[Truncated abstract] The transmission of digital information over a wireless communication channel gives rise to a number of issues which can detract from the system performance. Propagation effects such as multipath fading and intersymbol interference (ISI) can result in significant performance degradation. Recent developments in the field of iterative detection have led to a number of powerful strategies that can be effective in mitigating the detrimental effects of wireless channels. In this thesis, iterative detection is considered for use in two distinct areas of wireless communications. The first considers the iterative decoding of concatenated block codes over slow flat fading wireless channels, while the second considers the problem of detection for a coded communications system transmitting over highly-dispersive frequency-selective wireless channels. The iterative decoding of concatenated codes over slow flat fading channels with coherent signalling requires knowledge of the fading amplitudes, known as the channel state information (CSI). The CSI is combined with statistical knowledge of the channel to form channel reliability metrics for use in the iterative decoding algorithm. When the CSI is unknown to the receiver, the existing literature suggests the use of simple approximations to the channel reliability metric. However, these works generally consider low rate concatenated codes with strong error correcting capabilities. In some situations, the error correcting capability of the channel code must be traded for other requirements, such as higher spectral efficiency, lower end-to-end latency and lower hardware cost. ... In particular, when the error correcting capabilities of the concatenated code is weak, the conventional metrics are observed to fail, whereas the proposed metrics are shown to perform well regardless of the error correcting capabilities of the code. The effects of ISI caused by a frequency-selective wireless channel environment can also be mitigated using iterative detection. When the channel can be viewed as a finite impulse response (FIR) filter, the state-of-the-art iterative receiver is the maximum a posteriori probability (MAP) based turbo equaliser. However, the complexity of this receiver's MAP equaliser increases exponentially with the length of the FIR channel. Consequently, this scheme is restricted for use in systems where the channel length is relatively short. In this thesis, the use of a channel shortening prefilter in conjunction with the MAP-based turbo equaliser is considered in order to allow its use with arbitrarily long channels. The prefilter shortens the effective channel, thereby reducing the number of equaliser states. A consequence of channel shortening is that residual ISI appears at the input to the turbo equaliser and the noise becomes coloured. In order to account for the ensuing performance loss, two simple enhancements to the scheme are proposed. The first is a feedback path which is used to cancel residual ISI, based on decisions from past iterations. The second is the use of a carefully selected value for the variance of the noise assumed by the MAP-based turbo equaliser. Simulations are performed over a number of highly dispersive channels and it is shown that the proposed enhancements result in considerable performance improvements. Moreover, these performance benefits are achieved with very little additional complexity with respect to the unmodified channel shortened turbo equaliser.

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et à la conception pratique de schémas de codage conjoint réseau/canal adaptés à différents scénarii de communications dans les réseaux sans fil. Contrairement aux hypothèses conventionnelles retenues dans la littérature (accès multiple orthogonal, absence d'erreurs sur certains liens), les caractéristiques de diffusion et de superposition des signaux propres au canal radio et la présence d'évanouissements lents et de bruit sur tous les liens sont prises en compte dans la formulation du problème et exploitées. Différentes stratégies de coopération au niveau du ou des relais sont examinées et comparées. Le point commun entre toutes ces stratégies est que le système doit fonctionner même en absence de coopération. Seuls le ou les relais et la destination sont informés d'une coopération. Ni les sources, ni le ou les relais ne connaissent l'état du canal à l'émission.
Le premier volet de la thèse porte sur le canal à accès multiple avec relais unique (slow fading MARC). Le problème du codage et décodage conjoint canal/réseau (JNCC/JNCD) est étudié sur un plan théorique et pratique. Différentes hypothèses au niveau de l'accès multiple (semi-orthogonal et non-orthogonal) et différents modes de fonctionnement du relais (half-duplex et full-duplex) sont envisagés. Une nouvelle stratégie de coopération adaptative (SDF pour selective decode and forward) est définie dans laquelle le relais calcule et retransmet une fonction déterministe des messages de sources qu'il a pu décoder sans erreur. Le ré-encodage, défini sur un corps fini (corps binaire), est également conçu de manière à assurer que la performance finale au niveau de la destination atteint bien un ordre de diversité 2.
Le modèle de canal MARC est par la suite étendu à plusieurs relais (slow fading MAMRC). Une analyse théorique est conduite et des nouveaux schémas JNCC/JNCD permettant de s'approcher des limites théoriques sont décrits. Afin d'assurer la diversité pleine, nous proposons de combiner un codage canal binaire et un codage réseau non-binaire.
Pour les deux types de canaux, nous montrons que l'interférence naturellement induite par la diffusion des signaux dans un environnement sans fil, n'est pas un inconvénient mais bien un avantage dès lors qu'on est en mesure de la traiter via des techniques de codage et de décodage sophistiquées (turbo codes et leur décodage, turbo détection). Les gains en termes de capacité (rapportée à une certaine probabilité de coupure) obtenus avec un accès multiple semi-orthogonal ou non-orthogonal sont substantiels comparés à un accès multiple orthogonal (référence).
Dans la dernière partie de la thèse, la stratégie de coopération SDF est comparée à deux autres stratégies de coopération s'appuyant sur un procédé de décodage-et-retransmission "souple" (sans prise de décisions intermédiaires) : l'une basée sur les rapports logarithmiques de probabilité a posteriori sur les bits codés et l'autre basée sur l'estimation de l'erreur quadratique moyenne (MSE). Nous vérifions que la stratégie de coopération SDF fonctionne bien dans la plupart des configurations, les stratégies de coopération souples n'améliorant légèrement les performances que dans certains cas extrêmes.

Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) is one of the 3G wireless communication standards, which provides higher data rates by adopting 8-PSK modulation in TDMA system infrastructure of GSM. In this thesis, a turbo detection receiver for Enhanced General Packet Radio Services (EGPRS) system, which is the packet switching mode of EDGE, is studied. In turbo detection, equalization and channel decoding are performed iteratively. Due to 8-ary alphabet of EGPRS modulation, full state trellis based equalization, as usually performed in GSM, is too complex not only for turbo detection but even for conventional equalization / so suboptimum schemes have to be considered. The Delayed Decision Feedback Sequence Estimation (DDFSE) is chosen as suboptimal and less complex trellis based scheme and it is examined as a conventional equalization technique firstly. It is shown that the DDFSE has a fine tradeoff between performance and complexity and can be a promising candidate for EGPRS. Then it is employed to reduce the number of the trellis state in turbo detection. Max-log-MAP algorithm is used for soft output calculations of both SISO equalizer and SISO decoder. Simulation results illustrate that proposed turbo detection structure improves bit error rate and block error rate performance of the receiver with respect to the conventional equalization and decoding scheme. The iteration gain varies depending on modulation type and coding rate of Modulation Coding Scheme (MCS) employed in EGPRS.

Since its introduction in 1993, the turbo coding error-correction technique has generated a tremendous interest due to its near Shannon-limit performance. Two key innovations of turbo codes are parallel concatenated encoding and iterative decoding. In its IMT-2000 initiative, the International Telecommunication Union (ITU) adopted turbo coding as a channel coding standard for Third-Generation (3G) wireless high-speed (up to 2 Mbps) data services (cdma2000 in North America and W-CDMA in Japan and Europe). For battery-powered hand-held wireless terminals, energy consumption is a major concern. In this thesis, a new design for an energy-efficient turbo decoder that is suitable for 3G wireless high-speed data terminals is proposed. The Log-MAP decoding algorithm is selected for implementation of the constituent Soft-Input/Soft-Output (SISO) decoder; the algorithm is approximated by a fixed-point representation that achieves the best performance/complexity tradeoff. To attain energy reduction, a two-stage design approach is adopted. First, a novel dynamic-iterative technique that is appropriate for both good and poor channel conditions is proposed, and then applied to reduce energy consumption of the turbo decoder. Second, a combination of architectural-level techniques is applied to obtain further energy reduction; these techniques also enhance throughput of the turbo decoder and are area-efficient. The turbo decoder design is coded in the VHDL hardware description language, and then synthesized and mapped to a 0. 18<i>&mu;</i>m CMOS technology using the standard-cell approach. The designed turbo decoder has a maximum data rate of 5 Mb/s (at an upper limit of five iterations) and is 3G-compatible. Results show that the adopted two-stage design approach reduces energy consumption of the turbo decoder by about 65%. A prototype for the new turbo codec (encoder/decoder) system is implemented on a Xilinx XC2V6000 FPGA chip; then the FPGA is tested using the CMC Rapid Prototyping Platform (RPP). The test proves correct functionality of the turbo codec implementation, and hence feasibility of the proposed turbo decoder design.

