Conception, optimisation et implémentation parallèle et temps réel des codes LDPC sur des plateformes embarquées

Abstract

Les codes LDPC (Low-Density Parity-Check) sont des codes correcteurs d'erreurs qui sont largement utilisés dans les systèmes de communication numériques actuels. La complexité de leur algorithme itératif de référence LLR-BP (Log Likelihood Ratio Belief Propagation) influence significativement la latence de décodage. Afin de réduire au maximum cette latence, nous avons proposé dans cette thèse une nouvelle implémentation logicielle sur des systèmes embraqués parallèles de l’algorithme de référence et de ces algorithmes dérivés notamment le MS (Min Sum), le NMSA (Normalised MS). La première contribution est l’étude et l’analyse des performances en termes de correction d’erreurs et en termes de complexité calculatoire des différents algorithmes de décodage LDPC. Cette étude est réalisée sur un environnement de simulation et de test que nous avons développé afin de valider les algorithmes de décodage LDPC, de simuler les différents paramètres des codes LDPC et de tracer le comportement de l’algorithme au sein du processeur et de la mémoire cache. La deuxième contribution consiste en la proposition d’une méthode d’ordonnancement optimisée des algorithmes de décodage LDPC permettant d’accélérer la correction d’erreur et d’assurer un traitement parallèle pour profiter des plateformes multiprocesseurs. La troisième contribution consiste en l’optimisation de la structure de données échangées lors du procédé de décodage LDPC et l’optimisation de l’implémentation sur une plateforme embarquée à base de processeur quadricoeurs ARM, ce qui a permis de réduire la latence à moins de 150μs avec un taux d’erreur binaire de moins de 10-9. Les travaux proposés, dans le cadre de cette thèse, peuvent être intégrés dans les communications ultra fiables à petite latence (Ultra relaible low latency communications URLLC) utilisées pour répondre aux exigences de communication des applications telles que la conduite autonome, la télé-chirurgie et l’industrie 4.0.