Quelles contraintes sur les codes - Pages personnelles à TELECOM

Transcription

Standards et systèmes de
communication :
Quelles contraintes sur les codes ?
Orange Labs
Pierre Pénard, Marie-Hélène Hamon Recherche & Développement
14/01/2010
Groupe France Télécom
Sommaire

Le codage correcteur d'erreurs dans les systèmes télécom
–
–
–
–

Différents standards et leurs contraintes de codage
–
–
–
–

Evolution des codes correcteurs d'erreurs
Insertion des codes dans une chaîne de traitement, coût d'insertion
Les contraintes imposées par les codes aux systèmes
Contraintes imposées par les systèmes aux codes
Mobile
– LTE, LTE Advanced
– WiMax (IEEE 802.16m)
PLC
– HP AV
– ITU G.hn
WLAN/WPAN
– WiFi: IEEE802.11n et IEEE802.11ac
– 60 GHz:
Broadcast
– DVB-NGH
Conclusion - Tendances
Groupe France Télécom - Orange Labs - Recherche & Développement
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GDR-ISIS – 14/01/2010
3
SNR
1962
1969
1981
3dB
SNR
1993
Theoretical limit
1955
BER
1948
Theoretical limit
BER
Theoretical limit
BER
co
de
s
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LD
PC
Co
Sh
an
no
n
Historique du codage
1995
1998 2000
Threshold effect
< 0.5 dB
Error floor
SNR
GDR-ISIS – 14/01/2010
time
Processus de
standardisation des codes
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Les codes correcteurs dans les standards

Transmission numérique = gestion des erreurs de transmission

Différentes générations de codes
– Convolutifs, BCH, Reed Solomon…
– Simplicité d'encodage, décodage en une seule passe
– Apparition du décodage itératif : codes "avancés"
– Turbo-codes, LDPC
– Performances élevées

Introduction de ces codes avancés dans les standard à la fin des
années 90
– Réticences pour changer d'une série de codes bien maîtrisée
– Ecueil de la complexité du décodage en particulier
– Echec TC à DVB-T en 1994 (pas assez "mature"….)
– TC : INMARSAT (1997), ESA/NASA (1998)
– Mais à partir du début des années 2000 : adoption progressive dans
les nouvelles générations de "gros" systèmes.
– TC : UMTS (1999), DVB-RCS/T (2000), CCSDS (2001)
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Coût d'insertion d'un code avancé

Aspects fonctionnels
– Complexité des traitements
– Opérations complexes
– Traitements itératifs
– Augmentation de la latence (zapping…)
– Pb de la flexibilité (différents cas
d'exploitation)

Impacts sur le matériel
– Surface de silicium augmente
– Consommation

Prix des systèmes
Temps de développement
– Acquisition d'IP
– Montée en compétences
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Chute des débit
Time to market
GDR-ISIS – 14/01/2010
Introduction en plusieurs phases

Phase 1 : Les systèmes s'adaptent aux codes
–
–

Représente un élément majeur du système -> compromis
– Impact sur le framing (tailles de blocs, rendements, padding…)
Difficulté à atteindre des débits élevés
Phase 2 : Les codes doivent s'adapter aux systèmes
–
Gain de performances/avantages acquis : le passage à ces codes avancés est "naturel" et
accepté
– Montée en débit requise : progressivement 1 Gb/s et au-delà
– Des systèmes de plus en plus complets et complexes
– Multiplication des modes : plusieurs codes différents dans un même standard
– Applications variées et multiples avec des contraintes différentes
– Backwards compatibility avec systèmes antérieurs
– Applications de plus en plus exigeantes : ex/ applications mobiles
– Nouvelles fonctionnalités (MIMO, …)
Le code n'est plus le seul élément majeur/complexe. Il doit s'adapter aux contraintes du système
–
Impact sur les codes
– Architectures de décodage haut débit
– Flexibilité (rendement, taille de blocs)
– Encodage simple
– Cohabitation de plusieurs codes évolués
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Quelques exemples de
standards récents
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Systèmes mobiles -1
Déjà un code évolué dans la 3G
– 3GPP (UMTS), 3 GPP2 (cdma2000)
– TC binaires
– Blocs de 40 à 5114 bits (3GPP)
– Rate initial : 1/3 (3GPP) et 1/5 (3GPP2)
– Débit : 384 Kbps

