Design of next-generation Tb/s turbo codes

Avec les normes récentes de communications mobiles telles que le LTE. Advanced Pro ou la 5G New Radio les utilisateurs peuvent bénéficier de débits de données allant jusqu'à quelques dizaines de Gb/s. Des besoins en débits encore plus élevés (quelques centaines de Gb/s, voire quelques Tb/s) sont pressentis pour l'avenir. Le traitement en bande de base, dans lequel le codage correcteur d’erreurs (FEC) joue un rôle essentiel, devra par conséquent être capable de supporter de tels débits. Or, les seuls progrès des technologies des semi-conducteurs ne permettront pas de relever le défi du Tb/s pour les FECs.Par conséquent, des innovations algorithmiques et architecturales majeures sont nécessaires dans la conception et la mise en œuvre des algorithmes correspondants. L'objectif de cette thèse est de proposer, pour les turbocodes, des techniques innovantes de décodage permettant au décodeur d'atteindre ou d'approcher des débits de l’ordre du Tb/s.Un nouvel algorithme de décodage à radix élevé de faible complexité a été développé et a été optimisé conjointement avec une architecture dédiée à très haut débit. Le turbo-décodeur qui en résulte peut ainsi approcher les Tb/s avec une efficacité surfacique sans précédent. En outre, un nouvel algorithme de décodage dédié aux turbocodes à hauts rendements de codage basé sur le treillis dual a été proposé et étudié de manière approfondie dans le cadre de ce travail. Les résultats obtenus sont prometteurs, l'algorithme proposé offrant une alternative peu complexe et sous-optimale aux algorithmes de l’état de l’art.With recent mobile communication standards such as LTE Advanced Pro or 5G. New Radio, users can experience communication links with data rates up to tens of Gb/s. Along with the development of technology, the demand for even higher data rates of hundreds of Gb/s or Tb/s can be foreseen in the future. Baseband processing, in which forward error correcting (FEC) plays an essential role, will therefore have to be able to support such data rates. However,advances in semiconductor technologies alone will not be sufficient to meet the Tb/s FEC challenge. Therefore, major algorithmic and architectural innovations are required in the design and implementation of the corresponding algorithms. The aim of this thesis is to propose, for turbo codes, innovative decoding techniques, allowing the decoder to achieve or approach throughput ofTb/s. A novel high-radix decoding algorithm with low-complexity property was developed and was jointly optimized with a dedicated very high-throughput architecture. The resulting turbo decoder can therefore approach Tb/s with a low complexity and high area efficiency. In addition, a new decoding algorithm dedicated for high-rate turbo codes was proposed and was thoroughly studied in this work. The obtained results are promising, where the proposed algorithm provides a low-complexity sub-optimal alternative to the state-of-the-art algorithms