Towards higher speed decoding of convolutional turbocodes - IMT Atlantique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Towards higher speed decoding of convolutional turbocodes

La montée en débit dans les architectures de turbo décodage de codes convolutifs

Résumé

The turbo codes are a well known channel coding technique widely used because of their outstanding error decoding performance close to the Shannon limit. These codes were proposed using a clever pragmatic approach where a set of concepts that had been previously introduced, together with the iterative processing of data, are successfully combined to obtain close to optimal decoding performance capabilities. However, precisely because this iterative processing, high latency values appear and the achievable decoder throughput is limited. At the beginning of our research activities, the fastest turbo decoder architecture introduced in the literature achieved a throughput peak value around 700 Mbit/s. There were also several works that proposed architectures capable of achieving throughput values around 100 Mbit/s. Research opportunities were then available in order to establish architectural solutions that enable the decoding at a few Gbit/s, so that the industrial requirements are fulfilled and future high performance digital communication systems can be conceived. The first part of this work is devoted to the study of the turbo codes at an algorithmic level. Several SISO decoder algorithms are explored, and different parallel turbo decoder techniques are analyzed. The convergence of parallel turbo decoder is specially considered. To this end the EXtrinsic Information Transfer (EXIT) charts are used. Conclusions derived from these kind of diagrams have served to propose a novel SISO decoder schedule to be used in shuffled turbo decoder architectures. The architectural issues when implementing high parallel turbo decoder are considered in the second part of this thesis. We propose a high throughput low complexity radix-16 SISO decoder. This decoder is intended to break the bottleneck that appears because of the recursive operations in the heart of the turbo decoding algorithm. The design of this architecture was possible thanks to the elimination of parallel paths in a radix-16 trellis diagram transition. The proposed SISO decoder implements a high speed radix-8 Add Compare Select (ACS) unit which exhibits a lower hardware complexity and lower critical path compared with a radix-16 ACS unit. Our radix-16 SISO decoder degrades the turbo decoder error correcting performance. Therefore, we have proposed two techniques so that the architecture can be used in practical applications. Thus, architectural solutions to build high parallel turbo decoder architectures, which integrate our SISO decoder, are presented. Finally, a methodology to efficiently explore the design space of parallel turbo decoder architectures is described. The main objective of this approach is to reduce the time to market constraint by designing turbo decoder architectures for a given throughput.
Les turbocodes sont des codes correcteurs d'erreurs qui présentent des performances remarquables, proches de la limite théorique de Shannon. Ils utilisent un décodage itératif qui permet d'avoir une complexité matérielle limitée. Cependant, à cause de ce traitement itératif le débit de décodage est fortement réduit. Au début de nos activités de recherche l'architecture la plus rapide de turbo-décodage dans la littérature atteignait un débit autour de 700 Mbit/s. Plusieurs autres travaux proposaient des architectures capables d'atteindre des débits d'environ 100 Mbit/s. Des travaux de recherche devaient donc se faire pour concevoir des architectures qui permettaient le décodage à plusieurs Gbit/s. Ainsi, les besoins de l'industrie peuvent être atteints et des systèmes de communication de haute performance peuvent être conçus dans le futur. La première partie de cette thèse étudie les turbocodes à partir d'un point de vue algorithmique. Plusieurs algorithmes pour les décodeurs SISO sont explorés, ainsi que les techniques de parallélisme de turbo-décodage. L'analyse de la convergence des turbo-décodeurs parallèles est effectuée, et un nouvel ordonnancement pour turbo-décodeurs shuffled est présenté. Pour ce faire, les diagrammes d'EXIT (EXtrinsic Information Transfer) sont utilisés. Leur emploi nous a permis de concevoir un nouvel ordonnancement pour turbo-décodeurs shuffled. Dans la seconde partie de la thèse nous considérons les problèmes architecturaux qui apparaissent lors de la mise en oeuvre de turbo-décodeurs. Ainsi, un décodeur SISO radix-16 est conçu pour briser le goulot d'étranglement de l'algorithme de turbo-décodage. C'est un décodeur SISO de faible complexité qui est utilisé comme le principal bloc de calcul d'une architecture turbo-décodage hautement parallèle. Ce décodeur SISO est basé sur l¿élimination des chemins parallèles dans le diagramme d¿un treillis radix-16. Pour maîtriser la complexité il utilise une unité ACS (Add Compare Select) radix-8, ce qui nous permet aussi de réduire le chemin critique. Deux techniques complémentaires sont introduites afin de surmonter la dégradation qui apparaît lorsque des turbo-décodeurs basés sur le décodeur SISO proposé sont considérées. Nous proposons également des solutions architecturales pour concevoir des turbo-décodeurs hautement parallèles radix-16. Enfin, nous présentons une méthodologie pour explorer efficacement l'espace de conception des différentes architectures de turbo-décodage. Le but principal est de réduire le temps de conception de manière à pouvoir estimer le débit qui peut être attendu dès le début du processus de conception.
Fichier principal
Vignette du fichier
2013telb0270_Sanchez_Gonzalez_Oscar.pdf (2.78 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...

Dates et versions

tel-00960990 , version 1 (19-03-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00960990 , version 1

Citer

Oscar David Sanchez Gonzalez. Towards higher speed decoding of convolutional turbocodes. Electronics. Télécom Bretagne, Université de Bretagne-Sud, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00960990⟩
324 Consultations
1561 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More