Etude et optimisation de nouvelles méthodes de construction de codes temps-espace en treillis pour des constellations PSK et QAM

Studie and optimisation of new methods to design space time-trellis codes for PSK and QAM modulation

• Auteur / Autrice : Pierre Viland
• Direction : Jean-François Hélard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Discipline électronique télécommunications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique

Systèmes, Théorie des

Résumé

Ces dernières années, les systèmes de communication sans fil utilisant plusieurs antennes en émission et en réception, couramment appelés systèmes MIMO, sont apparus comme une solution très prometteuse pour améliorer le débit et la fiabilité des transmissions de données. Dans le but de répartir l'information sur les différentes antennes d'émission, une multitude de codes temps-espace a été proposée dans la littérature. Parmi ces schémas de codage, les codes temps-espace en treillis (STTCs), basés sur des modulations codées en treillis dans un contexte multi-antennaire, se sont distingués comme offrant un très bon gain de codage. Des critères ont été élaborés pour analyser les performances des STTCs. Cependant, pour identifier les codes offrant les meilleures performances, il est nécessaire d'appliquer ces critères sur la totalité des codes. Cette recherche exhaustive nécessite un temps important de calcul, en particulier lorsque le nombre d'antennes d'émission, le nombre d'états du codeur ou encore la complexité de la modulation augmentent. Le but de cette thèse est de proposer des solutions rapides et efficaces pour construire les meilleurs STTCs sans avoir recours à une recherche exhaustive. Dans un premier temps, une nouvelle méthode de construction des STTCs 2n-PSK équilibrés est présentée. L'avantage de cette classe de codes est de contenir l'ensemble des STTCS offrant les meilleures performances. Il suffit alors d'analyser seulement les STTCs 2n-PSK équilibrés pour trouver les meilleurs STTCs. Une deuxième méthode appelée 'coset partioning' est ensuite présentée. Exploitant une approche en cosets du set partitioning proposé par ungerboeck, elle permet de générer de manière optimale les STTCs 2n-PSK les plus performants. Ainsi, les meilleurs STTCs 4-PSK de 2 à 8 antennes d'émission et les meilleurs STTCs 8-PSK de 2 à 6 antennes d'émission sont proposés. Par la suite, nous nous intéressons à la génération des STTCs 22n-QAM. Basée sur la décomposition de la distance euclidienne entre deux mots de code, une méthode permettant la génération des meilleurs STTCs 22n-QAM est décrite. Ainsi, grâce à l'efficacité de cette méthode, pour la première fois, des STTCs 16-QAM avec 3 et 4 antennes et des STTCs 64-QAM avec 2 et 3 antennes d'émission sont construits. Par ailleurs, les performances de tous les nouveaux codes proposés durant ces travaux de thèse sont évaluées par simulation en présence de canaux lents ou rapides de Rayleigh et en prenant en référence les meilleurs codes correspondants jusqu'alors publiés (lorsqu'ils existent).

During the last years, wireless communication systems using multiple transmit and receive antennas called MIMO systems have been of great interest to improve the performance of data transmission. Many systems have been proposed to allocate the information on each transmit antenna. It was shown that MIMO systems using space-time trellis codes (STTCs) achieve both spatial diversity and coding gains. STTCs are based on trellis coded modulations for MIMO systems. Several criteria have been proposed to analyze the performance of STTCs. To find the best codes, an exhaustive search is necessary. Nevertheless, the search-time is very large, specially when the number of transmit antennas, the number of states of the encoder and/or the modulation complexity increase. The framework of this thesis is to develop several methods to design efficiently the best STTCs. In the case of 2n-PSK modulations, two methods to design the best STTCs are proposed. The first method concerns the generation of balanced STTCs because the best published codes are balanced. The second method called "coset partitioning" is an optimal method based on a coset approach of set partitioning. Thereby, the best 4-PSK STTCs with 2 to 8 transmit antennas and the best 8-PSK STTCs with 2 to 6 transmit antennas are proposed. Furthermore, a method based on the Euclidian distance decomposition is given to generate the best 22n-QAM STTCs. Thus, the first 16-QAM STTCs with 3 and 4 transmit antennas and the first 64-QAM STTCs with 2 and 3 transmit antennas are given. Moreover, the performance of all the new codes is also evaluated by simulation in a fast and slow Rayleigh channel. Their performance is compared to the best previous published codes as long as they exist.