Phase detection based on a single parity check code for low SNR applications

The improvement of carrier phase synchronization through the use of channel decoding information has been recently widely studied. However, an initial synchronization step is necessary prior to the first decoding iteration. When the phase to estimate is not constant (due to frequency error or phase noise), this first step is problematic on relatively long coded words. In this paper we propose to add a short single parity-check code to the transmission scheme for the synchronization purpose. The proposed phase detector is based on the soft symbol decoding of the additional code. Our simulation results show that the proposed synchronization scheme outperforms the classical non data-aided and decision directed algorithms for continuous transmissions with 8PSK modulation, in presence of phase noise. It allows indeed to reduce the phase jitter in considerable proportions. Requiring few additional complexity, it seems well adapted to satellite continuous transmissions.De nombreuses études ont récemment montré l'avantage que l'on peut tirer du décodage canal pour l'amélioration de la synchronisation de phase porteuse à faible rapport signal à bruit. Lorsque la phase à estimer varie au cours du temps (erreur de fréquence, bruit de phase), l'estimation de la phase avant la première étape de décodage pose toutefois problème lorsque les mots de code sont longs. Nous proposons ici un algorithme de synchronisation fondé sur l'introduction d'un code de parité simple et court. Nous montrons que pour une transmission continue et une modulation MDP8, le détecteur proposé permet de réduire sensiblement la gigue de phase à très faible point de fonctionnement et en présence de bruit de phase, par rapport aux algorithmes classiques. De faible complexité, il apparait notamment bien adapté au contexte des télécommunications par satellite

Joint coding/decoding techniques and diversity techniques for video and HTML transmission over wireless point/multipoint: a survey

I. Introduction The concomitant developments of the Internet, which offers to its users always larger and more evolved contents (from HTML (HyperText Markup Language) files to multimedia applications), and of wireless systems and handhelds integrating them, have progressively convinced a fair share of people of the interest to always be connected. Still, constraints of heterogeneity, reliability, quality and delay over the transmission channels are generally imposed to fulfill the requirements of these new needs and their corresponding economical goals. This implies different theoretical and practical challenges for the digital communications community of the present time. This paper presents a survey of the different techniques existing in the domain of HTML and video stream transmission over erroneous or lossy channels. In particular, the existing techniques on joint source and channel coding and decoding for multimedia or HTML applications are surveyed, as well as the related problems of streaming and downloading files over an IP mobile link. Finally, various diversity techniques that can be considered for such links, from antenna diversity to coding diversity, are presented...L’engouement du grand public pour les applications multimédia sans fil ne cesse de croître depuis le développement d’Internet. Des contraintes d’hétérogénéité de canaux de transmission, de fiabilité, de qualité et de délai sont généralement exigées pour satisfaire les nouveaux besoins applicatifs entraînant ainsi des enjeux économiques importants. À l’heure actuelle, il reste encore un certain nombre de défis pratiques et théoriques lancés par les chercheurs de la communauté des communications numériques. C’est dans ce cadre que s’inscrit le panorama présenté ici. Cet article présente d’une part un état de l’art sur les principales techniques de codage et de décodage conjoint développées dans la littérature pour des applications multimédia de type téléchargement et diffusion de contenu sur lien mobile IP. Sont tout d’abord rappelées des notions fondamentales des communications numériques à savoir le codage de source, le codage de canal ainsi que les théorèmes de Shannon et leurs principales limitations. Les techniques de codage décodage conjoint présentées dans cet article concernent essentiellement celles développées pour des schémas de codage de source faisant intervenir des codes à longueur variable (CLV) notamment les codes d’Huffman, arithmétiques et les codes entropiques universels de type Lempel-Ziv (LZ). Faisant face au problème de la transmission de données (Hypertext Markup Language (HTML) et vidéo) sur un lien sans fil, cet article présente d’autre part un panorama de techniques de diversités plus ou moins complexes en vue d’introduire le nouveau système à multiples antennes d’émission et de réception