3G+ (HSPA)
– Débit de 384 Kbps à 14.4 Mbps

Nouvelle génération: LTE
– Modification de l'entrelaceur interne (TC : parallélisation)
– Débit max par utilisateur (DL) : 300 Mbps

WiMax (802.16)
– Les générations actuelles intègrent plusieurs codes
(IEEE802.16a/d/e):
– Code convolutif, Turbo Codes en Blocs, DB-TC, LDPC
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Systèmes mobiles -2
Vers un système 4G : Les débits
Bits/s/Hz
= Mbits in 10 MHz per
user
DL
UL
User
plane
Bandwidth

ITU
Requirement
s
30 (8x8)
15 (4x4)
15 (4x4)
6.75 (2x4)
~5 ms
< 5 ms
< 5 ms
Up to 20 MHz
Up to 100
MHz
> 40 MHz
15 (4x4)
7.5 (2x2)
Peak data
rate
Latency
LTEadvanced
Target
LTE
2.5 (1x2, 16 QAM)
3.6 (1x2, 64 QAM)
Débits : 150-300 Mbps (LTE), 600 Mbps (ITU), 3 Gbps
(LTE-A)
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Systèmes PLC (Power Line Communication) -1
HomePlug [HPAV]
–
–
–
–
–

Produits actuellement déployés (Orange live Plug)
Spécification: Home Plug AV (HP AV)
– 200 Mbps couche PHY
Turbo-codes duo-binaire
Caractéristiques:
– Tailles de blocs : K = 128, 1088, 4160
– Rendements : 1/2 ou 16/21
Prochaine génération en cours de préparation: HP AV2
– Débit : 1Gb/s couche PHY
ITU G.hn [ITU-T G.9960]
–
–
–
–
–
Standard unique pour 3 mediums filaires: powerline/coax/cuivre
Publication en 2010
LDPC adopté dans des conditions assez conflictuelles…
Débit cible : 1 Gbps
Caractéristiques:
– Tailles de blocs : K = 150 à 4000
– Rendements : 1/2 à 20/21
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Systèmes PLC (Power Line Communication) -2-

Résumé
– Techno de codage : LDPC ou TC duo-binaire
– Tailles de blocs : 600 à 2000 bits
– Débits : 200 Mbps à 1 Gbps
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GDR-ISIS – 14/01/2010
WLAN/WPAN : WiFi -1
WiFi
–
–

IEEE802.11n
– Standard publié en 2009, actuellement en cours de déploiement
– Débit max : 600 Mbps. Produits actuels : 270 Mbps (2.4 GHz) ou 300 Mbps (5GHz)
– Apparition de codes LDPC (en option)
– Caractéristiques :
– Taille blocs : N = 648,1296,1944
– Rendements: R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6
Travail a commencé sur prochaine génération : IEEE802.11ac
– Débit cible : 1 Gbps multi-station, 500 Mbps single user, débit MAC
– Stade initial, standard prévu fin 2012
60 GHz (bande 57-66 GHz):
–
Première génération standardisée: IEEE802.15.3c, publié en 2009
– Débits (PHY) :
– Mandatory : 1.6 Gbps avec un RS. Jusqu'à 6 Gbps avec un LDPC
– Taille blocs : N = 672 ou 1440 bits
– Rendements : R = 1/2 à 7/8
–
En préparation: IEEE 802.11ad
– Ré-utilisation des couches supérieures 802.11
– Débit multi-Gb/s
– Transfert de session rapide entre couches PHY (11ac and 11ad)
– Standard attendu pour fin 2012
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GDR-ISIS – 14/01/2010
WLAN/WPAN : WiFi -2-

Résumé
– Techno de codage : RS, LDPC…
– Tailles de blocs : 128 à 4160 bits
– Débits : 1 à 6 Gbps
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Broadcast

DVB-NGH
– Futur standard de TV mobile
– Historiquement, LDPC (DVB-S2-T2) déjà au sein du
Consortium
– Tailles de blocs : N = 16000 bits
– Débits cible : 10 Mbps
– Environnement mobile -> Faible consommation
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GDR-ISIS – 14/01/2010
Conclusion - Tendances

1. Augmenter les débits
– Le Gbps est quasiment obligatoire en décodage

2. Diminuer la consommation
– Produits "verts"…
– Environnement mobile, nomade

3. Améliorer la flexibilité
– Multitude de tailles de blocs /rendements
– Cohabitation de plusieurs technos de codage
– Générations de standards successives
– Transfert entre couches PHY
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GDR-ISIS – 14/01/2010