=31, K=4
ηS (bit/s/Hz)
Simulation en trait plein et approximation en pointillé
0 2 4 6 8 10 12 1410
-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
L=2L=4L=8L=16L=32
0 2 4 6 8 10 12 1410
-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Eb/N0 (dB) Eb/N0 (dB)
Taux
d’E
rreu
r Mac
rosy
mbo
le
Taux
d’E
rreu
r Bin
aire
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 24 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Sommaire
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
• Etude à faible charge
• Etude à forte charge: K → N, L → N
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 25 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK à forte charge
Contraintes liées à la charge
La complexité du détecteur devient limitante même avec le décodage sphérique
L’unicité des motifs de macrosymboles n’est plus garantie
Propositions
Cas d’étude pour une plus faible longueur de séquences: N = 7
Sélection des motifs uniques de macrosymboles
Définition d’un nouvel alphabet composé de M macrosymboles uniques
Chaque macrosymbole de l’alphabet code log2M bits
macrosymbole y = Cg
log2 M bits Mapping bits macrosymboles
Canal AWGN
Démodulation bits reçus macrosymbole
z = y + w
Nouvelle approche monoflux
La démodulation consiste à retrouver le macrosymbole de l’alphabet qui a été transmis
Détecteur optimal au sens du maximum de vraisemblance:
1. Introduction 2. CDM-CCSK
= séquences {s’1, s’2,…, s’K} ? t
détecteur sK
s2
s1
M1
s’K
s’2
s’1
M1
séquences {s1, s2,…, sK} ? ≠
26/10/2012 26 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Efficacité à forte charge
Efficacité spectrale:
ηS = log2(M)
N 2
Dépend de la taille M de l’alphabet
Doublée grâce à la modulation des macrosymboles en quadrature
Efficacité en puissance
Dans le nouvel alphabet, les macrosymboles ne sont pas équidistants
On ne considère que les plus proches voisins en termes de distance, d = dmin
Les plus proches voisins ne diffèrent que d’une séquence dans leur construction
Nombre moyen de bits différents entre un macrosymbole et ses plus proches voisins: NNN
APTEB = NNN Q dmin 2σ
1. Introduction 2. CDM-CCSK
=
26/10/2012 27 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Résultats de simulations
Séquences de longueur N=7
Sélection des motifs uniques à partir des macrosymboles définis par un système
CDM-CCSK multiflux avec K=7 flux multiplexés et L=8 séquences par flux
On isole M=49752 motifs uniques
Charge ηS (bit/s/Hz) Modulation équivalente
M=27 2 QPSK (DVB-S/DVB-S2)
M=211 3.14 ≈ 3 8-PSK (DVB-S2)
M=214 4 16-APSK (DVB-S2)
Charges retenues pour simulation et comparaison
1. Introduction 2. CDM-CCSK
0 2 4 6 8 1010
-6
10-4
10-2
100
TEB simuléApproximation du TEBTEB théorique QPSK
Taille de l’alphabet M = 27
Eb/N0 (dB)
TEB
26/10/2012 28 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Résultats de simulations
0 2 4 6 8 10 1210
-6
10-4
10-2
100
TEB simuléApproximation du TEBTEB théorique 16APSK
Taille de l’alphabet M = 214
Eb/N0 (dB)
TEB
0 2 4 6 8 10 1210
-6
10-4
10-2
100
TEB simuléApproximation du TEBTEB théorique 8PSK
Taille de l’alphabet M = 211
Eb/N0 (dB)
TEB
1. Introduction 2. CDM-CCSK
26/10/2012 29 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Forme d’onde CDM-CCSK – Variations de la puissance
La forme d’onde CDM-CCSK présente de fortes variations de puissance d’un
macrosymbole à l’autre
La dispersion autour de la puissance moyenne implique un recul important en entrée
des amplificateurs pour réduire les distorsions non-linéaires
Perte d’efficacité en puissance
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.60
0.05
0.1
0.15
0.2
Niveaux de puissance normalisée
Dens
ité d
e pr
obab