Since its introduction in 1993, the turbo coding error-correction technique has generated a tremendous interest due to its near Shannon-limit performance. Two key innovations of turbo codes are parallel concatenated encoding and iterative decoding. In its IMT-2000 initiative, the International Telecommunication Union (ITU) adopted turbo coding as a channel coding standard for Third-Generation (3G) wireless high-speed (up to 2 Mbps) data services (cdma2000 in North America and W-CDMA in Japan and Europe). For battery-powered hand-held wireless terminals, energy consumption is a major concern. In this thesis, a new design for an energy-efficient turbo decoder that is suitable for 3G wireless high-speed data terminals is proposed. The Log-MAP decoding algorithm is selected for implementation of the constituent Soft-Input/Soft-Output (SISO) decoder; the algorithm is approximated by a fixed-point representation that achieves the best performance/complexity tradeoff. To attain energy reduction, a two-stage design approach is adopted. First, a novel dynamic-iterative technique that is appropriate for both good and poor channel conditions is proposed, and then applied to reduce energy consumption of the turbo decoder. Second, a combination of architectural-level techniques is applied to obtain further energy reduction; these techniques also enhance throughput of the turbo decoder and are area-efficient. The turbo decoder design is coded in the VHDL hardware description language, and then synthesized and mapped to a 0. 18<i>&mu;</i>m CMOS technology using the standard-cell approach. The designed turbo decoder has a maximum data rate of 5 Mb/s (at an upper limit of five iterations) and is 3G-compatible. Results show that the adopted two-stage design approach reduces energy consumption of the turbo decoder by about 65%. A prototype for the new turbo codec (encoder/decoder) system is implemented on a Xilinx XC2V6000 FPGA chip; then the FPGA is tested using the CMC Rapid Prototyping Platform (RPP). The test proves correct functionality of the turbo codec implementation, and hence feasibility of the proposed turbo decoder design.

The VLSI implementation complexity of a low density parity check (LDPC) decoder is largely influenced by the interconnect and the storage requirements. This dissertation presents the decoder architectures for regular and irregular LDPC codes that provide substantial gains over existing academic and commercial implementations. Several structured properties of LDPC codes and decoding algorithms are observed and are used to construct hardware implementation with reduced processing complexity. The proposed architectures utilize an on-the-fly computation paradigm which permits scheduling of the computations in a way that the memory requirements and re-computations are reduced. Using this paradigm, the run-time configurable and multi-rate VLSI architectures for the rate compatible array LDPC codes and irregular block LDPC codes are designed. Rate compatible array codes are considered for DSL applications. Irregular block LDPC codes are proposed for IEEE 802.16e, IEEE 802.11n, and IEEE 802.20. When compared with a recent implementation of an 802.11n LDPC decoder, the proposed decoder reduces the logic complexity by 6.45x and memory complexity by 2x for a given data throughput. When compared to the latest reported multi-rate decoders, this decoder design has an area efficiency of around 5.5x and energy efficiency of 2.6x for a given data throughput. The numbers are normalized for a 180nm CMOS process. Properly designed array codes have low error floors and meet the requirements of magnetic channel and other applications which need several Gbps of data throughput. A high throughput and fixed code architecture for array LDPC codes has been designed. No modification to the code is performed as this can result in high error floors. This parallel decoder architecture has no routing congestion and is scalable for longer block lengths. When compared to the latest fixed code parallel decoders in the literature, this design has an area efficiency of around 36x and an energy efficiency of 3x for a given data throughput. Again, the numbers are normalized for a 180nm CMOS process. In summary, the design and analysis details of the proposed architectures are described in this dissertation. The results from the extensive simulation and VHDL verification on FPGA and ASIC design platforms are also presented.

