Étude de codes LDPC pour applications spatiales optiques et conception des décodeurs associés

Abstract

Les systèmes de communications numériques sont omniprésents dans notre quotidien. L'évolution des besoins implique la recherche et le développement de solutions innovantes pour les futurs systèmes de communications. Dans le cadre des communications numériques satellitaires, la plupart des satellites utilisent des liens par radiofréquences pour communiquer avec la Terre. Pour limiter l'utilisation de bande passante et augmenter les débits, les technologies de communications numériques via des liens optiques constituent une alternative intéressante. Ces technologies utilisent des lasers pour l'émission des données et des télescopes en réception. Cependant, l'énergie lumineuse est absorbée ou déviée par les particules présentes dans l'atmosphère terrestre. Ces perturbations sont à l'origine de nouvelles problématiques et de nouveaux schémas de codage doivent être mis au point pour y remédier.Les codes LDPC sont une famille de codes correcteurs d'erreurs. Leurs performances proches de la limite de Shannon en font des solutions très attractives pour les systèmes de communications numériques. Ils ont notamment été sélectionnés dans le standard Wifi et pour la 5G, permettant d'atteindre de très haut débits (plusieurs Gbit/s). Ils ont aussi été retenus par les standards CCSDS et DVB-S2 pour des applications spatiales.Cette thèse porte sur l'étude et l'implantation matérielle de schéma de codage appliqué à des communications numériques satellitaires via des liens optiques. La première contribution est l'étude d'un schéma de codage pour un lien optique descendant avec un décodage canal à entrées souples au sol. Dans le cadre de cette étude, une architecture matérielle permettant d'implanter le processus de décodage sur FPGA et capable d'atteindre un débit attendu de 10 Gbit/s a été développée. Une deuxième contribution porte sur le lien optique montant impliquant un décodeur canal à entrées dures embarqué dans un satellite. Les contraintes qui en découlent ont amené à repenser l'algorithme Gallager B étendu. Cela a permis la conception d'une nouvelle architecture permettant d'effectuer efficacement un décodage à entrées dures tout en respectant les contraintes spatiales au niveau de la complexité matérielle, de la dissipation thermique et du débit (10 Gbit/s).