Décodage de codes polaires sur des architectures programmables

RÉSUMÉ Les codes polaires constituent une classe de codes correcteurs d’erreurs inventés récemment qui suscite l’intérêt des chercheurs et des industriels, comme en atteste leur sélection pour le codage des canaux de contrôle dans la prochaine génération de téléphonie mobile (5G). Un des enjeux des futurs réseaux mobiles est la virtualisation des traitements numériques du signal, et en particulier les algorithmes de codage et de décodage. Afin d’améliorer la flexibilité du réseau, ces algorithmes doivent être décrits de manière logicielle et être déployés sur des architectures programmables. Une telle infrastructure de réseau permet de mieux répartir l’effort de calcul sur l’ensemble des noeuds et d’améliorer la coopération entre cellules. Ces techniques ont pour but de réduire la consommation d’énergie, d’augmenter le débit et de diminuer la latence des communications. Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l’implémentation logicielle des algorithmes de décodage de codes polaires et la conception d’architectures programmables spécialisées pour leur exécution. Une des caractéristiques principales d’une chaîne de communication mobile est l’instabilité du canal de communication. Afin de remédier à cette instabilité, des techniques de modulations et de codages adaptatifs sont utilisées dans les normes de communication. Ces techniques impliquent que les décodeurs supportent une vaste gamme de codes : ils doivent être génériques. La première contribution de ces travaux est l’implémentation logicielle de décodeurs génériques des algorithmes de décodage "à Liste" sur des processeurs à usage général. En plus d’être génériques, les décodeurs proposés sont également flexibles. Ils permettent en effet des compromis entre pouvoir de correction, débit et latence de décodage par la paramétrisation fine des algorithmes. En outre, les débits des décodeurs proposés atteignent les performances de l’état de l’art et, dans certains cas, les dépassent. La deuxième contribution de ces travaux est la proposition d’une nouvelle architecture programmable performante spécialisée dans le décodage de codes polaires. Elle fait partie de la famille des processeurs à jeu d’instructions dédiés à l’application. Un processeur de type RISC à faible consommation en constitue la base. Cette base est ensuite configurée, son jeu d’instructions est étendu et des unités matérielles dédiées lui sont ajoutées. Les simulations montrent que cette architecture atteint des débits et des latences proches des implémentations logicielles de l’état de l’art sur des processeurs à usage général. La consommation énergétique est réduite d’un ordre de grandeur.----------ABSTRACT Polar codes are a recently invented class of error-correcting codes that are of interest to both researchers and industry, as evidenced by their selection for the coding of control channels in the next generation of cellular mobile communications (5G). One of the challenges of future mobile networks is the virtualization of digital signal processing, including channel encoding and decoding algorithms. In order to improve network flexibility, these algorithms must be written in software and deployed on programmable architectures. Such a network infrastructure allow dynamic balancing of the computational effort across the network, as well as inter-cell cooperation. These techniques are designed to reduce energy consumption, increase throughput and reduce communication latency. The work presented in this manuscript focuses on the software implementation of polar codes decoding algorithms and the design of programmable architectures specialized in their execution. One of the main characteristics of a mobile communication chain is that the state of communication channel changes over time. In order to address issue, adaptive modulation and coding techniques are used in communication standards. These techniques require the decoders to support a wide range of codes : they must be generic. The first contribution of this work is the software implementation of generic decoders for "List" polar decoding algorithms on general purpose processors. In addition to their genericity, the proposed decoders are also flexible. Trade-offs between correction power, throughput and decoding latency are enabled by fine-tuning the algorithms. In addition, the throughputs of the proposed decoders achieve state-of-the-art performance and, in some cases, exceed it. The second contribution of this work is the proposal of a new high-performance programmable architecture specialized in polar code decoding. It is part of the family of Application Specific Instruction-set Processors (ASIP). The base architecture is a RISC processor. This base architecture is then configured, its instruction set is extended and dedicated hardware units are added. Simulations show that this architecture achieves throughputs and latencies close to state-of-the-art software implementations on general purpose processors. Energy consumption is reduced by an order of magnitude. The energy required per decoded bit is about 10 nJ on general purpose processors compared to 1 nJ on proposed processors when considering the Successive Cancellation (SC) decoding algorithm of a polar code (1024,512). The third contribution of this work is also the design of an ASIP architecture

