Faculté des sciences

Contributions au décodage des codes convolutifs utilisés dans les systèmes de communication mobile UMTS

Manetti, Davide ; Pellandini, Fausto (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2005 ; 1848.

La communication numérique mobile est en forte expansion. Ainsi, le codage de canal est devenu un élément indispensable puisqu'il permet d'assurer la protection de l’information transmise, en contrôlant les erreurs de transmission. Le codage convolutif est l'une des techniques principales de codage de canal. L'étude présentée ici propose des méthodes améliorées pour réaliser le... More

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    Résumé
    La communication numérique mobile est en forte expansion. Ainsi, le codage de canal est devenu un élément indispensable puisqu'il permet d'assurer la protection de l’information transmise, en contrôlant les erreurs de transmission. Le codage convolutif est l'une des techniques principales de codage de canal. L'étude présentée ici propose des méthodes améliorées pour réaliser le décodage des codes convolutifs. Ces méthodes sont avantageuses du point de vue de la réduction de la complexité de calcul, de la qualité du décodage et des possibilités offertes au niveau de la réalisation matérielle.L’intérêt d’une telle étude est apparu suite aux innovations introduites par le nouveau standard UMTS. Du point de vue du codage de canal, ce standard emploie des codeurs convolutifs possédant des longueurs de contrainte supérieures aux codes des actuels standards de communication, afin d'améliorer la protection contre les erreurs de transmission. Par suite de cette modification, les réalisations software et hardware actuellement utilisées ne peuvent pas être employées pour le décodage des codes du nouveau standard UMTS. En plus, l'importante longueur de contrainte de ces codes accroît la complexité de calcul nécessaire au décodage classique de chaque symbole protégé. D'autre part, l'élargissement de la gamme des débits de transmission de l'UMTS implique une forte variabilité des ressources de calcul demandées par l'opération entière de décodage. La première partie de ce rapport se concentre sur les méthodes destinées à une implantation software. En analysant à la fois les potentialités du codage de canal établi par le standard UMTS et l’état de l’art relatif aux principaux algorithmes de décodage convolutif, des méthodes alternatives à la solution de décodage classique (l'algorithme de Viterbi) sont proposées. Parmi les solutions étudiées, on trouve les méthodes itératives dénommées List Viterbi Algorithm et List Decoding intégrant la validation CRC. Ces deux méthodes exploitent notamment les informations fournies par l’enchaînement d’un code convolutif avec un code en bloc. Cet enchaînement est l'une des structures de protection définies par le standard UMTS. Par rapport à l’algorithme de Viterbi, ces méthodes itératives possèdent des propriétés intéressantes du point de vue de la qualité de protection de l'information et de la complexité de calcul. Afin d’évaluer et de comparer ces propriétés, chaque méthode a été décrite au moyen d’une extension du langage ANSI-C en virgule fixe, prenant en considération les particularités opérationnelles des processeurs de traitement numérique du signal ('DSP'). La seconde partie de ce rapport décrit la réalisation matérielle d'une méthode de décodage, en s’appuyant sur l’algorithme de Viterbi. La conception et la synthèse des divers modules constituant l’algorithme sont systématiquement présentées. Parmi les solutions proposées et analysées dans cette seconde partie, une méthode alternative a été étudiée, qui facilite l'initialisation de l'opération de prise de décision du bit d'information. Cette variante prévoit le décodage d'un chemin quelconque, pour autant qu'il y ait une distance suffisante entre le niveau de profondeur atteint par le chemin et celui du bit d'information. Une stratégie innovatrice pour l'exécution de l'opération de prise de décision est ensuite proposée. Cette stratégie prévoit une réalisation sous forme pipeline, ce qui augmente le débit de traitement du système. Enfin, l'analyse de l'opération de prise de décision présente les avantages d'une stratégie de prise de décision exploitant la redondance des opérations de décodage. La technologie UMC25-0.25m est utilisée pour la synthèse logique des diverses solutions. Ce rapport de thèse se conclut par la comparaison des avantages pratiques de l’utilisation des solutions software et hardware présentées au cours de ce travail. Les aspects considérés sont la surface de silicium nécessaire aux circuits, la rapidité de traitement et la dissipation d’énergie pour chaque symbole traité.