Conception et prototypage d'un récepteur itératif pour des systèmes de transmission MIMO avec précodage linéaire

Design and prototyping of an iterative receiver for linearly precoded MIMO systems

• Auteur / Autrice : Daoud Karakolah
• Direction : Michel Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne en cotutelle avec Université de Bretagne-Sud
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux logiques programmables par l'utilisateur

Synchronisation

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Résumé

La recherche sur la technologie MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) s’est focalisée, dans un premier temps, sur l’aspect théorique du problème dans le domaine des communications numériques. De nombreux travaux ont notamment porté sur l’établissement des performances théoriques de tels systèmes et sur la proposition d’ensembles émetteur/récepteur permettant de tirer bénéfice de l’utilisation de plusieurs antennes. Les premières plate-formes matérielles d’évaluation ont par ailleurs permis de démontrer la faisabilité et l’intérêt du système multi-antennes. Cependant, l’exploitation de la diversité du canal MIMO implique l’utilisation de récepteurs performants. Afin de s’approcher des performances optimales, le principe Turbo initialement proposé dans le contexte des codes correcteurs d’erreurs a été étendu aux transmissions MIMO. Ainsi, cette thèse traite de la faisabilité matérielle d’un récepteur MIMO itératif décomposé en deux fonctions principales : une détection MIMO basée sur le critère du minimum d’erreur quadratique moyenne avec annulation d’interférences (MMSE-IC) et un décodage de canal. Le principe Turbo, consiste en un échange d’information souple entre ces deux fonctions au cours d’un processus itératif par l’intermédiaire d’un entrelaceur et d’un désentrelaceur. De plus, l’étude est menée sur une technique de transmission particulière qui exploite un précodage linéaire en tant que code espace-temps à l’émission. Après une description théorique du récepteur MIMO itératif traitant les techniques, les algorithmes, les paramètres et les performances correspondantes, nous avons abordé une étape intermédiaire avant la définition et la conception de solutions architecturales pour le récepteur itératif. Cette étape comprend, d’une part, la proposition de modifications algorithmiques réduisant la complexité tout en limitant les dégradations au niveau des performances et, d’autre part, le développement d’une version algorithmique du récepteur itératif en virgule fixe. Afin de définir et de concevoir des architectures pertinentes pour le récepteur itératif, des solutions architecturales pour les deux blocs principaux constituant le récepteur itératif, à savoir le détecteur souple et le décodeur souple ont été explorées. Le détecteur MIMO repose sur l’algorithme MMSE-IC qui utilise des opérations matricielles de nombres complexes et une inversion matricielle. Après avoir présenté un état de l’art des architectures de détection MIMO, les opérateurs arithmétiques de nombres complexes sont investigués ainsi que les architectures d’inversion matricielle afin de définir des opérateurs matriciels efficaces qui serviront de blocs de base pour les différents modules du détecteur souple. En ce qui concerne le décodeur, les différentes solutions architecturales pour le décodage s’appuyant sur un traitement en sous-blocs ont été explorées afin de choisir celle offrant le meilleur compromis performance/complexité. Une fois les architectures du détecteur et du décodeur définies, une architecture globale du récepteur itératif a été proposée. Elle a nécessité la définition d’entrelaceurs réalistes. Enfin, l’architecture proposée pour le récepteur MIMO itératif a été intégrée sur un circuit programmable (FPGA). En pratique une chaîne de transmission MIMO complète comprenant l’émetteur, un émulateur de canal MIMO et le récepteur itératif a été implantée sur une carte de prototypage. Le prototype démontre la faisabilité matérielle du récepteur MIMO en termes de performances, de complexité et de débit.