Combinaison des techniques OFDM et CDMA pour l'UWB haut débit

National audiencePour les systèmes WPAN, la gestion des ressources entre plusieurs utilisateurs d'une même picocellule ainsi que la co-existence de plusieurs picocellules sont des points importants à prendre en compte lors de l'optimisation d'un système UWB haut débit. Afin d'améliorer les performances de la solution multi band OFDM proposée par l'alliance MBOA, l'ajout d'une composante d'étalement selon l'axe fréquentiel s'avère une bonne solution pour faciliter la gestion des ressources, qui offre en outre une meilleure robustesse vis-à-vis de la sélectivité en fréquence du canal et des interférences à bande étroite. Le système SS-MC-MA que nous proposons, bénéficie non seulement des avantages du MC-CDMA apportés par l'étalement fréquentiel mais permet égalament une allocation dynamique des ressources plus efficace dans un contexte multi-utilisateurs et multi-picocellules. Ces améliorations peuvent être obtenues, sans augmenter la complexité du segment radio-fréquence par rapport à la solution MBOA

Récepteur itératif pour système à multi-antennes basé sur l'algorithme de propagation de croyance

In this document, an efficient iterative receiver for digital communication systems is investigated. It combines a Non-Binary Low-Density Parity-Check (NB-LDPC) decoder with a high-order constellation demapper and a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) detector. In the first part of our work, we have proposed a suboptimal MIMO detector based on the Belief Propagation (BP) algorithm as an alternative to a Maximum Likelihood (ML) detector. Extrinsic information is exchanged between the detector and the decoder thanks to an iterative process. EXtrinsic Information Transfer (EXIT) charts have enabled to analyze the convergence behaviour of the proposed MIMO-BP detector. A suitable schedule for the different types of iterations is also proposed to reduce the receiver latency and improve its error correction performance. Indeed, a MIMO-BP detection and an NB-LDPC decoding can be combined together to form a larger Joint Factor Graph (JFG) which works on two different schedulings : a flooding scheduling and a Vertical Shuffle Scheduling (VSS). This approach enables to optimize the receiver schedule in terms of inter-iterations and intra-iterations to offer an efficient trade-off between performance and latency. In a second part, we have focused on the main objective of this work : the reduction of the computational complexity of the iterative receiver to enable its implementation. Actions are undertaken at the detector, decoder and the iterative receiver levels in order to reduce overall computational complexity. The first step involved the updating of Euclidean distances within the detector by a priori messages from the decoder. Thus, we propose to act on two levels : the LDPC decoder level and the Euclidean distance update level. In the first level, a subset of Euclidean distance values is updated by decoder extrinsic information. This subset includes the symbol indexes with highest LLR reliability at the output of the detector during the previous inter-iteration. The second level is the update of the most reliable symbols relative to the initial calculation of the Euclidean distances of the detector. Indeed, applying the proposed low-complexity BP-based detection greatly reduces the number of operations per iteration, with a negligible performance penalty. In a second step, we have proposed a detection method to simplify the initial calculation of Euclidean distances. This method involves reducing a number of points around the closest points of the received symbol. We first calculate the first symbol candidate of the constellation, the remaining Euclidean distances are deduced recursively. This work enables to reduce the number of operations in the detector by a factor of ten when compared to full-complexity BP detection. The main interest of the proposed BP-based detector is to provide a feasible solution for the design of an iterative MIMO