Η χρήση πολλαπλών κεραιών παίζει πλέον ένα πολύ σημαντικό ρόλο στη βελτίωση των ραδιοτηλεπικοινωνιών. Για το λόγο αυτό, ο τομέας των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων πολλαπλών κεραιών μετάδοσης – λήψης (συστήματα ΜΙΜΟ) βρίσκεται στο προσκήνιο της ασύρματης έρευνας. Πρόσφατα, αποτελέσματα ερευνών έδειξαν ότι υπάρχει δυνατότητα αύξησης της χωρητικότητας στα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα χρησιμοποιώντας τεχνικές διαφοροποίησης μεταξύ πομπού – δέκτη (antenna diversity), δηλαδή δημιουργίας πολλαπλών ανεξάρτητων καναλιών ανάμεσα τους. Στην παρούσα εργασία μελετούνται τεχνικές κωδικοποίησης που εκμεταλλεύονται τη χωρική διαφοροποίηση κάνοντας χρήση χωροχρονικών κωδικών (space – time coding). Η μελέτη εστιάζεται στη χρήση χωροχρονικών κωδικών ανά μπλοκ από την πλευρά του πομπού, εξαιτίας της απλότητας υλοποίησης τους καθώς και της ικανότητας υποστήριξης πολλαπλών κεραιών από τη πλευρά του σταθμού βάσης. Η ανάλυσή τους γίνεται με βάση την εφαρμογή τους σε συστήματα που χρησιμοποιούν διαμόρφωση με πολυπλεξία ορθογώνιων φερουσών (OFDM). Η διαμόρφωση αυτή επιλέχθηκε γιατί υποστηρίζει υψηλούς ρυθμούς δεδομένων στα ασύρματα συστήματα και δείχνει άριστη συμπεριφορά σε κανάλια με επιλεκτική παραμόρφωση στη συχνότητα. Στη συνέχεια μελετώνται αλγόριθμοι επαναληπτικής αποκωδικοποίησης, δίνοντας έμφαση σε ένα ευρέως διαδεδομένο αλγόριθμο, τον Μέγιστο εκ των Υστέρων (MAP). Αναλύονται διεξοδικά τα βήματα του, καθώς και διάφορες τροποποιήσεις – βελτιστοποιήσεις του. Οι επαναληπτικοί αλγόριθμοι αποκωδικοποίησης αποτελούν πλέον ένα πολύ ισχυρό εργαλείο για την αποκωδικοποίηση Forward Error Correction κωδικοποιήσεων με χρήση συνελικτικών κωδικών, προσδίδοντας στα συστήματα αποδόσεις κοντά στο όριο του Shannon. Τέλος, πραγματοποιούνται κατάλληλες υλοποιήσεις που προέκυψαν από το συνδυασμό των εν λόγω αλγορίθμων επαναληπτικής αποκωδικοποίησης με τους χωροχρονικούς κώδικες ανά μπλοκ πάνω σε ένα σύστημα κεραιών με χρήση OFDM. Γίνεται σύγκριση της απόδοσης των συστημάτων αυτών με βάση την αντίστοιχη υλοποίηση του εκάστοτε αλγορίθμου επαναληπτικής αποκωδικοποίησης και μελετούνται σε βάθος διάφορες τροποποιήσεις που μπορούν δεχθούν με κριτήριο τη χαμηλή πολυπλοκότητα υλοποίησης. Για την αξιολόγηση της απόδοσης, γίνεται μία περαιτέρω σύγκριση με χρήση αναπαράστασης σταθερής υποδιαστολής και εξάγονται σειρά συμπερασμάτων από τις πειραματικές μετρήσεις που προέκυψαν. / The use of multiple antennas is an essential issue in telecommunications, nowadays. So, multiple input – multiple output systems (MIMO) has attracted a lot of attention in wireless research. Lately, it has been shown that it can be an improvement in the capacity of wireless communication systems by using antenna diversity, that’s different independent channels between transmitter and receiver. In this thesis, we study coding techniques that exploit space diversity by using space – time codes. Particularly, we focus on space – time block coding (STBC) from the transmitter’s point of view, because of the simplicity of its implementation and the ability to support multiple antennas at the base stations. The analysis is based on the systems that use Orthogonal Frequency Division Multiplexing Systems (OFDM). This technique was chosen because it can support high data rates and it behaves very well in a frequency selective fading channel. Moreover, we study iterative decoding algorithms and we focus on a very well known algorithm, the Maximum A Posteriori (MAP). There, we analyze its steps and its modifications and improvements. The iterative decoding algorithms are a cornerstone on decoding Forward Error Correction codes, such as Convolutional codes, almost reaching the Shannon limit. Finally, there are different kinds of implementations using suitable iterative decoding algorithms in concatenation with space – time block coding with antennas and ODFM. We compare the performance of the corresponding systems and investigate the complexity trying to maintain it in a low level. For a thorough investigation, we also use fixed point arithmetic in these implementations.

