Coded modulations for the multiple-antenna and cooperative fading channels - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2007

Coded modulations for the multiple-antenna and cooperative fading channels

Modulations codées pour les systèmes à antennes multiples et coopératifs

Ghassan Kraidy
  • Function : Author
  • PersonId : 852497

Abstract

This thesis deals with the design of coded modulations for block fading channels with iterative detection and decoding. First, the design of coded modulations for multiple antenna fading channels is discussed. The design consists of choosing a space-time precoding matrix that minimizes the discrete-input outage probability for such systems, while taking into account several parameters that make it suitable for optimized iterative decoding. To conclude this part, the design of turbo codes for multiple-antenna fading systems is proposed based on channel multiplexers. Introducing no additional complexity at the receiver end, these mutliplexers allow to achieve full diversity and high coding gains. Second, coded modulations for cooperative fading channels is proposed, in which relays transmit sequentially to each others. Bounds on the achievable diversity orders are derived, and space-time transmission strategies are proposed to achieve optimal performance. Finally, the design of irregular turbo codes for block-fading channels is presented. Based on the density evolution method, degree profiles that perform very close to the fundamental limits are proposed.
Depuis une dizaine d’années, les applications de réseaux sans-fil sont devenues très populaires. Ces applications permettent de trouver de nouvelles opportunités au systèmes de communications qui n’étaient pas présentes auparavant. Par contre, de part la nature du canal sans-fil, des effets comme l’évanouissement du signal, l’ombrage et l’interference d’autres transmetteurs font que la qualité de la propagation du signal fluctue durant la transmission. Une approche permettant de combattre ces fluctuations est la conception de systèmes de communication qui assure la diversité du signal en envoyant plusieurs copies du meme signal. La diversité du signal peut se faire dans le temps, l’espace, ou la fréquence. Les systèmes à antennes multiples sont connus pour assurer la diversité spatiale tout en améliorant la capacité d’un système. Cependant, pour des raisons de taille d’un mobile ou de prix, il n’est pas possible d’implémenter plusieurs antennes. Pour cette raison, plusieurs groupes de recherche se sont recemment penchés sur les systèmes de transmission coopératifs, ou des mobiles s’entraident pour envoyer leur information à une station de base. Ceci leur permet de profiter de la diversité spatiale et de transmettre à des débits plus élevés. Dans cette thèse, des systèmes de modulations codées avec précodage spatio-temporel sont etudiées pour des canaux à évanouissements par blocs sélectifs en fréquence: Dans le Chapitre 2, les limites théoriques des canaux à évanouissements par blocs sélectifs en fréquence sont introduites, notamment la probabilité de coupure. Ces concepts seront utilisés dans les chapitres suivant de la thèse. Les modulations codées avec précodage spatio-temporel sont ensuite introduites ainsi que le récepteur itératif qui permet d’atteindre de très bonnes performances a complexité réduite. La fin de ce chapitre est dediée à la borne de Singleton sur l«ordre de diversité qu«une modulation codée peut atteindre sur un canal à évanouissements par blocs. Le Chapitre 3 couvre les modulations codées avec précodage spatio-temporel pour les systèmes à antennes multiples avec décodage itératif. Nous commencons par concevoir des matrices de précodage spatio-temporel qui minimizent la probabilité de coupure à entrée discrète, et nous démontrons les bonnes performances de ces précodeurs dès la première itération du récepteur. Nous considérons par la suite un schema pour quatre antennes en emission basé sur le code d«Alamouti. Nous concluons ce chapitre par la conception de turbo codes pour les canaux á antennes multiples basés sur le multiplexage de canal. Ces codes démontrent des performances à 1 dB de la probabilité de coupure. Le Chapitre 4 est dedié à la conception de modulations codées avec précodage spatio-temporel pour un canal coopératif à plusieurs utilisateurs. Des bornes sur la diversité de ce système sont d’abord calculées, et il est demontré que l’introduction d’une matrice de précodage spatio-temporel ne mène à aucune augmentation de la complexité. Des résultats de simulations qui montrent d’importants gains de codage sont ensuite montrées, et la conception de turbo codes pour ce type de canaux conclue ce chapitre. Le dernier chapitre de cette thèse montre la conception de turbo codes irreguliers pour les canaux à évanouissements par blocs. En utilisant la méthode de l’évolution de densité, il est démontré que ces codes surclassent les codes à matrices de parité à faible densité (LDPC). En adaptant les multiplexeurs de canal des turbo codes réguliers, ces codes montrent des performances à une moitié de dB de la probabilité de coupure sur un canal à évanouissements par blocs. La conclusion de ce manuscrit contient les remarques sur les résultats ainsi que les perspectives pour de futures extensions des travaux de ce chapitre, comme notamment un système coopératif où les terminaux sont equippés de plusieurs antennes.
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Dates and versions

tel-01823688 , version 1 (26-06-2018)

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  • HAL Id : tel-01823688 , version 1

Cite

Ghassan Kraidy. Coded modulations for the multiple-antenna and cooperative fading channels. Information Theory [cs.IT]. Telecom ParisTech, 2007. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01823688⟩
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