receiver. In the last chapter, we propose a hardware architecture for the iterative receiver which consists in two parts. The first part is the architecture of the MIMO detector and the second part corresponds to the LDPC decoder. An architectural design, a time analysis and the complexity in terms of real operators are detailed for each block of the proposed architecture. Finally, the overall architecture proposed for the iterative receiver enables an efficient information exchange by an increase of the bandwidth and the reduction of the latency.Cette thèse présente une solution conjointe de détection et de décodage pour un système multi-antennes basé sur l'algorithme de propagation de croyance. Ce principe de propagation de croyance est appliqué aussi bien à la détection des symboles reçus qu'à leur décodage. Pour ce faire, un code correcteur d'erreurs de type LDPC (Low-Density Parity-Check) non-binaire est exploité. Nous proposons un nouveau schéma de réception itérative qui combine un détecteur MIMO (Multiple-input Multiple-Output) associé à un demapping avec une constellation d'ordre élevé suivi d'un décodeur LDPC non-binaire. Ce détecteur sous-optimal basé sur l'algorithme de propagation de croyance est étudié comme une alternative à un détecteur optimal basé sur le maximum de vraisemblance. L'information extrinsèque est échangée entre le détecteur et le décodeur au sein d'un processus itératif. La méthode des diagrammes EXIT (EXtrinsic Information Transfer) non-binaires a été appliquée afin d'analyser la convergence d'un récepteur itératif. La détection MIMO-BP et le décodage NB-LDPC sont combinés au sein d'un GFC (Graphe à Facteur Conjoint). Ce graphe peut être parcouru selon deux séquencements : le séquencement flooding et le séquencement shuffle. Dans le cadre de cette étude, ces deux types de séquencement sont comparés selon les critères de performance de correction, de latence et de complexité calculatoire. Le principal objectif de ce travail de thèse est de réduire la complexité calculatoire du récepteur pour permettre son implémentation. Une première étape porte sur la mise à jour des distances euclidiennes du détecteur par les messages a priori provenant du décodeur. Ainsi, nous proposons deux techniques. La première technique porte sur la mise à jour des symboles les plus fiables par rapport au calcul initial des distances euclidiennes du détecteur. La seconde concerne la mise à jour des symboles par rapport aux informations les plus fiables provenant du décodeur. Ces deux propositions permettent une réduction importante de la complexité calculatoire tout en limitant les dégradations au niveau des performances. Dans un second temps, nous proposons une méthode de détection permettant de simplifier le calcul initial des distances euclidiennes. Cette dernière a des performances proches de celles du récepteur initial. Cette méthode consiste à déduire un certain nombre de points à partir du point le plus proche du symbole reçu. Une étude comparative en termes de performance et de complexité calculatoire des détecteurs simplifiés avec le détecteur original montre que les détecteurs proposés ont des caractéristiques favorables à une intégration matérielle au sein d'un système de réception MIMO itératif grâce une complexité divisée par 10 par rapport à la solution de référence. Enfin, nous proposons une découpe architecturale pour les différents modules constituant le récepteur itératif. L'architecture proposée se compose d'un premier ensemble qui correspond à l'architecture du détecteur MIMO et d'un second pour le décodage du code LDPC-NB. Une représentation architecturale, une organisation temporelle et l'utilisation des ressources arithmétiques et de mémorisation sont détaillées pour les différents modules. Grâce à un niveau de parallélisme approprié, l'architecture associée au récepteur itératif permet un échange d'information efficace et par conséquent la montée en débit et la maitrise de la latence du récepteur

Amélioration de la sécurité et de la fiabilité des systèmes de communication sans fil

