A low-complexity soft-decision decoding architecture for the binary extended Golay code

International audienceThe (24, 12, 8) extended binary Golay code is a well-known rate-1/2 short block-length linear error-correcting code with remarkable properties. This paper investigates the design of an efficient low-complexity soft-decision decoding architecture for this code. A dedicated algorithm is introduced that takes advantage of the code’s properties to simplify the decoding process. Simulation results show that the proposed algorithm achieves close to maximum-likelihood performance with low computational cost. The decoder architecture is described, and VLSI synthesis results are presented

Near maximum likelihood soft-decision decoding of a particular class of rate-1/2 systematic linear block codes

International audiencePresented is a soft-decision decoding algorithm for a particular class of rate-1/2 systematic linear block codes. The proposed algorithm performs successive re-encoding of both the data and parity bits, to produce a list of codewords among which the most likely candidate is chosen. Simulation results show that close to optimal performance can be obtained at reasonable complexity. They validate the potential of the proposed algorithm as a practical approach for soft-decision decoding

Confidence Level for Finite Blocklength Ultra Reliable Communication over Fading Channels

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Reed-Solomon turbo product codes for optical communications: from code optimization to decoder design

International audienceTurbo product codes (TPCs) are an attractive solution to improve link budgets and reduce systems costs by relaxing the requirements on expensive optical devices in high capacity optical transport systems. In this paper, we investigate the use of Reed-Solomon (RS) turbo product codes for 40 Gbps transmission over optical transport networks and 10 Gbps transmission over passive optical networks. An algorithmic study is first performed in order to design RS TPCs that are compatible with the performance requirements imposed by the two applications. Then, a novel ultrahigh-speed parallel architecture for turbo decoding of product codes is described. A comparison with binary Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) TPCs is performed. The results show that high-rate RS TPCs offer a better complexity/performance tradeoff than BCH TPCs for low-cost Gbps fiber optic communications

Design and implementation of a soft-decision decoder for Cortex codes

International audienceCortex codes are a family of rate-1/2 self-dual systematic linear block codes with good distance properties. This paper investigates the challenging issue of designing an efficient soft-decision decoder for Cortex codes. A dedicated algorithm is introduced that takes advantage of the particular structure of the code to simplify the decoding. Simulation results show that the proposed algorithm achieves an excellent trade-off between performance and complexity for short Cortex codes. A decoder architecture for the (32,16,8) Cortex code based on the (4,2,2) Hadamard code has been successfully designed and implemented on FPGA device. To our knowledge, this is the first efficient digital implementation of a soft-decision Cortex decoder

Robust Estimation of Non-Stationary Noise Power Spectrum for Speech Enhancement

International audienceWe propose a novel method for noise power spectrum estimation in speech enhancement. This method called extended-DATE (E-DATE) extends the d-dimensional amplitude trimmed estimator (DATE), originally introduced for additive white gaussian noise power spectrum estimation, to the more challenging scenario of non-stationary noise. The key idea is that, in each frequency bin and within a sufficiently short time period, the noise instantaneous power spectrum can be considered as approximately constant and estimated as the variance of a complex gaussian noise process possibly observed in the presence of the signal of interest. The proposed method relies on the fact that the Short-Time Fourier Transform (STFT) of noisy speech signals is sparse in the sense that transformed speech signals can be represented by a relatively small number of coefficients with large amplitudes in the time-frequency domain. The E-DATE estimator is robust in that it does not require prior information about the signal probability distribution except for the weak-sparseness property. In comparison to other state-of-the-art methods, the E-DATE is found to require the smallest number of parameters (only two). The performance of the proposed estimator has been evaluated in combination with noise reduction and compared to alternative methods. This evaluation involves objective as well as pseudo-subjective criteria

Synchronisation de Trame pour les Transmissions de Paquets Courts

International audienceWe consider the transmission of successive short packets. Each of them combines information to be transmitted (codeword) with information for synchronizing the frame (SW). For short packets, the cost of including SW is no longer negligible and its design requires careful optimization. In particular, a trade-off arises depending on the way the total transmit power is split among the SW and the codeword, or on the way the total frame length is split among the SW length and the codeword length. Assuming optimal finite-length codes, we develop tight upper bounds on the probability of erroneous synchronization, for both frames with concatenated SW and frames with superimposed SW. We use these bounds to optimize this trade-off. Simulation results show that the proposed bounds and analysis have practical relevance for short-packet communication system design.Nous considérons la transmission continue de paquets de petite taille, constitués d'informations de synchronisation (SW) et d'in-formation à transmettre (mot de code). Pour les paquets courts, le sur-coût apporté par SW n'est plus négligeable : un compromis s'impose en fonction de la façon dont la puissance d'émission totale est répartie entre SW et le mot de code, ou de la façon dont la longueur totale est répartie sur SW et sur le mot de code. En supposant des codes à longueur finie optimaux, nous développons des bornes supérieures sur la probabilité d'erreur de synchronisation dans deux cas distincts : le cas où SW est concaténé aux symboles codés et le cas où SW est superposé aux symboles codés. Puis nous utilisons ces bornes pour caractériser ce compromis. Les résultats de simulation montrent que les bornes et l'analyse proposées sont pertinentes et facilitent la conception de systèmes de communication à paquets courts

La Turbo-Egalisation pour les transmission numériques à grande efficacité spectrale sur les canaux sélectifs en fréquence

