Étude de la technique d'accès multiple IDMA (Interleave Division Multiple Access)

• Auteur / Autrice : Irène Masinjara Mahafeno
• Direction : Claude Berrou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbo-codes

Accès multiple par différence de code

Résumé

Cette thèse traite d'une nouvelle technique de communication multi-utilisateurs baptisée IDMA (Interleave Division Multiple Access). Cette technique, proposée en 2002 par Li Ping et al. S'avère être un cas particulier de la technique d'accès multiple CDMA à entrelacement chips. La principale caractéristique de la technique IDMA est l'utilisation d entrelaceurs pour la séparation des signaux des différents utilisateurs. Le système utilise un récepteur basé sur le principe Turbo, qui permet de supprimer itérativement les interférences multi-utilisateurs grâce à un échange d'informations entre le détecteur et le décodeur de canal. Grâce aux entrelaceurs et à ce traitement itératif à la réception, le système IDMA est capable de combattre efficacement les interférences d'accès multiple ainsi que les interférences entre symboles dans le cas des canaux multi-trajets. Dans un premier temps, nous avons pris en main cette technique innovante, puis validé les performances initialement publiées. Puis, nous avons complété cette étude par une analyse approfondie du fonctionnement du système IDMA basée, en particulier, sur l'étude des performances génie du récepteur et les diagrammes EXIT. Par ailleurs, comme la complexité calculatoire du récepteur augmente linéairement en fonction du nombre d'utilisateurs, du nombre d'itérations et du nombre de trajets, une grande partie de ce travail a été consacrée à l'étude du compromis entre les performances et la complexité d'un système IDMA. Nous avons donc proposé un système basé sur la technique IDMA ayant une complexité au niveau du récepteur indépendante du nombre de trajets. Il consiste à combiner le système IDMA avec la technique multi-porteuses OFDM. Une comparaison avec le système IDMA utilisant la technique d'annulation d'interférences entre symboles a montré que le système OFDM-IDMA proposé est performant en terme de taux d'erreurs binaires. De plus, la complexité calculatoire du récepteur est fortement réduite. Enfin, une étude du système OFDM-IDMA dans un contexte de communication sans fil réaliste nous a permis de considérer cette technique comme un candidat potentiel pour l'interface air de la 4G, sous la contrainte de la maîtrise de la complexité du récepteur. Pour ce faire, nous avons proposé des détecteurs simplifiés pour le récepteur IDMA, ayant des performances proches en terme de taux d'erreurs binaires de celles du récepteur initial. Une comparaison des performances et de la complexité, des détecteurs simplifies avec le détecteur original a montré que l'un des détecteurs proposés est pertinent pour une intégration matérielle d'un système à base de la technique IDMA. Enfin, des entrelaceurs adaptés à une possible réalisation matérielle ont été proposés pour remplacer les entrelaceurs aléatoires du système IDMA théorique.

This thesis deals with a new multi-user technique: the Interleave Division Multiple Access (IDMA) proposed by Li Ping et al. , in 2002. This technique is a particular case of chip Interleaved Code Division Multiple Access (cI CDMA). The key principle of IDMA is that the chip interleavers are used for user separation. Moreover, the receiver is based on chip iterative detection, where a multiuser detector and decoders exchange extrinsic information in a turbo-like manner. IDMA systems are able to cancel the multi-user access interference and inter-symbol interference effectively, thanks to this iterative process and the user-specific interleavers. In this study, we first validate the performance presented initially by Li Ping et al. And then completed our study by a deep analysis of the IDMA principle. A major effort has been dedicated to the study of the trade-off between performance and complexity, since the complexity of the IDMA receiver in terms of number of operations increases with the number of users, the number of iterations and the number of paths. We have then proposed a new IDMA-based system in which receiver complexity is independent of the number of paths. This involves combining the IDMA technique with the multi-carriers modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). A comparison with the IDMA system based on the cancellation of inter-symbol interference has shown that the proposed OFDM-IDMA system improves the performance, in terms of binary error rate. Moreover, the receiver complexity, in terms of number of operations is greatly reduced. A study of the OFDM-IDMA system in the context of wireles communications allows us to consider this technique as a potential candidate for the air interface 4G. To do so, we have proposed a simplified detector for the IDMA receiver, whose performance in terms of binary error rate is closed to that of the original one. A comparison of performance and complexity with the original detector has shown that the proposed simplified detector is an interesting choice for the hardware implementation of an IDMA system. Finally, interleavers matched to hardware implementation have also been proposed as an alternative to the random interleavers of the theoretical IDMA system.