Codage spatio-temporel optimisé pour une concaténation série avec les codes correcteurs d'erreurs

Construction of space-time codes optimized for a serial concatenation with forward error correcting codes

• Auteur / Autrice : Mohamad Sayed Hassan
• Direction : Ramesh Pyndiah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 01/01/2010
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne en cotutelle avec Brest
• 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

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Codes correcteurs d'erreurs (théorie de l'information)

Base de temps

Codage

Mots clés libres

Mimo

Diversité d'émission

Codage spatio-temporel

Récepteur itératif

Codage correcteurs d'erreurs

Turbo décodage produit

Minimisation PAPR

Résumé

Cette thèse porte sur la construction des codes spatio-temporels dotés d'une capacité de correction des erreurs. Ces codes utilisent pour leur définition un code correcteur d'erreur interne, ils sont appelés les codes Spatio-Temporels Correcteurs d'Erreurs (STCEs). Dans un premier temps, une analyse théorique de différentes techniques de codage spatio-temporel proposées dans la littérature dans un contexte cohérent, nous a permis d'identifier la technique multicouches TAST pour Threaded Algebraic Space-Time et le critère du rang binaire afin de garantir une diversité d'émission maximale. En appliquant cette technique et ce critère, nous proposons des codes STCEs à diversité d'émission maximale pour deux antennes d'émission. De tels codes sont bien adaptés à une concaténation série avec un code correcteur d'erreurs externe. Nous montrons qu'un code produit peut être reconstitué en réception, ce qui autorise un décodage itératif avec information a priori (principe turbo). Par simulation, nous comparons différentes structures de réception itérative basées sur le principe du turbo décodage du code produit. En tenant compte d'un compromis performance/complexité, cette comparaison nous permet de retenir la turbo égalisation avec annulation d'interférences de type MMSE qui intègre le décodage du code produit. Nous utilisons cette structure de réception afin d'évaluer les performances des codes STCEs concaténés en analysant les influences respectives de la diversité d'émission, du code externe, du code interne, du poinçonnage du code externe et de l'étiquetage. Un défaut des codes STCEs définis dans la première partie de la thèse est leur rendement inférieur à l'unité. La deuxième partie s'intéresse ainsi à la construction de codes espace-temps à diversité maximale et rendement plein, concaténés à un code correcteur d'erreur externe. Ainsi deux familles de codes sont proposées. Nous optimisons la première formée des codes à dispersion linéaire en intégrant en plus des contraintes de diversité d'émission maximale, d'efficacité d'énergie et de rendement plein, une contrainte sur le type de réception envisagé (turbo égalisation avec annulation d'interférence de type MMSE) ainsi que la minimisation du PAPR pour Peak to Average Power Ratio. La seconde utilise une combinaison linéaire des codes STCEs à rendement sous optimal définis dans la première partie. Une simulation des performances des deux systèmes termine ce mémoire.

This thesis deals with the construction of space-time block codes possessing error-correcting capability at the center of their design. These codes are based on inner error correcting codes and are referred as Space-Time Error Correcting Codes (STECs). We first present the state of art concerning the construction of full-diversity space-time codes in a coherent scenario. According to this study, we identify the threaded layering concept, used for the construction of Threaded Algebraic Space-Time (TAST) Codes, and the binary rank criterion in order to construct full-diversity STECs. For two transmit antennas and using this concept and such criterion, we propose an explicit construction of full-diversity STECs. These codes are more suitable than other algebraic space-time codes to be serially concatenated with Forward Error Correcting (FEC) codes. We prove that a product code can be extracted from a concatenated STEC. This property allows to use at the receiver side, iterative structures based on the turbo product code decoding principle. By simulations, we compare different iterative receiver structures based on this principle, and taking into account the performance/complexity tradeoff we select the MMSE turbo equalizer that combines the turbo product code decoding algorithm. Using this receiver structure, we evaluate the performance of concatenated full-diversity STECs by analyzing the following effects: exploitation of full-spatial diversity, outer code, inner code, puncturing of outer code, constellation labeling. The proposed STECs have a sub-optimal rate. Therefore, our interest in the second part of this thesis is the construction of full-rate full-diversity space-time codes suitable for serially concatenation with FEC codes. We propose two approaches. The first one deals with the construction of full-rate full-diversity linear dispersion space-time codes, optimized for a MIMO system equipped by a MMSE turbo equalizer at the receiver side and under the constraint of minimizing the PAPR. The second one treats the construction of full-rate full-diversity STECs based on sub-optimal rate and full-diversity STECs presented in the first part of this thesis. We validate the performance of the two approaches by simulations.