ITC/USA 2011 Conference Proceedings / The Forty-Seventh Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 24-27, 2011 / Bally's Las Vegas, Las Vegas, Nevada / OFDM has become the preferred modulation format for a wide range of wireless networks including 802.11g, 802.16e (WiMAX) and 4G LTE. For multipath channels which are time-invariant during an OFDM symbol duration, near-optimal demodulation is achieved using the FFT followed by scalar equalization. However, demodulating OFDM on the doubly-spread channel remains a challenging problem, as time-variations within a symbol generate intercarrier interference. Furthermore, demodulation and channel estimation must be effectively combined with decoding of the LDPC code in the 4G-type system considered here. This paper presents a new Turbo Equalization (TEQ) decoder, detector and channel estimator for OFDM on the doubly-spread channel based on nonlinear programming. We combine the Penalty Gradient Projection TEQ with a MMSE-type channel estimator (PGP-TEQ) that is shown to yield a convergent algorithm. Simulation results are presented comparing conventional MMSE TEQ using the Sum Product Algorithm (MMSE-SPA-TEQ) with the new PGP-TEQ for doubly-spread channels.

Au cours des cinq dernières années, mes thèmes de recherche furent orientés autour des trois axes suivants : •la conception et l'optimisation asymptotique de récepteurs itératifs pour les communications numériques, comme par exemple l'analyse et l'optimisation des codes LDPC ou familles dérivées pour différents types de canaux, turbo-égalisation, décodage source-canal conjoint ; •la conception, le décodage et l'optimisation de codes définis sur les graphes pour les tailles finies, comme par exemple l'optimisation des codes LDPC non binaires à taille finie et certaines familles dérivées ou le décodage itératif non binaire de codes binaires ; •l'allocation de ressources, la conception et l'optimisation de systèmes à composantes itératives pour les canaux sans fil (par exemple système à retransmissions (HARQ) pour canaux sélectifs en fréquence, AMC pour l'ultra-large bande, protection inégale contre les erreurs et allocation de codes correcteurs).

This dissertation examines multi-antenna transceiver design over flat-fading wireless channels. Bit Interleaved Coded Modulation (BICM) and MultiLevel Coded Modulation (MLCM) transmitter structures are considered, as well as the used of an optional spatial precoder under slow and quasi-static fading conditions. At the receiver, MultiStage Decoder (MSD) and Iterative Detection and Decoding (IDD) strategies are applied. Precoder, mapper and subcode designs are optimized for different receiver structures over the different antenna and fading scenarios. Under slow and quasi-static channel conditions, fade resistant multi-antenna transmission is achieved through a combination of linear spatial precoding and non-linear multi-dimensional mapping. A time-varying random unitary precoder is proposed, with significant performance gains over spatial interleaving. The fade resistant properties of multidimensional random mapping are also analyzed. For MLCM architectures, a group random labelling strategy is proposed for large antenna systems. The use of complexity constrained receivers in BICM and MLCM transmissions is explored. Two multi-antenna detectors are proposed based on a group detection strategy, whose complexity can be adjusted through the group size parameter. These detectors show performance gains over the the Minimum Mean Squared Error (MMSE)detector in spatially multiplexed systems having an excess number of transmitter antennas. A class of irregular convolutional codes is proposed for use in BICM transmissions. An irregular convolutional code is formed by encoding fractions of bits with different puncture patterns and mother codes of different memory. The code profile is designed with the aid of extrinsic information transfer charts, based on the channel and mapping function characteristics. In multi-antenna applications, these codes outperform convolutional turbo codes under independent and quasi-static fading conditions. For finite length transmissions, MLCM-MSD performance is affected by the mapping function. Labelling schemes such as set partitioning and multidimensional random labelling generate a large spread of subcode rates. A class of generalized Low Density Parity Check (LDPC) codes is proposed, to improve low-rate subcode performance. For MLCM-MSD transmissions, the proposed generalized LDPC codes outperform conventional LDPC code construction over a wide range of channels and design rates.

In state-of-the-art fiber-optics communication systems the fixed forward error correction (FEC) and constellation size are employed. While it is important to closely approach the Shannon limit by using turbo product codes (TPC) and low-density parity-check (LDPC) codes with soft-decision decoding (SDD) algorithm; rate-adaptive techniques, which enable increased information rates over short links and reliable transmission over long links, are likely to become more important with ever-increasing network traffic demands. In this invited paper, we describe a rate adaptive non-binary LDPC coding technique, and demonstrate its flexibility and good performance exhibiting no error floor at BER down to 10(-15) in entire code rate range, by FPGA-based emulation, making it a viable solution in the next-generation high-speed intelligent aggregation networks.

Forward error correction (FEC) is as one of the key technologies enabling the next-generation high-speed fiber optical communications. In this paper, we propose a rate-adaptive scheme using a class of generalized low-density parity-check (GLDPC) codes with a Hamming code as local code. We show that with the proposed unified GLDPC decoder architecture, a variable net coding gains (NCGs) can be achieved with no error floor at BER down to 10(-15), making it a viable solution in the next-generation high-speed fiber optical communications.

We give an architecture of a storage system consisting of a storage medium made of unreliable memory elements and an error correction circuit made of a combination of noisy and noiseless logic gates that is capable of retaining the stored information with the lower probability of error than a storage system with a correction circuit made completely of noiseless logic gates. Our correction circuit is based on the iterative decoding of low-density parity check codes, and uses the positive effect of errors in logic gates to correct errors in memory elements. In the spirit of Marcus Tullius Cicero's Clavus clavo eicitur (one nail drives out another), the proposed storage system operates on the principle: error errore eicitur-one error drives out another. The randomness that is present in the logic gates makes these classes of decoders superior to their noiseless counterparts. Moreover, random perturbations do not require any additional computational resources as they are inherent to unreliable hardware itself. To utilize the benefits of logic gate failures, our correction circuit relies on two key novelties: a mixture of reliable and unreliable gates and decoder rewinding. We present a method based on absorbing Markov chains for the probability of error analysis, and explain how the randomness in the variable and check node update function helps a decoder to escape to local minima associated with trapping sets.