This thesis deals with the problem of combining equalization with decoding for high data rate bandwidth-efficient transmissions over frequency-selective channels. Specifically, we focus on Turbo-Equalization which establishes an exchange of soft information between the equalizer and the decoder in an iterative manner. We first consider MAP turbo-equalizers which rely on trellis-based equalizers optimum in the sense of minimizing the symbol error probability. We show that these receivers achieve significant performance gains over the conventional approach where equalization and decoding are performed separately. However, the complexity of MAP turbo-equalizers becomes rapidly prohibitive for transmissions with high-order modulations over long delay spread channels. Hence, we then investigate reduced-complexity turbo-equalizers relying on filtering-based equalizers optimized according to the MMSE criterion. These equalizers share the common property of accounting explicitly for the presence of a priori information in the computation of the optimum filters coefficients and thus outperform classical MMSE equalizers. Our analysis shows that MMSE turbo-equalizers offer an attractive alternative to MAP turbo-equalizers for multilevel coded transmissions over long delay spread frequency-selective channels. We finally describe the implementation of an MMSE turbo-equalizer on the low-cost fixed-point TMS320VC5509 DSP device which is typically targeted at portable terminals. Using only C programming, a promising data rate of 42 Kbits/s has been achieved with 5 iterations. This result demonstrates the possibility of realizing such receivers in practice with current hardware capabilities.Cette thèse traite du problème de l'égalisation des modulations codées pour les transmissions haut-débit sur canaux sélectifs en fréquence, sujets au phénomène d'interférence entre symboles. Nous considérons plus particulièrement la Turbo-Égalisation, qui instaure un échange réciproque d'information entre l'égaliseur et le décodeur, et ce de manière itérative. Nous étudions dans un premier temps le turbo-égaliseur MAP, qui utilise un égaliseur optimal au sens de la minimisation de la p probabilité d'erreur par symbole. Nous montrons que ce récepteur offre des gains de performances importants en comparaison avec les récepteurs conventionnels où les opérations d'égalisation et décodage sont généralement effectuées de manière disjointe. En contrepartie, la complexité du turbo-égaliseur MAP devient rapidement prohibitive en présence de modulations à grand nombre d'états et sur des canaux présentant des étalements temporels importants. En conséquence, nous nous intéressons à une seconde classe de turbo-égaliseurs de moindre complexité et reposant sur des égaliseurs à base de filtres linéaires, optimisés selon le critère MEQM. La nouveauté consiste ici à prendre en compte explicitement la présence d'information a priori dans le calcul des coefficients des filtres, ce qui conduit à des structures bien plus performantes que les égaliseurs MEQM classiques. Nos études montrent que ce type de récepteur constitue une solution attractive pour les transmissions à grande efficacité spectrale sur canaux sélectifs en fréquence. Finalement, nous présentons la mise en oeuvre d'un turbo-égaliseur MEQM sur un DSP virgule-fixe et faible coût, le TMS320VC5509, typiquement destiné aux terminaux mobiles. Nous obtenons ainsi un débit utile de 42 Kbits/s après 5 itérations avec une implémentation en langage C, ce qui démontre la faisabilité de tels récepteurs avec les moyens technologiques actuels

Turbo codes et principe turbo - Des origines aux applications

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Une introduction aux turbo codes et au principe turbo

International audienceL'invention des turbocodes au début des années 90 a véritablement bouleversé le domaine du codage correcteur d'erreur, en exhibant des codes relativement simples à construire et à décoder, permettant d'approcher au plus près la limite théorique promise par Claude E. Shannon [1-5]. L'impact de cette découverte ne s'est toutefois pas cantonné au seul domaine du codage. Plus généralement, elle a donné naissance à un nouveau paradigme de conception des systèmes de transmission numérique, communément désigné aujourd'hui sous le nom de " Principe Turbo " [6]. Ce principe consiste pour l'essentiel à diviser un problème de traitement de signal a priori très complexe en une cascade de traitements élémentaires, plus simples à mettre en oeuvre. Toutefois, on sait aujourd'hui que lorsque l'on ne prend pas de précautions particulières à cet égard, cette séparation conduit naturellement à une perte d'information. Pour remédier à ce problème, le principe Turbo préconise l'instauration d'un échange itératif d'information probabiliste entre ces différents traitements, de manière à ce que l'intégralité de l'information disponible soit bien prise en compte dans la résolution du problème global et que l'on aboutisse ainsi à un consensus entre les différents traitements, par rapport à la décision finale. L'application du principe Turbo à un certain nombre de problèmes classiques en transmission numérique a démontré des gains de performances impressionnants par rapport aux systèmes traditionnels [7]. Son utilisation s'est donc rapidement popularisée au sein de la communauté scientifique. Dans les années à venir, on peut vraisemblablement penser que le principe Turbo trouvera de nombreuses autres applications, dépassant le cadre traditionnel des communications numériques. Lors de cet exposé, nous commencerons par rappeler brièvement le principe du codage correcteur d'erreur. Nous évoquerons ensuite les concepts clés mis en jeu dans la construction et le décodage itératif des turbocodes. Le principe Turbo sera alors introduit dans toute sa généralité. A titre d'illustration, nous étudierons son application à un problème de détection puis à un problème d'estimation dans le contexte de la suppression de l'interférence entre symboles lors d'une transmission numérique sur canal sélectif en fréquence ('Turbo-Egalisation'). Nous terminerons l'exposé en présentant d'autres applications du principe Turbo, notamment la séparation des différents utilisateurs dans une transmission radio-mobile reposant sur la technique d'accès multiple à répartition par codes d'étalement ('Turbo-CDMA')