Dans ce mémoire, de nouvelles approches ont été introduites pour concevoir les systèmes de communication fiables, Section 1, et sécurisées, Section 2, où les codes LDPC ont été choisis comme schéma de codage principal. Ce mémoire comprend deux sections : Section 1 : Les codes LDPC réguliers et irréguliers sont définis et différents décodeurs basés sur l’échange de message de décisions fermes et souples sont introduits. Par la suite, quelques définitions, comme le seuil des codes LDPC utilisant l’évolution de la densité de probabilité (ou la propagation de croyance), l’écart multiplicatif et les distributions de degrés de noeuds de parité et de noeuds de variable, sont énoncées. Par après, ces concepts préliminaires sont utilisés pour concevoir des ensembles de code LDPC irréguliers approchant la capacité du canal à l’aide de programmation linéaire et d’un algorithme génétique. Section 2 : Une méthode est introduite pour l’amélioration du secret dans ce genre de système. Cette méthode fonctionne sur la base de demande de retransmission de paquets d’information. Selon cette approche, lorsque le récepteur ne peut pas converger vers le bon message, une demande de retransmission est envoyée. Au lieu d’envoyer le paquet entier dans le cas d’une défaillance à la sortie du décodeur du destinataire, la retransmission des sous-paquets est explorée. Le système proposé dans cette phase est appelé protocole HARQ-Granulaire Adaptatif (AG-HARQ). Il essaie de réduire au minimum le taux requis pour un décodage réussi par les parties légitimes tout en augmentant la sécurité en minimisant les fuites d’information vers un espion éventuel. En outre, pour améliorer encore le niveau de sécurité dans la méthode AG-HARQ proposée, le schéma de contamination d’erreur intra-trame (IntraEC) et le schéma de contamination d’erreur inter-trame (InterEC) sont utilisés en conjonction avec cette méthode. Cette combinaison permet un haut niveau de sécurité dans le système de communication sans fil.In this memoir, new approaches have been introduced for designing reliable, Section 1, and secure, Section 2, communication systems where the LDPC codes have been chosen as the principal coding scheme. This memoir comprises two sections: Section 1: Regular and irregular LDPC codes are defined and different message passing decoders based on hard and soft decisions are introduced. Afterward, some definitions like the threshold of LDPC codes using Density Evolution (or Belief Propagation), the Multiplicative Gap, and the check node and variable node degree distributions are explained in detail. Later, these preliminary concepts are used to design the channel capacity approaching Irregular LDPC codes combining Genetic Algorithm and Linear Programming. Section 2: A new scheme is introduced for secrecy enhancement for these systems. This method is based on feedback retransmission requests. With this approach, when the intended recipient cannot converge to the right message, a retransmission request is sent back to the transmitter. The retransmission of the sub-packets, instead of sending the whole packet in the case of failure at the intended recipient’s decoder output, is explored in detail. Our proposed scheme is called Adaptive Granular Hybrid Automatic Repeat reQuest (AG-HARQ) protocol, which tries to minimize the required rate for successful decoding of the legitimate parties while amplifying the privacy by minimizing the information leakage to a wiretapper. In addition, to further improve the security level of the proposed AG-HARQ method, Intra-frame error contamination (IntraEC) and Inter-frame error contamination (InterEC) schemes are used in conjunction with this method. This combination can provide a high level of security in wireless communication systems

