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Transmission fiable et codes correcteurs

Transmission fiable et codes correcteurs. Marc Lelarge (INRIA-ENS) Olympiades de mathématiques - Sorbonne 2010. Canal Binaire Symétrique (CBS). Code à répétition R3. Bit d’information. Mot code transmis. Bruit. Message reçu. D é codage de R3. Erreurs corrigées.

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Transmission fiable et codes correcteurs

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Presentation Transcript

  1. Transmission fiable et codes correcteurs Marc Lelarge (INRIA-ENS) Olympiades de mathématiques - Sorbonne 2010.

  2. Canal Binaire Symétrique (CBS)

  3. Code à répétition R3 Bit d’information Mot code transmis Bruit Message reçu

  4. Décodage de R3 Erreurs corrigées Erreurs détectées

  5. Code à répétition Canal Encodage Décodage Taux du code 1/3

  6. Code de Hamming (7,4) t5 s1 s2 s3 t7 t6 s4

  7. Code de Hamming (7,4) 1 0 0 0

  8. Code de Hamming (7,4) 1 1 0 0 0

  9. Code de Hamming (7,4) 1 1 0 0 1 0 0

  10. Code de Hamming (7,4) • Encodage: s=(s1,s2,s3,s4) -> t=(s1,s2,s3,s4,t5,t6,t7) • Example: 1000 -> 1000101 • Taux du code = 4/7 t5 s1 s2 s3 t7 t6 s4

  11. Décodage par syndrome • Message reçu: r = 1000101 + 0100000 = 1100101 1 1 1 0 1 0 0

  12. Décodage par syndrome • Message reçu: r = 1100101 1 1 1 0 1 0 0

  13. Décodage par syndrome • Message reçu: r = 1100101 • L’erreur est détectée. 1 1 1 0 1 0 0

  14. Décodage par syndrome • Message reçu: r = 1100101 1 1 1 0 1 0 0

  15. Décodage par syndrome • Message reçu: r = 1100101 1 1 0 1 0

  16. Décodage par syndrome • Message reçu: r = 1100101 • Message décodé: 1000101 • L’erreur est corrigée! 1 1 0 0 1 0 0

  17. Décodage par syndrome • Autres cas possibles avec une erreur: • On peut toujours corriger une erreur! 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0

  18. Décodage par syndrome • Avec deux erreurs: • On obtient un mot code avec 3 erreurs… 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0

  19. Codes de Hamming • Codes redondants: bits de parité (t5,t6,t7) fonction des bits d’information (s1,s2,s3,s4). Taux du code < 1. • Ces codes détectent et corrigent une erreur. • Avec deux erreurs, le décodage introduit une erreur supplémentaire.

  20. Codes de Hamming et CBS Encodage Canal Décodage

  21. Hamming vs R3 pour le CBS Encodage Décodage Canal

  22. Performances pour un CBS Claude Shannon Richard Hamming

  23. Probabilité d’erreur pour le CBS • Code à répétition R3: mots code: 000; 111. • Canal binaire symétrique: faute avec proba. f. • Pour des entrées équiprobables, si 1 est reçu alors: - 1 a été envoyé avec proba. 1-f - 0 a été envoyé avec proba. f • Example: si 110 est reçu alors: • proba. (1-f)(1-f)f pour 111 transmis • proba. ff(1-f) pour 000 transmis Donc 111 plus probable.

  24. Un modèle graphique pour R3 1 1 1

  25. Un modèle graphique pour R3 1 1 1

  26. Un modèle graphique pour R3 1 1 0

  27. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  28. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  29. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  30. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  31. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  32. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  33. Décodage itératif ? ? ? 1 1 0

  34. Décodage itératif 1 1 1 0

  35. Décodage itératif 1 1 1 1 0

  36. Décodage itératif 1 1 1 1 1 0

  37. Codes LDPC Robert Gallager

  38. Performances des codes LDPC Taux ½; bruit f=7,5%

  39. Performances des codes LDPC Taux 1/4

  40. Analyse des LDPC

  41. Turbo codes Claude Berrou

  42. Théorie de l’information et codage • Une nouvelle science informatique… • qui se base sur les mathématiques (probabilité et algèbre)… • qui a des applications pour l’Internet, les communications spatiales, les disques compacts, les téléphones mobiles… • qui pose de nouveaux défis!

  43. Une devinette pour finir! • Un groupe de 7 joueurs entrent dans une salle. A chacun est mis un chapeau bleu ou rouge sur la tête avec probabilité 1/2. • Chaque joueur voit les autres chapeaux. • Les joueurs peuvent mettre au point une stratégie avant d’entrer. • Un joueur peut parler ou se taire. Le groupe gagne si au moins un joueur parle et ceux qui parlent ont bien deviné leur couleur. • Quelle est la stratégie optimale?

  44. Merci! • http://www.di.ens.fr/~lelarge/talks.html • Merci à David MacKay pour les illustrations

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