ilité
Moyenne
1. Introduction 2. CDM-CCSK
0 1 2 3 4 5 6 7
-10
-5
0
5
10
Temps
Ampl
itude
macrosymbole 1 macrosymbole 2
26/10/2012 30 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
Sommaire
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK
26/10/2012 31 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Solution proposée: la concaténation de P macrosymboles et leur transposition sur les
Nc porteuses d’un modulateur OFDM définissant la forme d’onde MC-CSK
Réduction de la variation de la puissance moyenne par symbole OFDM
Augmentation du gain en efficacité spectrale par rapport à une monoporteuse
Variation de la puissance des macrosymboles
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK
bits
P x n bits
S / P
1
2
P
CDM-CCSK
P x N chips
Voie I
Voie Q
j
concaténation
N x P
CDM-CCSK
CDM-CCSK
bits S / P
1
2
P
CDM-CCSK
CDM-CCSK
CDM-CCSK
1 2
OFDM
Nc
1 2
MC-CSK
26/10/2012 32 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Variation de la puissance des macrosymboles
La concaténation
réduit d’un facteur P la variance de la puissance moyenne d’un symbole OFDM
réduit le TEB dans une chaine avec amplificateur pour une même valeur de recul en entrée
0 10 20 30 40 50 600
0.02
0.04
0.06
0.08
0 10 20 30 40 50 600
0.01
0.02
0.03
Niveaux de puissance
Multiporteuse avec concaténation
Dens
ité d
e pr
obab
ilité
De
nsité
de
prob
abili
té
Monoporteuse
0 2 4 6 8 10 1210
-6
10-4
10-2
100
TEB sans HPA (performance idéale) TEB Multiporteuse IBO = 4 dBTEB Monoporteuse IBO = 4 dB
Performances avec un amplificateur
Eb/N0 (dB)
TEB
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK
Pmoy
26/10/2012 33 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Variations de l’enveloppe complexe d’un signal multiporteuse
Le format MC-CSK stabilise la puissance des symboles OFDM mais:
les signaux multiporteuses présentent de fortes variations d’enveloppe
le rapport puissance crête/puissance moyenne varie en conséquence
Expression d’un symbole OFDM:
Définition du Peak-to-Average-Power Ratio (PAPR):
Approximation de la distribution du PAPR [1]:
[1] S. Wei, D.L. Goeckel and P.E. Kelly. A modern extreme value theory approach to calculate the distribution of the PAPR in OFDM systems. In Communications, ICC 2002
4 6 8 10 1210
-4
10-2
100
Simulation signal OFDMApproximation
Prob
( PAP
R> P
APR 0
)
PAPR0 (dB)
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK
26/10/2012 34 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Technique de réduction du PAPR
Thème de recherche important Nombreuses techniques disponibles
Choix d’une technique peu complexe, sans perte d’efficacité spectrale ni augmentation
de la puissance du signal
4 5 6 7 8 9 10 11 12 1310
-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Avec transforméenon-linéaireSans transforméenon-linéaire
Prob
( PAP
R> P
APR 0
)
PAPR0 (dB) 0 2 4 6 8 10 12 14
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Sans transforméeSans transformée + HPA, IBO 4 dBAvec transforméeAvec transformée + HPA, IBO 4 dB
TEB
Eb/N0 (dB)
Signal multiporteuse
bits Modulation MC-CSK
C(x) Démodulation MC-CSK
bits reçus Canal AWGN
C-1(x)
[2] T. Jiang and G. Zhu. Nonlinear companding transform for reducing PAPR of OFDM signals. Broadcasting, IEEE Transactions on, ICC 2002
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK
Transformée non-linéaire [2]:
26/10/2012 35 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
• Etude à faible charge
• Etude à forte charge
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
Sommaire
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
0 2 4 6 8 1010
-6
10-4
10-2
100
TEB simuléApproximation du TEBTEB théorique QPSK