L'étude vise à évaluer l'exposition professionnelle au bruit des travailleurs d'une plateforme gazière en Algérie et à mettre en évidence des déterminants influençant cette exposition. Des groupes d'exposition homogène (GEH) ont été constitués sur la base de ressemblances quant à l'exposition au bruit, aux titres d'emploi et aux lieux de travail. Deux stratégies d'échantillonnage ont été suivies, la première selon la norme internationale ISO 9612 : 2009 et la seconde selon la stratégie aléatoire de l'AIHA. Pour les deux approches, les niveaux de bruit (Lex, 8h, niveaux d'exposition au bruit pondéré (A) ajustés à une journée de travail de 8 heures) des opérateurs et des superviseurs étaient généralement > 85 dB(A) alors que pour les techniciens-tableau, les niveaux de bruit (Lex, 8h) étaient en tout temps < 85 dB(A). Pour les trois GEH du titre d'emploi des maintenanciers, il y a eu régulièrement des dépassements de la valeur de référence. Plusieurs travailleurs oeuvrant sur les plateformes gazières sont exposés à des niveaux importants de bruit et sont à risque de développer des problèmes auditifs. / The study aims to evaluate workers'noise exposure from an onshore gas platform in Algeria, and to emphasize the determinants influencing the exposure. Exposure groups were formed based on their work category and job location. Two sampling strategies were followed. The first was according to the international standard ISO 9612: 2009, and the second, according to the AIHA random strategy. For both strategies, the noise level (Lex, 8h, levels of exposure to noise ratio (A) for a working day of 8-hour) for operators and supervisors was usually > 85 dB(A) whereas the noise level for the technicians exposed in the distributed control system (DCS) was < 85 dB(A) at all times. The three HEG belonging to the maintenance technician group regularly exceeded the reference value of 85 dB(A). We concluded that employees working on the gas platform are exposed to significant noise level, and are at risk of developing hearing problems

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Turboexpandern in der Gasleitungsbranche. Nach der Vorstellung der Bauarten werden Schaltschemen nach Stand der Technik erläutert, um nachfolgend auf die Ausnutzung des Kälteeffekts einzugehen. Hier sieht der Autor Potentiale in Hinblick auf Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit im Bereich der Weiterleitung von Erdgas zum Endverbraucher. Das kombinierte Schema, bei dem die Erdgas-Entspannungsanlage zusätzlich zur Reduktionseinheit parallel angeschlossen wird, ist in solchen Fällen sinnvoll. Das Erhitzen des Gases erfolgt hier über die Wärmepumpe vor der Entspannungsturbine oder es findet nach der Druckreduktion statt. In diesem Fall findet die Expansion bei den niedrigeren Temperaturen (0–5 °С) statt, indem die Temperatur am Auslass der GVS durch Wärmeentnahme im Kälteblock bis zu einem zulässigen Wert erhöht wird. Die Menge der produzierten Energie vermindert sich infolge der Temperatursenkung vor der Expansionsturbine, doch besteht die Möglichkeit, dabei Kälte zu produzieren und diese danach anzuwenden. Die Berechnungsergebnisse der thermodynamischen Eigenschaften sind dargestellt. Der Wärmeenergieverbrauch für die Erwärmung des Gases (Leistung der Wärmepumpe) und für die Leistung des Kälteblocks wird in dieser Arbeit erläutert. Des Weiteren werden Aspekte der Wirtschaftlichkeit und der Betriebssicherheit von Turboexpandern beleuchtet.

Nous considérons dans cette thèse le problème de la transmission fiable de données par paquets en utilisant une transmission mono-porteuse sur des canaux sélectifs en fréquence à évanouissements. Notre objectif est de concevoir des couples émetteurs-récepteurs permettant d'améliorer les performances de la détection en l'absence d'information sur le canal à la transmission et ceci en exploitant la diversité temporelle disponible dans le cadre des protocoles de retransmission hybrides (HARQ). En analysant les performances du système de transmission avec un récepteur à maximum de vraisemblance, nous établissons un critère pertinent pour l'étude des performances du système basé sur les statistiques de la distance Euclidienne à la sortie du canal sélectif en fréquence. A partir de ce cadre théorique, nous proposons un nouveau schéma de diversité entre les différentes retransmissions, nommé précodage de phase, qui permet de combattre l'interférence entre symboles pour les canaux lentement variables dans le temps. Puis, à l'aide de nos outils d'analyse, nous revisitons un autre schéma de diversité qu'est la diversité d'entrelacement. En particulier, nous soulignons le double avantage offert par ce schéma, à savoir la diversité de modulation et la réduction de l'interférence entre symboles. Nous réalisons ensuite une étude comparative entre les deux schémas de diversité précédents sous traitement itératif ou non itératif au récepteur. Enfin, nous introduisons un nouveau protocole de retransmission adaptative pour les transmissions dîtes multi-couches afin de réduire l'interférence entre couches pour les canaux rapidement variant dans le temps utilisant des informations de retour limitées.