Low-density parity-check (LDPC) codes are linear error correcting codes which are capable of performing near channel capacity. Furthermore, they admit efficient decoding algorithms that provide near optimum performance. Their main disadvantage is that most LDPC codes have relatively complex encoders. In this thesis, we begin by giving a detailed discussion of the sum-product decoding algorithm, we then study the performance of LDPC codes on the binary erasure channel under sum-product decoding to obtain criteria for the design of codes that allow reliable transmission at rates arbitrarily close to channel capacity. Using these criteria we show how such codes are designed. We then present experimental results and compare them with theoretical predictions. Finally, we provide an overview of several approaches to solving the complex encoder problem.

Les modulations à phase continue (CPMs) sont des méthodes de modulations robuste à la noncohérence du canal de propagation. Dans un contexte spatial, les CPM sont utilisées dans la chaîne de transmission de télémesure de la fusée. Depuis les années 70, la modulation la plus usitée dans les systèmes de télémesures est la modulation CPFSK continuous phase frequency shift keying filtrée. Historiquement, ce type de modulation est concaténée avec un code ReedSolomon (RS) afin d'améliorer le processus de décodage. Côté récepteur, les séquences CPM non-cohérentes sont démodulées par un détecteur Viterbi à sortie dure et un décodeur RS. Néanmoins, le gain du code RS n'est pas aussi satisfaisant que des techniques de codage moderne capables d'atteindre la limite de Shannon. Actualiser la chaîne de communication avec des codes atteignant la limite de Shannon tels que les codes en graphe creux, implique deremanier l’architecture du récepteur usuel pour un détecteur à sortie souple. Ainsi, on propose dans cette étude d' élaborer un détecteur treillis à sortie souple pour démoduler les séquences CPM non-cohérentes. Dans un deuxième temps, on concevra des schémas de pré-codages améliorant le comportement asymptotique du récepteur non-cohérent et dans une dernière étape on élabora des codes de parité à faible densité (LDPC) approchant la limite de Shannon.

Le multicast fiable est certainement la solution la plus efficace pour<br />la distribution de contenu a un très grand nombre (potentiellement des<br />millions) de récepteurs. Dans cette perspective les protocoles ALC et<br />FLUTE, standardisés à l'IETF (RMT WG), ont été adoptés dans 3GPP/MBMS<br />et dans le DVB-H IP-Datacast dans les contextes des réseaux<br />cellulaires 3G.<br /><br />Ce travail se concentre sur le multicast fiable et a comme requis<br />principal le passage à l'échelle massif en terme de nombre de client.<br />Ce travail se base sur les solutions proposées a l'IETF RMT WG. Ces<br />protocoles de multicast fiable sont construit autour de plusieurs<br />briques de base que nous avons étudié en détail:<br /><br />- La brique Forward Error Correction (FEC) :<br /><br /> Nous examinons la classe de codes grands blocs<br /> Low Density Parity Check (LDPC). Nous concevons des dérivées<br /> de ces codes, et les analysons en détail. Nous en concluons que les<br /> codes LDPC et leur implémentation ont des performances très<br /> prometteuses, surtout si ils sont utilisées avec des fichiers de taille<br /> importante.<br /><br />- La brique contrôle de congestion :<br /><br /> Nous examinons le comportement dans la phase de démarrage de<br /> trois protocoles de contrôle de congestion RLC, FLID-SL, WEBRC.<br /> Nous démontrons que la phase de démarrage a un grand impact sur<br /> les performances de téléchargement.<br /><br /><br />Cette thèse a aussi plusieurs contributions au niveau applicatif:<br /><br />- Extensions de FLUTE :<br /><br /> Nous proposons un mécanisme permettant d'agréger plusieurs<br /> fichiers dans le protocole FLUTE. Ceci améliore les performance de<br /> transmission.<br /><br />- Streaming vidéo :<br /><br /> Nous proposons SVSoA, une solution de streaming basé sur ALC.<br /> Cette approche bénéficie de tout les avantages de ALC en terme de<br /> passage à l'échelle, contrôle de congestion et corrections d'erreurs

Longtemps considérée comme une curiosité de laboratoire, la distribution quantique de clés s'est aujourd'hui imposée comme une solution viable de sécurisation des données. Les lois fondamentales de la physique quantique permettent en effet de garantir la sécurité inconditionnelle des clés secrètes distribuées. Nous avons proposé un système de distribution quantique de clés par photons uniques exploitant un véritable codage en fréquence de l'information. Cette nouvelle méthode de codage permet de s'affranchir de dispositifs interférométriques et offre donc une grande robustesse. Un démonstrateur basé sur des composants optiques intégrés standard a été réalisé et a permis de valider expérimentalement le principe de codage. Nous avons ensuite étudié un système mettant en ?uvre un protocole de cryptographie quantique par « variables continues », codant l'information sur l'amplitude et la phase d'états cohérents. Le dispositif proposé est basé sur un multiplexage fréquentiel du signal porteur d'information et d'un oscillateur local. Les débits atteints par les systèmes de distribution de clés ne sont pas uniquement limités par des contraintes technologiques, mais aussi par l'efficacité des protocoles de réconciliation utilisés. Nous avons proposé un algorithme de réconciliation de variables continues efficace, basé sur des codes LDPC et permettant d'envisager de réelles distributions de clés à haut débit avec les protocoles à variables continues.