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Journée des Doctorants SC 16/11/2006 Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Doctorant : Olivier MULLER Encadrant.

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1 Journée des Doctorants SC 16/11/2006 Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Doctorant : Olivier MULLER Encadrant : Amer BAGHDADI Directeur de thèse : Michel JEZEQUEL Département Électronique

2 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Plan Motivations et contributions Turbo Décodage convolutif Classification des niveaux de parallélisme Parallélisme de décodeur composant : shuffled Interaction sur la conception dentrelaceur Conclusion et Perspectives

3 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Introduction La révolution Turbocodes Proche de la limite de Shannon Décodage itératif Forte complexité algorithmique Contrainte du haut débit ApplicationDébit CCSDS (deep space) 1.6 Mbps UMTS, CDMA2000 (3G Mobile) 2 Mbps DVB-RCS DVB-RCT 2 Mbps M4 (Inmarsat) 64 kbps WiMAX (IEEE802.16) 75 Mbps Homeplug AV 200 Mbps Applications de communication numérique

4 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Contributions Objectif Haut Débit par une gestion optimale du parallélisme Contribution Classification des techniques de parallélisme Proposition de règles sur la conception de lentrelaceur pour optimiser lefficacité du parallélisme

5 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Turbo Décodage convolutif Décodage itératif de codes convolutifs concaténé Module SISO (Soft Input Soft Output) Échange dinformation entre les décodeurs Algorithme MAP : BCJR ou Aller-Retour Accélérer le décodage grâce au parallélisme Π Component Decoder 0 Component Decoder 1 Π -1 Π red0 sys red1 output Interleaved domain Desinterleaved domain

6 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Parallélisme au niveau des métriques BCJR Parallélisme de transitions du treillis Parallélisme de calculs BCJR (récursions, information extrinsèque) time Frame 0 N α β, extrinsic Frame 0 N α extrinsic T β T/2 time BCJR SISO. MAP Extrinsic β γ α Bit iBit i+1 α(1) β(2) γ(1,2) SI SO

7 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Parallélisme au niveau des décodeurs BCJR-SISO Parallélisme de décodeur composant Décodage shuffled Parallélisme de sous-blocs Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 1 Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 2 time Component Decoder Decoder 0Decoder 1 Iteration 1 Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 2 Frame 0 N BCJR SISO 0 N Sub-block BCJR SISO Sub-block BCJR SISO Sub-block BCJR SISO Sub-block BCJR SISO ? ? ? N d

8 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Classification des niveaux de parallélisme NiveauParallélisme Métriques BCJR Transitions du treillis Calcul BCJR décodeur BCJR-SISO Sous-blocs Décodeur composant Turbo décodeur Itérations Trames Optimal Excessif Restreint Non limité Degré de Parallélisme Coût en surface

9 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Parallélisme de décodeur composant Efficacité du décodage Shuffled à taux derreur équivalent Dépend fortement de lentrelaceur (entre 0.6 et 0.95) Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 1 Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 2 Nécessité de définir des règles dentrelacement pour optimiser lefficacité

10 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Règles de conception Respecter les temps de propagation (t p ) nécessaire à l'échange des informations entre décodeurs composants Fonction t(x) : instant de décodage du symbole x émis dans le sens aller ou retour Hypothèse décodage synchrone des 2 décodeurs composants

11 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Représentation et masque dentrelaceur Représentation de la fonction dentrelacement (n, (n)) Masque dentrelacement Zone interdite pour la fonction d'entrelacement désirée Influe sur l'étalement de l'entrelaceur

12 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Masque et parallélisme de calcul BCJR Frame 0 N α extrinsic β T/2 time Frame 0 N α extrinsic β T/2 time schéma papillon schéma papillon aller

13 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Masque et parallélisme de sous- blocs α extrinsic β α β α β α β α β α β α β α β

14 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Exemple de conception Exemple : paquet MPEG 188 octets ou 752 symboles avec un code double binaire Parallélisme de sous-blocs (P) : 47 Taille du sous-bloc (M) : 16 t p = 0 Permutation Décomposition temporelle Décomposition spatiale P-périodique Efficacité de 0.95

15 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Conclusion Classification des techniques de parallélisme Métriques BCJR décodeur BCJR-SISO Turbo décodeur Influence de lentrelaceur sur lefficacité du décodage shuffled (niveau décodeur BCJR-SISO) Règles de conception pour maximiser cette efficacité Exemple avec une efficacité de 0.95 O. Muller, A. Baghdadi, and M. Jezequel, "On the Parallelism of Convolutional Turbo Decoding and Interleaving Interference", IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 06), November 2006.

16 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Initialisation dans le parallélisme de sous-blocs Informations indéterminées aux extrémités des sous- blocs Initialisation par acquisition Longueur dacquisition : métriques détats fiables Dégradation légère des taux derreurs Initialisation par passage de message Iteration iIteration i+1 Sub-block BCJR SISO

17 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Initialization by message passing (3) Better efficiency (speed gain) for similar performance Efficiency and initialization methods DVB-RCS R=6/7 N=188 bytes SNR=4.2 dB 5 bit quantification Log-MAP algorithm

18 Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de lEntrelaceur Parallélisme de décodeur composant Efficacité du décodage Shuffled Dépend de lentrelaceur (entre 0.6 et 0.95) Nécessité de définir des règles dentrelacement Sub-block parallelism degree # of iterations without shuffling # of iterations with shuffling Efficiency Plus efficace que le parallélisme de sous-bloc à fort degré de parallélisme Combinaison du parallélisme de sous- blocs et de décodeurs composants Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 1 Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 2


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