Turbocodes : réalisations et perspectives

De nos jours, les télécommunications sont omniprésentes dans notre environnement. Que ce soit pour les liaisons satellites, les téléphones portables, les liaisons WiFi, de nombreux systèmes s'échangent des données par voie hertzienne. Or le milieu de propagation des ondes est perturbé de manière inhérente par du bruit. Ce bruit est de différente nature. Il peut être lié aux activités humaines (stations radar, balises maritimes, radio, télévision…) mais aussi d'origine externe (activité solaire ou rayonnements intergalactiques). De plus, les ondes radioélectriques subissent des affaiblissements liés à l'absorption par le milieu de propagation. Enfin, dans les applications terrestres, on assiste aussi à des phénomènes d'écho où le récepteur reçoit plusieurs copies du signal hertzien décalées dans le temps. C'est le cas, par exemple, quand le faisceau principal est réfléchi par des objets appartenant à l'environnement (immeubles, voitures…). Tous ces facteurs perturbent les communications et peuvent conduire à des erreurs de transmission des données.

Pour faire face à ce problème, les codes correcteurs d'erreurs ont été inventés. Le principe consiste à rajouter de l'information redondante à l'information que l'on veut émettre. Ainsi, si on veut diffuser un paquet de symboles de taille n, au préalable, il est encodé en un paquet de taille N > n. Du côté du récepteur, le paquet de taille N reçu contient éventuellement des erreurs. Mais tous les paquets possibles en réception ne correspondent pas à un encodage correct. Le décodage consiste donc à trouver d'abord le paquet le plus vraisemblable, puis d'en extraire l'information utile de taille n. Par paquet le plus vraisemblable, en général, il faut comprendre le paquet valide minimisant le nombre d'erreurs ou la puissance du bruit observée par rapport au paquet de taille N reçu.

Les références entre crochets sont développées dans la rubrique Pour en savoir plus [Doc. TE 5 260].

L'invention des turbocodes  en 1993 a fortement modifié l'approche moderne des codes correcteurs d'erreurs. En effet, les systèmes préexistants étaient relativement complexes en termes d'encodage et de décodage. D'autre part, d'un point de vue théorique, les travaux réalisés par Claude Shannon  prédisaient qu'en deçà d'une certaine puissance de bruit, il était possible d'obtenir des systèmes de communications sans erreurs. Or les solutions existantes fonctionnaient à des niveaux de bruit relativement éloignés de cette limite. Avec le temps, cette différence entre la théorie et la pratique avait même fini par être définitivement acceptée comme une pénalité incompressible. Les solutions à base de turbocodes ont montré que la pénalité vis-à-vis de la limite de Shannon est en fait beaucoup plus faible. En effet, avec ce type de systèmes, la correction d'erreur intervient à des niveaux de bruit qui étaient jusqu'alors inaccessibles. En outre, la structure des décodeurs est relativement simple. Leur intégration pour des applications du monde réel est donc possible pour un coût matériel qui s'avère en fait moins élevé qu'avec les solutions classiques précédemment utilisées.