Journée des Doctorants SC 16/11/2006 Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la...

Journée des Doctorants SC16/11/2006

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

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Olivier MULLER – Parallélisme des Codes Convolutifs et Interaction sur la Conception de l‘Entrelaceur

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

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Introduction

• La révolution Turbocodes

• Proche de la limite de Shannon

• Décodage itératif

• Forte complexité algorithmique

• Contrainte du haut débit

Application Débit

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

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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

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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 Π

red0

sys

red1output

Interleaveddomain

Desinterleaveddomain

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Parallélisme au niveau des métriques BCJR

• Parallélisme de transitions du treillis

• Parallélisme de calculs BCJR (récursions, information extrinsèque)

time

Fra

me

0

N

α

β, extrinsic Fra

me

0

Nα extrinsic

T

β

T/2time

BCJR SISO .

MAP

Extrinsic

β

γ

α

0

1

2

3

0

1

2

3

Bit i Bit i+1

α(1)

β(2)γ(1,2)

SI

SO

- 7 -


Parallélisme au niveau des décodeurs BCJR-SISO

• Parallélisme de décodeur composant• Décodage shuffled

• Parallélisme de sous-blocs

Component Decoder

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 1

Component Decoder

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 2 timetime

Component Decoder

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 1

Component Decoder

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 2

Fra

me

0

N

Frame BCJR SISO

0

N Sub-block BCJR SISO

Sub-block BCJR SISO

Sub-block BCJR SISO

Sub-block BCJR SISO

?

?

?

N

d

- 8 -


Classification des niveaux de parallélisme

Niveau Parallélisme

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

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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

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 1

Component Decoder

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 2

• Nécessité de définir des règles d’entrelacement pour optimiser l’efficacité

# itérations turbo

# itérations shuffled

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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

for n=1,2,...,Npt n t n t




- 11 -


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

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Masque et parallélisme de calcul BCJR

Fra

me

0

N

α extrinsic

β

T/2time

for n= N/2+1,...,Nt n n

1 for n= 1,...,N/2t n N n

Fra

me

0

N

α

extrinsicβ

T/2time

for n= 1,...,Nt n n

Natural order

Inte

rleav

ed o

rder 1t n

0t n

0t n

tp

1 N1

N

1t n

Natural order

Inte

rleav

ed o

rder 1t n

0t n

0t n

tp

1 N1

N

1t n

Natural order

Inte

rleav

ed

ord

er

1t n

0t n

tp

1 N1

N

Natural order

Inte

rleav

ed

ord

er

1t n

0t n

tp

1 N1

N

schéma papillon schéma papillon aller

- 13 -


Masque et parallélisme de sous-blocs

α extrinsic

β

α

extrinsicβ

α

extrinsicβ

α

extrinsicβ

α

extrinsicβ

α

extrinsicβ

α

extrinsicβ

α extrinsic

β

Natural order

Inte

rleav

ed

ord

er

1 N1

N

M

M

Natural order

Inte

rleav

ed

ord

er

1 N1

N

M

M

Natural order

Inte

rleav

ed

ord

er

1 N1

N

M

M

Natural order

Inte

rleav

ed

ord

er

1 N1

N

M

M

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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

• tp = 0

• Permutation

• Décomposition temporelle

• Décomposition spatiale P-périodique

• Efficacité de 0.95

( , ) (2 ) mod 47S t r t r

( ) ( , ) ( , ) ( )S Tn t r t r M t

T

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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.

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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

Iteration i

N

d

N

d

Iteration i+1

Sub-block BCJR SISO

N

d

AL

AL

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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

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Parallélisme de décodeur composant

• Efficacité du décodage Shuffled• Dépend de l’entrelaceur (entre 0.6 et

0.95)• Nécessité de définir des règles

d’entrelacement

Sub-block parallelism

degree

# of iterations without shuffling

# of iterations

with shuffling Efficiency

1 8 12 0.66

4 11 15 0.73

8 16 20 0.8

53 47 51 0.92

• 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

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 1

Component Decoder

Component Decoder

Decoder 0

Decoder 1

Iteration 2

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