Transmission au-delà de la cadence de Nyquist pour les liaisons vidéo pour drones

(1)

Transmission au-del `a de la cadence de Nyquist

pour les liaisons vid ´eo pour drones

Albert Abell ´o1,2

Damien Roque2_{, Jean-Marie Freixe}1_{et Nghia Pham}1

(2)

Plan

1 _{Contexte : transmission vid ´eo sur voie retour}

2 Faster-than-Nyquist pour augmenter l’efficacit ´e spectrale

3 _{Simulations sur canal `a bruit additif}

(3)

Contexte : transmission vid ´eo sur voie retour

2 _{Faster-than-Nyquist pour augmenter l’efficacit ´e spectrale}

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Retour vid ´eo au-del `a de la vue directe

Contraintes applicatives

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

Probabilit ´e d’erreur Pe

D ´ebit binaire R_b

Bande occup ´ee B

Complexit ´e de d ´ecodage

Comment augmenter l’efficacit ´e spectrale `a bande constante ?

Augmenter taille constellationM ↑→ ↓ dsym→ ↑ Pe

R ´eduire l’espacement entre symbolesTs ↓→ introduire de

l’interf ´erence que l’on peutmod ´eliseretannuleravec un recepteur

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

Augmenter taille constellationM ↑

→ ↓ dsym→ ↑ Pe

(9)

Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

Augmenter taille constellationM ↑→ ↓ dsym

→ ↑ Pe

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

R ´eduire l’espacement entre symbolesTs ↓

→ introduire de

(12)

Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

que l’on peutmod ´eliseretannuleravec un recepteur

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

l’interf ´erence que l’on peutmod ´eliser

etannuleravec un recepteur

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Contraintes de la couche physique

´

Energie par bit Eb

η = Rb

B =

log2M

TsB

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Faster-than-Nyquist pour augmenter l’efficacit ´e spectrale

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Mod ´elisation de l’interf ´erence

g gˇH _{D ´ecision} {x[k ]} s(t) n(t) (AWGN) y (t) mTs y [m] {ˆx [k ]} s(t) = +∞ X k =−∞ x [k ] g(t − kTs), x [k ] ∈A, |A| = M (1)

Canal discret ´equivalent sans bruit

h[l] = (g ∗ ˇgH)(lTs), l ∈ {0, . . . , L − 1}

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Syst `eme faster-than-Nyquist (FTN)

Introduction du traitement non-lin ´eaire: turbo- ´egalisation

Codeur Entrelaceur Conversion_{bit symbole} g

ˇ gH Turbo- ´egaliseur n(t) {a[n]} {b[k ]} {c[k ]} {x[i]} s(t) r (t) {ˆa[n]} y (t) mTs y [m]

(18)

Structure du turbo- ´egaliseur

Turbo- égalisation [6]: échange it ératif [2] entre deux blocs

´

Egaliseur: deux approches connaissant h[l], l ∈ {0, . . . , L − 1}

Minimisation de l’erreur quadratique moyenne (MMSE) (complexit ´e

en O(ML))

Maximum a Posteriori (MAP) (complexit ´e en O(ML₎₎

D ´ecodeur ´ Egaliseur MMSE ou MAP + − Entrelaceur Desentrelaceur + − y L(ˆc[k ]|y) Lext(ˆc[k ]|p) Lext(ˆc[k ]|y) Lext(ˆb[k ]|p) 2 4 6 8 10 Nombre d’op ´er ations MMSE MAP

(19)

Simulations sur canal `a bruit additif

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Param `etres de simulation

Param `etres fix ´es

Constellation : BPSK ou QPSK (faible PAPR). Mise en forme : SRRC (roll-off α = 0, 15). Densit ´e : _T1

sB =1, 4 (60 % de gain en efficacit ´e spectrale).

Param `etres variables

´

Egaliseur : MMSE ou MAP. Codage correcteur d’erreurs :

convolutif (7, 5)8, Lc =2, Rc =1/2 ;

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Quel est le co ût d’un d élai r éduit ?