Codage dans les réseaux

La fiabilité des transmissions est un des principaux problèmes qu’ont à résoudre les concepteurs de systèmes de communication. Parmi les mécanismes de fiabilité, les codes correcteurs d’erreurs permettent de protéger les données transmises de manière pro-active contre les erreurs de transmission. Historiquement, ces codes étaient principalement utilisés sur la couche physique. L’augmentation de la puissance des machines a permis de les intégrer sur les couches hautes des piles de protocoles de communication depuis le milieu des années 90. Cette intégration a ouvert de nouvelles problématiques de recherche. L’une d’entre elles est la conception de codes adaptés aux contraintes des systèmes dans lesquels ils sont intégrés. La première partie des travaux présentés dans ce mémoire concerne ce thème. Nous avons en particulier fait plusieurs propositions pour améliorer les vitesses de codage et de décodage en logiciel des codes MDS (dont les représentants les plus connus sont les codes de Reed- Solomon). Une RFC est en cours de publication à l’IETF sur ce sujet. Une modification de la structure de ces codes nous a permis de les adapter aux transmissions multimédia en introduisant des niveaux de protection variables entre les symboles d’un même mot de code. Enfin, en relâchant au maximum leur structure, nous avons construit un système de codage "à la volée" s’intégrant particulièrement bien dans des protocoles de communication classiques. La seconde thématique concerne la distribution des mécanismes de fiabilité et de la redondance sur les différentes couches protocolaires. Nous avons par exemple étudié la possibilité de laisser des paquets corrompus remonter les couches pour être corrigés ou simplement traités par les couches hautes. Lors de collaborations avec le CNES et Thalès Alénia Space, nous avons étudié le cas des transmissions multimédia de satellites vers des mobiles (SDMB et DVB-SH) en analysant les différentes solutions de distribution de la redondance sur les couches physique, liaison et les couches hautes. Différentes applications de ce travail ont débouché sur le dépôt de 2 brevets. Le dernier volet de nos recherches concerne les applications des codes à effacement. Nous avons présenté des contributions sur l’utilisation de codes à effacement dans les réseaux pairà-pair. En particulier, dès 2002, nous avons montré comment les codes permettaient d’accélérer les temps de téléchargement dans ce type de réseau. Nous avons aussi proposé une application particulière du codage réseau en montrant que cette technique peut réduire les bornes des délais de bout-en-bout des paquets dans des réseaux fournissant des garanties sur la qualité de service

Prototype micro-électronique d'un décodeur itératif pour des codes doublement orthogonaux

Ce mémoire porte sur le prototypage microélectronique FPGA d'un décodeur itératif doublement orthogonal issu de récents travaux de recherche. Le nouvel algorithme est simple et présente un certain nombre d'avantages par rapport aux codes turbo très prisés actuellement dans le codage de canal. En effet, ces derniers outre la complexité de leur algorithme de décodage, souffrent d'un problème de latence qui les rend inadaptés pour certaines applications, comme la téléphonie par exemple. Le décodeur utilisé, est un décodeur itératif à quantification souple, basé sur le décodage seuil tel que présenté par Massey et amélioré par l'approximation de la probabilité a posteriori (AAPP). Grâce à cette approche, on arrive à concilier complexité, latence, performance en correction d'erreurs, et haut débit de fonctionnement. Le prototype vise à valider les résultats de simulation, ainsi que l'estimation de la complexité et de la fréquence maximale que l'on peut atteindre sur des FPGA Virtex-II XC2V6000 et ceci pour différentes structures du décodeur

