Dérivation et optimisation de schèmes de codage turbo convolutif pour les modulations OFDM et DMT.

Résumé Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur l'étude, conception et optimisation de schèmes de modulation partiellement turbo codés en vue d’améliorer les performances des systèmes de communication numérique large-bande sans-fils et filaires fondés sur des technologies OFDM et DMT. Plus particulièrement, nous nous concentrons sur la recherche de méthodes de codage améliorant le compromis entre performance, complexité, flexibilité et rétrocompatibilité avec les standards Wi-Fi, WiMAX et DSL. Notre première tentative vise à améliorer les systèmes filaires (DSL) via l’introduction d’un schème de codage multi-niveaux original, appelé hierarchical trellis coded modulation (HTCM), fondé sur la protection hiérarchique de trois niveaux non-binaires : le premier niveau à l’aide d’un turbo-code et les deux niveaux restant à l’aide d’une modulation codée treillis (TCM). Bien que pouvant sensiblement améliorer (parfois pas plus d’un décibel) le gain de codage d’un schème TCM de complexité équivalente, la structure HTCM est peu adaptée aux applications utilisant un code externe Reed-Solomon (RS), tel qu’en DSL. En alternative, nous suggérons un schème formé de la concaténation en série d’un code RS et d’une modulation turbo-codée à deux niveaux (TuCM) protégeant le premier niveau 24-aire avec un turbo-code et laissant le second niveau sans protection. Une optimisation approfondie du cœur TuCM montre qu’une structure employant le turbo-code des systèmes WiMAX peut atteindre un gain de codage de 7dB pour un taux d’erreur binaire de 10-7, cela en considérant un mot de code formé d’environ 900 sous-porteuses. Une modification de cette dernière structure pour les applications sans-fils consiste à ne pas employer de code RS externe et à protéger le second niveau TuCM avec un code convolutif. Par exemple, nous proposons une structure combinant les codes convolutif et turbo des systèmes WiMAX, et montrons que cette dernière améliore le compromis performance/complexité des solutions standardisées en Wi-Fi et WiMAX. La conception et l’optimisation de nos schèmes de codage ont menés au développement d’outils originaux, tels que de nouvelles bornes théoriques du taux d’erreur de schèmes de codage multi-niveaux, et un nouvel algorithme d’estimation de la distance libre d’un turbo-code. Finalement, nous proposons une méthode, dite de self-protection, pour améliorer la capacité de correction de paquets d’erreurs d’un système multi-porteuse originellement conçu pour corriger des erreurs isolées. La technique combine efficacement plusieurs concepts classiques tels qu’une marge de SNR, décodage à effacement, et une nouvelle forme d’entrelacement de canal. Cette méthode peut sensiblement réduire la latence de techniques plus traditionnelles (e. G. Entrelacement de canal ou codage RS).