Décodage Conjoint de Réseau / Canal sur les Réseaux sans fil bruyants.

Joint Network / Channel Decoding over Noisy Wireless Networks

• Auteur / Autrice : Xuan Thang Vu
• Direction : Marco Di Renzo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electrical Engineering
• Date : Soutenance le 14/01/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....) - Laboratoire des signaux et systèmes (L2S)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Henri Fleury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marco Di Renzo, Bernard Henri Fleury, Erdal Arikan, Charly Poullait, Pierre Duhamel, Luc Vandendorpe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erdal Arikan, Charly Poullait

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques

Codage

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Codage réseau

Codage canal

Décodage iteratif réseau/cana

Diversité coopérative

Analyse de la performance

Network coding

Channel coding

Iterative Network/Channel decoding

Cooperative diversity

Performance analysis

Résumé

Codage de réseau (NC) a gagné beaucoup d'attention de la recherche comme un candidat potentiel pour résoudre la demande de plus grande efficacité spectrale des communications modernes sans fil. De nombreux travaux de recherche ont étudié la performance des réseaux NC-aidés telles que le débit et la capacité de panne. Cependant, l'analyse de la NC dans des systèmes pratiques où NC est combiné avec d'autres techniques telles que le codage de canal est encore immature pour comprendre pleinement son potentiel de performance. Dans cette thèse, nous nous efforçons de concevoir des récepteurs de haute performance et d'analyser sa performance pour les réseaux de coopération réseau codé dans des scénarios pratiques. Tout d’abord, nous vous proposons deux Itératif Décodage de Réseau /Canal (IDRC) algorithmes pour le canal de relais d'accès multiple (MARC) avec deux systèmes de relais de notables nommés décodage-et-transfert et démoduler et transfert. L'algorithme du RIDC fonctionne sur la base de méthodes de décodage turbo-comme et réduit l'impact du problème de la propagation de l'erreur à l'aide d'un modèle de récepteur de canal courant. Tant parfaite information de la parfait CSI et imparfait CSI au côté récepteur sont étudiées. Nous proposons un procédé pratique qui transmet la version quantifiée des erreurs de décodage de relais à la destination. Il est démontré que les algorithmes proposés réaliser un gain de diversité complète et surpasse les solutions qui ne prennent pas soin de propagation d'erreur significative. Nous montrons également que le nombre de symboles pilotes ne concerne que le gain de codage, mais a un impact négligeable sur l'ordre de la diversité, alors que le niveau de quantification affecte à la fois la diversité et le gain de codage.Deuxièmement, nous proposons un Conjoint Décodage de Réseau/Canal Près Optimal (CDRCPO) algorithme pour le MARC qui permet d'analyser le taux de bits du système d'erreur (BER). L'algorithme de CDRCPO exécute le décodage de réseau et de décodage de canal en une seule étape de décodage du code superbe, qui se compose de tous les états de treillis de code individuel aux sources via NC. En outre, NC combiné avec la sélection de relais (RS) est considéré et l'ordre de diversité possible est étudié à l'aide de l'analyse de panne. Nous montrons analytiquement que la sélection de relais simple (SRS) permet toujours d'obtenir une ordonnance de la diversité et de la sélection de deux relais multiple (MRS) peut obtenir gain de diversité complète que lorsque le nombre de relais sélectionné dépasse le nombre de sources.En fin, nous proposons un protocole dit relais partielle d'améliorer l'efficacité spectrale pour le codage des réseaux de relais assisté canal. Forme-proche expression du BER et l'ordre de la diversité du système sont calculés pour le relais partiel. Nous montrons, par l'analyse et la simulation, qui avec un code convolutif bon, le relais partiel peut obtenir gain de diversité complète et même gain de codage que le classique (complet) relayer protocole fini région signal-sur-bruit alors qu'il obtient une meilleure utilisation du spectre. De plus, nous proposons un nouveau protocole basé sur le relais partiel dans les réseaux de coopération relayant opportunistes et montrons que ce protocole surpasse de manière significative la coopération sur la NC dans certaines circonstances.

Network coding (NC) has gained much research attention as a potential candidate to solve the demand for higher spectral efficiency of modern wireless communications. Many research papers have investigated the performance of NC-aided networks such as throughput and outage capacity. However, the analysis of NC in practical systems where NC is combined with other techniques such as channel coding is still immature to fully understand its potential performance. In this thesis, we aim to design high performance receivers and analyze its performance for network-coded cooperative networks in practical scenarios.Firstly, we propose two Iterative Network/Channel Decoding (INCD) algorithms for the Multiple-Access Relay Channel (MARC) with two notable relaying schemes named Decode-and-Forward (DF) and Demodulate-and-Forward (DMF). The INCD algorithm operates based on turbo-like decoding methods and reduces the impact of the error propagation problem with the aid of a channel-aware receiver design. Both perfect Channel State Information (CSI) and imperfect CSI at the receiver side are investigated. We propose a practical method that forwards the quantized version of the relay decoding errors to the destination. It is shown that the proposed algorithms achieve full diversity gain and significantly outperforms solutions which do not take care of error propagation. We also show that the number of pilot symbols affects only the coding gain but has a negligible impact on the diversity order, while the quantization level affects both the diversity and coding gain.Secondly, we propose a Near Optimal Joint Network/Channel Decoding (NOJNCD) algorithm for the MARC that allows to analyze the system Bit Error Rate (BER). The NOJNCD algorithm performs network decoding and channel decoding in one decoding step of the super code, which comprises of all trellis states of individual code at the sources via NC. Furthermore, NC combined with Relay Selection (RS) is considered and the achievable diversity order is studied with the aid of outage analysis. We analytically show that Single Relay Selection (SRS) always achieves a diversity order two and Multiple Relay Selection (MRS) can achieve full diversity gain only when the number of selected relays exceeds the number of the sources.Last but not least, we propose a so-called partial relaying protocol to improve the spectral efficiency for channel coding assisted relay networks. Closed-form expression of the BER and the system diversity order are computed for partial relaying. We show, by analysis and simulations, that with a proper Convolutional Code (CC), partial relaying can achieve full diversity gain and same coding gain as the classical (full) relaying protocol in finite signal-to-noise ratio region while it obtains a better spectrum usage. Moreover, we propose a new protocol based on partial relaying in opportunistic relaying cooperative networks and show that this protocol significantly outperforms the NC-based cooperation in some circumstances.