Forme d'onde multiporteuse pour de la diffusion par satellite haute capacité

Cette thèse se concentre sur l’amélioration conjointe de l'efficacité spectrale et de l'efficacité en puissance de schémas de transmission par satellite. L’émergence de nouveaux services et l'augmentation du nombre d’acteurs dans le domaine nécessitent de disposer de débits de plus en plus importants avec des ressources de plus en plus limitées. Les progrès réalisés ces dernières années sur la technologie embarquée et dans le domaine des communications numériques permettent de considérer des schémas de transmission à plus haute efficacité spectrale et en puissance. Cependant, l’enjeu majeur des schémas de transmission proposes actuellement reste de rentabiliser les ressources disponibles. L’étude développée dans cette thèse explore les possibilités d’amélioration conjointe de l’efficacité spectrale et de l’efficacité en puissance en proposant la combinaison de la modulation Cyclic Code-Shift-Keying (CCSK), dont l’efficacité en puissance augmente avec l’élévation du degré de la modulation, avec une technique de multiplexage par codage de type Code-Division Multiplexing (CDM) pour pallier la dégradation de l’efficacité spectrale liée à l’étalement du spectre induit par la modulation CCSK. Deux approches basées sur l’utilisation de séquences de Gold de longueur N sont définies: Une approche multi-flux avec un décodeur sphérique optimal en réception. La complexité liée à l’optimalité du décodeur conduit à des valeurs d'efficacité spectrale limitées mais l’étude analytique des performances, vérifiée par des simulations, montre une augmentation de l'efficacité en puissance avec l'efficacité spectrale. Une approche mono-flux justifiée par l’apparition de redondance dans les motifs résultant du multiplexage des séquences. L’approche mono-flux propose des valeurs d’efficacité spectrale équivalente aux schémas retenus dans le standard DVB-S2 avec une amélioration de l’efficacité en puissance à partir d’un certain seuil de rapport signal à bruit par rapport à ces schémas. Par la suite, l'étude porte sur la transposition de plusieurs symboles de modulation sur les porteuses d’un système OFDM et sur les bénéfices et avantages d’une telle approche. Elle se conclut sur l’apport d’un codage canal basé sur des codes par bloc non binaires Reed-Solomon et LDPC. La forme d’onde proposée offre des points de fonctionnement à haute efficacité spectrale et haute efficacité en puissance avec des perspectives intéressantes. Dans le contexte actuel, son application reste limitée par ses fluctuations d’amplitude mais est envisageable dans un contexte de transmission multiporteuse, comme attendu dans les années à venir. ABSTRACT : This thesis focuses on jointly improving the spectral efficiency and the power efficiency of satellite transmission schemes. The emergence of new services and the increasing number of actors in this field involve higher transmission rates with increasingly limited resources. Recent progress in the embedded technologies and in digital communications offered to consider transmission schemes with higher spectral and power efficiency. Nevertheless, the major current challenge consists in making efficient use of resources. The study developed in this thesis explores the possibilities of jointly improving the spectral and power efficiency by offering a combination of the Cyclic-Code-Shift Keying modulation (CCSK), which power efficiency increases with the degree of modulation, with a multiplexing technique such as Code-Division Multiplexing (CDM) to offset the deterioration on the spectral efficiency due to the spread spectrum induced by CCSK. Two approaches based on the use of Gold sequences of length N are defined : A multi-stream approach with an optimal receiver implemented through sphere decoding. The complexity due to the receiver optimality leads to limited spectral efficiencies but the study of performance, confirmed by simulations, shows an increase in power efficiency with spectral efficiency. A single-stream approach justified by the appearance of redundancy in the patterns following the sequences multiplexing. The single-stream approach offers spectral efficiencies equivalent to the adopted schemes in the DVB-S2 standard, with improved power efficiency from a certain level of signal to noise ratio compared to those schemes. Subsequently, the study focuses on the implementation of several modulation symbols on the subcarriers of an OFDM modulator and the benefits and advantages of such an approach. It concludes with the contribution of channel coding based on nonbinary block codes such as Reed-Solomon and LDPC codes. The proposed waveform offers operating points with high spectral efficiency and high power efficiency with attractive perspectives. In the current context, its application is limited by its amplitude fluctuations but is possible in a multicarrier transmission context, as expected in the years to come