Taille de l’alphabet M = 27
Eb/N0 (dB)
TEB
26/10/2012 36 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Comparaison des performances non codées avec le standard DVB-S2
0 2 4 6 8 10 1210
-6
10-4
10-2
100
TEB simuléApproximation du TEBTEB théorique 16APSK
Taille de l’alphabet M = 214
Eb/N0 (dB)
TEB
0 2 4 6 8 10 1210
-6
10-4
10-2
100
TEB simuléApproximation du TEBTEB théorique 8PSK
Taille de l’alphabet M = 211
Eb/N0 (dB)
TEB DVB-S2
DVB-S2
DVB-S2
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
26/10/2012 37 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Analyse d’un code adapté à la forme d’onde
Utilisation de codes par bloc
Statistique d’erreur au niveau bit en cas d’erreur au niveau macrosymbole
04
80
0.05
0.1
0.15
0.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314
Eb/N0 (dB) Nombre de bits faux
Distribution des probabilités de nombre de bits faux en cas d'erreur sur un macrosymbole pour M=214
Une erreur macrosymbole = plusieurs bits faux
Codes efficaces pour la gestion de paquets d’erreur
Codes par bloc non binaires • Reed-Solomon (RS) • Low-Density Parity-Check Non Binaire (NB-LDPC)
La forme d’onde MC-CSK module les bits sur des macrosymboles de N chips
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
26/10/2012 38 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Codage Reed-Solomon
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
Les codes RS sont utilisés en communications mobiles ou par satellite, diffusion TV, …
Un symbole RS = m bits, un macrosymbole = nombre entier de symboles RS
Approche monoflux offre une plus grande efficacité spectrale
un macrosymbole module log2M bits → log2M ≡ 0 [m]
Choix d’un code court pour limiter la complexité: m = 7, NRS = 127
• Pour M = 27, un macrosymbole = un symbole RS
• Pour M = 214, un macrosymbole = deux symboles RS
Optimisation du rendement pour une longueur de mot de code fixée
Codeur RS
m x KRS bits m x NRS bits Modulation CDM-CCSK
Modulation MC-CSK
macrosymboles
Canal AWGN Décodeur
RS Démodulation
CDM-CCSK Démodulation
MC-CSK
26/10/2012 39 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Codage Reed-Solomon – Résultats
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
0 10 20 30 40 504
5
6
7
8
X: 19Y: 4.784
Eb/N
0 po
ur a
voir
TEB o
ut
Capacité de correction t 0 10 20 30 40 50
8
9
10
11
12
X: 17Y: 8.66
Eb/N
0 po
ur a
voir
TEB o
ut
Capacité de correction t
0 2 4 6 8 10 12 1410
-4
10-3
10-2
10-1
100
Non codéCodé R=1/4Codé R=9/10Codé Ropt=7/10
TEB
Eb/N0 (dB) 0 2 4 6 8 10 12
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Non codéCodé R=2/3Codé R=9/10Codé Ropt=0.73
TEB
Eb/N0 (dB)
M=27 M=214
26/10/2012 40 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Codes Low-Density Parity-Check (LDPC)
Codes en bloc linéaires à faible densité, binaires: Gallager (62), non binaires: MacKay (96)
Code LDPC binaire utilisé dans la norme DVB-S2
Codes LDPC non binaires disponibles dans GF(64) => 6 bits par symbole de codage
Longueur des mots de code: NL1=16 et NL2=384, Rendement R=1/2
Choix de nouvelles tailles d’alphabet
• M=26 , un macrosymbole = un symbole LDPC
• M=212 , un macrosymbole = deux symboles LDPC
Décodage souple impliquant le calcul de Log Likelihood Ratio (LLR)
Algorithme de décodage: Extended-Min-Sum , sous-optimal à complexité réduite
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
Codeur LDPC NB
m x KL bits m x NL bits Modulation CDM-CCSK
Modulation MC-CSK
macrosymboles
Canal AWGN Décodeur LDPC NB Calcul des LLR
Démodulation MC-CSK
échantillons LLR
26/10/2012 41 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Codes Low-Density Parity-Check Non Binaires – Résultats