−2 0 2 4 6 8 10−4 10−3 10−2 10−1 Eb/N0(dB) TEB N = 512 N = 256 N = 64 N = 16

Figure:Impact de la taille des trames sur les performances du turbo- ´egaliseur

(22)

Performances FTN MMSE-LDPC

0 2 4 6 8 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 Eb/N0(dB) TEB Nyquist turbo iter 1 turbo iter 2 turbo iter 3 turbo iter 4 turbo iter 5 (a) 10 it ´erations LDPC 0 2 4 6 8 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 Eb/N0(dB) TEB Nyquist turbo iter 1 turbo iter 2 turbo iter 3 turbo iter 4 turbo iter 5 (b) 5 it ´erations LDPC

(23)

Performances FTN MAP-LDPC avec canal tronqu ´e

0 2 4 6 8 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 Eb/N0(dB) TEB Nyquist turbo iter 1 turbo iter 2 turbo iter 3 turbo iter 4 turbo iter 5

(a) MAP `a 3 coefficients (L0=3)

0 2 4 6 8 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 Eb/N0(dB) TEB Nyquist turbo iter 1 turbo iter 2 turbo iter 3 turbo iter 4 turbo iter 5 (b) MAP `a 5 coefficients (L0=5)

Figure:Performances FTN MAP-LDPC avec 1

(24)

Synth `ese et perspectives des travaux

(25)

Conclusions et perspectives

Quels sont les atouts du faster-than-Nyquist ?

1 Gain en efficacit ´e spectrale: alternative aux sch ´emas SCPC

classiques en DVB-RCS2 [1].

2 _{Dissociation entre B et R}_s_:_{faible probabilit ´e d’interception}_.

Quelles sont les perspectives ?

1 _{Compromis entre}_{complexit ´e}_{de d ´ecodage et}_performances_:

simplification des ´egaliseurs (MAP tronqu ´e, MMSE, approches hybrides) ;

optimisation du codage et des impulsions de mise en forme.

2 _{Evaluation dans un contexte de}´ _{guerre ´electronique}_:

mesure de la probabilit ´e d’interception des signaux ; d ´eveloppement d’algorithmes de synchronisation aveugles.

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Conclusions et perspectives

Quels sont les atouts du faster-than-Nyquist ?

1 Gain en efficacit ´e spectrale: alternative aux sch ´emas SCPC

classiques en DVB-RCS2 [1].

2 _{Dissociation entre B et R}_s_:_{faible probabilit ´e d’interception}_.

Quelles sont les perspectives ?

1 _{Compromis entre}_{complexit ´e}_{de d ´ecodage et}_performances_:

simplification des ´egaliseurs (MAP tronqu ´e, MMSE, approches hybrides) ;

optimisation du codage et des impulsions de mise en forme.

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References I

A. Abello, D. Roque, J. Freixe, and S. Mallier.

Performance evaluation of a faster-than-Nyquist system based on turbo equalization and LDPC codes.

In Wireless Innovation Forum Conference on Wireless Communications Technologies and Software Defined Radio, 2016.

Joachim Hagenauer.

The exit chart - introduction to extrinsic information transfer in iterative processing.

In Proc. 12th Europ. Signal Proc. Conf (EUSIPCO, pages 1541–1548, 2004.

J. E. Mazo.

Faster-than-nyquist signaling.

Bell System Technical Journal, 54(8):1451–1462, 1975.

H. Nyquist.

Certain topics in telegraph transmission theory.

American Institute of Electrical Engineers, Transactions of the, 47(2):617–644, 1928.

N. Pham, J.B. Anderson, F. Rusek, J.M. Freixe, and A. Bonnaud.

Exploring faster-than-Nyquist for satellite direct broadcasting.

AIAA International Communications Satellite Systems Conference, pages 16–26, 2013.

M. T ¨uchler and A.C. Singer.