Reconnaissance de l’écriture manuscrite avec des réseaux récurrents

Mass digitization of paper documents requires highly efficient optical cha-racter recognition systems. Digital versions of paper documents enable the useof search engines through keyword dectection or the extraction of high levelinformation (e.g. : titles, author, dates). Unfortunately writing recognition sys-tems and especially handwriting recognition systems are still far from havingsimilar performance to that of a human being on the most difficult documents.This industrial PhD (CIFRE) between Airbus DS and the LITIS, that tookplace within the MAURDOR project time frame, aims to seek out and improvethe state of the art systems for handwriting recognition.We compare different systems for handwriting recognition. Our compa-risons include various feature sets as well as various dynamic classifiers : i)Hidden Markov Models, ii) hybrid neural network/HMM, iii) hybrid recurrentnetwork Bidirectional Long Short Term Memory - Connectionist TemporalClassification (BLSTM-CTC)/MMC, iv) a hybrid Conditional Random Fields(CRF)/HMM. We compared these results within the framework of the WR2task of the ICDAR 2009 competition, namely a word recognition task usinga 1600 word lexicon. Our results rank the BLSTM-CTC/HMM system as themost performant, as well as clearly showing that BLSTM-CTCs trained ondifferent features are complementary.Our second contribution aims at using this complementary. We explorevarious combination strategies that take place at different levels of the BLSTM-CTC architecture : low level (early fusion), mid level (within the network),high level (late integration). Here again we measure the performances of theWR2 task of the ICDAR 2009 competition. Overall our results show thatour different combination strategies improve on the single feature systems,moreover our best combination results are close to that of the state of theart system on the same task. On top of that we have observed that some ofour combinations are more adapted for systems using a lexicon to correct amistake, while other are better suited for systems with no lexicon.Our third contribution is focused on tasks related to handwriting recognition. We present two systems, one designed for language recognition, theother one for keyword detection, either from a text query or an image query.For these two tasks our systems stand out from the literature since they usea handwriting recognition step. Indeed most literature systems focus on extracting image features for classification or comparison, wich does not seemappropriate given the tasks. Our systems use a handwriting recognition stepfollowed either by a language detection step or a word detection step, depending on the application.La numérisation massive de documents papier a fait apparaître le besoin d’avoir des systèmes de reconnaissance de l’écriture extrêmement performants. La numérisation de ces documents permet d’effectuer des opérations telles que des recherches de mots clefs ou l’extraction d’informations de haut niveau (titre, auteur, adresses, et.). Cependant la reconnaissance de l’écriture et en particulier l’écriture manuscrite ne sont pas encore au niveau de performance de l’homme sur des documents complexes, ce qui restreint ou nuit à certaines applications. Cette thèse CIFRE entre Airbus DS et le LITIS, dans le cadre du projet MAURDOR, a pour but de mettre en avant et d’améliorer les méthodes état de l’art dans le domaine de la reconnaissance de l’écriture manuscrite. Nos travaux comparent différents systèmes permettant d’effectuer la reconnaissance de l’écriture manuscrite. Nous comparons en particulier différentes caractéristiques et différents classifieurs dynamiques : i) Modèles de Markov Cachés (MMC), ii) hybride réseaux de neurones/MMC, iii) hybride réseaux récurrents « Bidirectional Long Short Term Memory - Connectionist Temporal Classification » (BLSTM-CTC)/MMC et iv) hybride Champs Aléatoires Conditionnels (CAC)/MMC. Les comparaisons sont réalisées dans les conditions de la tâche WR2 de la compétition ICDAR 2009, c’est à dire une tâche de reconnaissance de mots isolés avec un dictionnaire de 1600 mots. Nous montrons la supériorité de l’hybride BLSTM-CTC/MMC sur les autres classifieurs dynamiques ainsi que la complémentarité des sorties des BLSTM-CTC utilisant différentes caractéristiques.Notre seconde contribution vise à exploiter ces complémentarités. Nous explorons des stratégies de combinaisons opérant à différents niveaux de la structure des BLSTM-CTC : bas niveau (en entrée), moyen niveau (dans le réseau), haut niveau (en sortie). Nous nous plaçons de nouveau dans les conditions de la tâche WR2 de la compétition ICDAR 2009. De manière générale nos combinaisons améliorent les résultats par rapport aux systèmes individuels, et nous avoisinons les performances du meilleur système de la compétition. Nous avons observé que certaines combinaisons sont adaptées à des systèmes sans lexique tandis que d’autres sont plus appropriées pour des systèmes avec lexique. Notre troisième contribution se situe sur deux applications liées à la reconnaissance de l’écriture. Nous présentons un système de reconnaissance de la langue ainsi qu’un système de détection de mots clefs, à partir de requêtes images et de requêtes de texte. Dans ces deux applications nous présentons une approche originale faisant appel à la reconnaissance de l’écriture. En effet la plupart des systèmes de la littérature extraient des caractéristiques des image pour déterminer une langue ou trouver des images similaires, ce qui n’est pas nécessairement l’approche la plus adaptée au problème à traiter. Nos approches se basent sur une phase de reconnaissance de l’écriture puis une analyse du texte afin de déterminer la langue ou de détecter un mot clef recherché