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
-2 0 2 4 6 8
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Non codéLDPC NL1 R=1/2
LDPC NL2 R=1/2
RS, R=1/2RS, R=Ropt=0.68
0 2 4 6 8 10 12 14
10-4
10-3
10-2
10-1
100
LDPC NL1 R=1/2
LDPC NL2 R=1/2
RS, R=1/2RS, R=Ropt=3/4
Non codé
TEB
Eb/N0 (dB)
M=26
TEB
Eb/N0 (dB)
M=212
Longueur des mots de code: NL1 = 16 NL2 = 384
-2 0 2 4 6 8 10 12 14
10-4
10-3
10-2
10-1
100
MC-CSK LDPC NL1
MC-CSK non codé8-PSK LDPC NL1
8-PSK non codé
-2 0 2 4 6 8 10 12 14
10-4
10-3
10-2
10-1
100
MC-CSK LDPC NL2
MC-CSK non codé8-PSK LDPC NL2
8-PSK non codé
26/10/2012 42 C. DUDAL - Soutenance de thèse
Codes Low-Density Parity-Check Non Binaires – Résultats
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal
TEB
Eb/N0 (dB)
M=212
MC-CSK M=212 ηS = 3.4 bit/s/Hz
8-PSK ηS = 3 bit/s/Hz
Longueur des mots de code NL1 = 16 NL2 = 384
TEB
Eb/N0 (dB)
26/10/2012 43 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction
2. Approche monoporteuse: forme d’onde CDM-CCSK
• Etude à faible charge
• Etude à forte charge
3. Approche multiporteuse: forme d’onde MC-CSK
4. Forme d’onde et codage canal
5. Conclusions et perspectives
Sommaire
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal 5. Conclusion
26/10/2012 44 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal 5. Conclusion
Contributions de la thèse
Dans un contexte de limitations des ressources (bande, puissance) et d’augmentation
des besoins en termes de débits
• À forte charge et efficacité spectrale équivalente, une amélioration de
l’efficacité en puissance à partir d’un certain rapport signal à bruit par rapport à
des modulations existantes
• À faible charge, une amélioration de l’efficacité en puissance avec
l’augmentation de l’efficacité spectrale
Une étude analytique des performances pour chaque configuration de charge
Une proposition de codage canal adapté à la forme d’onde MC-CSK basé sur des
codes par bloc non binaires
Une forme d’onde multiporteuse MC-CSK offrant
26/10/2012 45 C. DUDAL - Soutenance de thèse
1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal 5. Conclusion
Conclusions
Les performances non codées de la forme d’onde MC-CSK pour une faible longueur de séquence sont meilleures par rapport aux modulations de la norme DVB-S2 à partir d’un certain SNR. Mais la comparaison n’est pas avantageuse aux points de fonctionnement spécifiés dans la norme.
La structure de la forme d’onde favorise l’application d’un codage par bloc non binaire.
L’augmentation de la taille des séquences utilisées est nécessaire pour améliorer le compromis entre efficacité spectrale et efficacité en puissance.
Les limitations introduites par la taille des séquences et la charge du système dépendent aujourd’hui des capacités de calcul disponibles.
L’évolution très probable à moyen et long terme des transmissions par satellite vers un partage des canaux entre plusieurs porteuses rendra la contrainte sur la variation du PAPR des signaux moins discriminante.
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1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal 5. Conclusion
Perspectives
La recherche d’une famille de séquences d’étalement plus adaptée aux besoins du
multiplexage
L’étude plus large des techniques de réduction du PAPR en vue d’une amélioration
de l’efficacité en puissance globale de la forme d’onde MC-CSK
La poursuite de l’étude du codage canal avec d’autres caractéristiques de code
(taille du code, rendement, taille du corps de Galois) et la concaténation de codes
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1. Introduction 2. CDM-CCSK 3. MC-CSK 4. Codage Canal 5. Conclusion
Questions?