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

Plan Motivations et contributions Turbo Décodage convolutif Classification des niveaux de parallélisme Parallélisme de décodeur composant : shuffled Interaction sur la conception d’entrelaceur Conclusion et Perspectives

Introduction Applications de communication numérique Débit CCSDS (deep space) 1.6 Mbps UMTS, CDMA2000 (3G Mobile) 2 Mbps DVB-RCS DVB-RCT M4 (Inmarsat) 64 kbps WiMAX (IEEE802.16) 75 Mbps Homeplug AV 200 Mbps La révolution Turbocodes Proche de la limite de Shannon Décodage itératif Forte complexité algorithmique Contrainte du haut débit

Haut Débit par une gestion optimale du parallélisme Contributions Objectif Haut Débit par une gestion optimale du parallélisme Contribution Classification des techniques de parallélisme Proposition de règles sur la conception de l’entrelaceur pour optimiser l’efficacité du parallélisme

Turbo Décodage convolutif Décodage itératif de codes convolutifs concaténé Module SISO (Soft Input Soft Output) Échange d’information entre les décodeurs Algorithme MAP : BCJR ou Aller-Retour Accélérer le décodage grâce au parallélisme Π Component Decoder0 Component Decoder1 Π-1 red0 sys red1 output Interleaved domain Desinterleaved

Parallélisme au niveau des métriques BCJR Parallélisme de transitions du treillis Parallélisme de calculs BCJR (récursions, information extrinsèque) BCJR SISO . MAP Extrinsic β γ α 1 2 3 Bit i Bit i+1 α(1) β(2) γ(1,2) SI SO time Frame N α β, extrinsic extrinsic T β T/2

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 Iteration 2 Decoder 0 Decoder 1 Decoder 0 Decoder 1 Component Decoder Component Decoder Component Decoder Component Decoder Iteration 1 Iteration 2 time time N Sub-block BCJR SISO N ? N d Sub-block BCJR SISO Frame BCJR SISO ? Frame Sub-block BCJR SISO ? Sub-block BCJR SISO

Classification des niveaux de parallélisme Restreint Optimal Niveau Parallélisme Métriques BCJR Transitions du treillis Calcul BCJR décodeur BCJR-SISO Sous-blocs Décodeur composant Turbo décodeur Itérations Trames Degré de Parallélisme Coût en surface Non limité Excessif

Parallélisme de décodeur composant Efficacité du décodage Shuffled à taux d’erreur équivalent Dépend fortement de l’entrelaceur (entre 0.6 et 0.95) Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 1 Iteration 2 Nécessité de définir des règles d’entrelacement pour optimiser l’efficacité

Règles de conception Respecter les temps de propagation (tp ) 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

Représentation et masque d’entrelaceur Représentation de la fonction d’entrelacement (n,(n)) Masque d’entrelacement Zone interdite pour la fonction d'entrelacement désirée Influe sur l'étalement de l'entrelaceur

Masque et parallélisme de calcul BCJR schéma papillon schéma papillon aller Frame N α extrinsic β T/2 time Frame N α extrinsic β T/2 time

Masque et parallélisme de sous-blocs α extrinsic β α extrinsic β α extrinsic β α extrinsic β α extrinsic β α extrinsic β α extrinsic β α extrinsic β

Exemple de conception Efficacité de 0.95 Permutation 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 tp = 0 Permutation Décomposition temporelle Décomposition spatiale P-périodique Efficacité de 0.95

Conclusion Classification des techniques de parallélisme Métriques BCJR décodeur BCJR-SISO Turbo décodeur Influence de l’entrelaceur sur l’efficacité 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.

Initialisation dans le parallélisme de sous-blocs Informations indéterminées aux extrémités des sous-blocs Initialisation par acquisition Longueur d’acquisition : métriques d’états fiables Dégradation légère des taux d’erreurs Initialisation par passage de message Sub-block BCJR SISO Iteration i Iteration i+1

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

Parallélisme de décodeur composant Component Decoder Decoder 0 Decoder 1 Iteration 1 Iteration 2 Efficacité du décodage Shuffled Dépend de l’entrelaceur (entre 0.6 et 0.95) Nécessité de définir des règles d’entrelacement Plus efficace que le parallélisme de sous-bloc à fort degré de parallélisme Sub-block parallelism degree # of iterations without shuffling # of iterations with shuffling Efficiency 1 8 12 0.66 4 11 15 0.73 16 20 0.8 53 47 51 0.92 Combinaison du parallélisme de sous-blocs et de décodeurs composants