#import "composants.typ": *

#set page(
  paper: "presentation-4-3",
  margin: 0cm,
)

// Font
#set text(
  font: "New Computer Modern",
  size: 20pt,
  fill: black,
)
#set math.mat(delim: "[")

// Page de garde
#slide[
  #place(center + horizon)[
    #graphe_tanner_fond(1cm, 1.5)
  ]
  #v(1fr)
  #align(center + horizon)[
    #pad(x: 2cm)[
      #text(size: 3em, weight: "bold", fill: black)[#titre]

      #text(size: 1.2em, weight: "bold", fill: black)[#auteur]

      #h(0.5em)

      #text(size: 1.2em, fill: black)[n°#numero]

      #text(size: 0.95em, fill: black)[#annee]
    ]
  ]
  #v(1fr)
]

#myslide("Plan")[
  #grid(
    columns: (auto, 1fr),
    align: horizon,
    place(center + horizon, dx: 11.8cm, dy: 0.7cm)[#decor_matrice_etoilee()],
    design_plan((
      [Introduction],
      [Codes linéaires],
      [LDPC],
      [Codage],
      [Décodage],
      [Analyse],
    )),
  )
]

#myslide("Introduction : Communication Numérique")[
  #place(center + horizon, dy: 8cm)[
    #canal_shannon_intro()
  ]
]

#myslide("Introduction : Utilisation")[
  #align(center + horizon)[
    #grid(
      columns: (1.5fr, 1.5fr),
      gutter: 1.5cm,
      align: center + horizon,
      [
        #box(width: 80%)[
          #stack(
            dir: ttb,
            spacing: -0.5em,
            image("src/athena_fidus_no_text.jpg", width: 100%),
            align(left)[
              #box(
                inset: (x: 5pt, y: 0pt),
                text(size: 0.45em, fill: white)[* https://gallery.ariane.group *],
              )
            ],
          )
        ]
        #v(0.5em)
        Athena-Fidus
      ],
      [
        #box(width: 80%)[
          #stack(
            dir: ttb,
            spacing: -0.5em,
            image("src/runcamfpv2.png", width: 100%),
            align(left)[
              #box(
                inset: (x: 5pt, y: 0pt),
                text(size: 0.45em, fill: white)[* https://www.runcam.com/ *],
              )
            ],
          )
        ]
        #v(0.5em)
        Module OpenIPC
      ],
    )
  ]
]

#myslide("Problématique")[
  #place(center + horizon, dy: 8.1cm)[#graphe_tanner_fond(0.9cm, 1.75)]
  #place(center + horizon, dy: 7.7cm)[
    #block(width: 100%)[
      #text(size: 1.2em, weight: "bold", fill: black)[
        Comment utiliser les codes LDPC pour garantir la fiabilité d'une transmission en présence de bruit ?
      ]
    ]
  ]
]

#myslide("Définition : Codes Linéaires en Bloc")[
  #definition(titre: [Code $display((n,k) in NN^2)$])[
    $cal(C)$ sous-espace vectoriel de dimension $k$ de $FF_2^n$
  ]

  #[
    #set text(size: 1.1em)
    - $k$ : longueur du message original
    - $n$ : longueur du mot de code
    - $m = n - k$ : nombre de bits de parités
  ]

  #definition(titre: "Encodage")[
    $Phi : FF_2^k & -> FF_2^n in cal(L)(FF_2^k, FF_2^n)$
  ]

  #v(-1.3em)

  #uncover(2)[
    #align(center + horizon)[
      #plongement_schema()
    ]
  ]
]

#myslide("Définition : Matrice Génératrice")[
  #definition(titre: "Matrice Génératrice")[
    $G in cal(M)_(k,n)(FF_2)$ dont les lignes sont une base de $cal(C)$
  ]

  #definition(titre: "Encodage")[
    Pour un message $u in FF_2^k$ le mot de code $c in cal(C)$ est :
    $
      c = Phi(u) = u dot.o G
    $
  ]

  #definition(titre: "Forme systématique")[
    $
      G = mat(
        I_k, P;
        augment: #1,
        delim: "[",
      )
    $
  ]

  #[
    #set text(size: 1.2em)
    - Pour $u in FF_2^k, space display(u dot.o G = mat(u, u dot.o P; augment: #1, delim: "[",))$

    - $P in cal(M)_(k ,(n-k))(FF_2)$ matrice de parité\
  ]
]

#myslide("Définition : Matrice de Contrôle")[
  #definition(titre: "Matrice de Contrôle")[
    $
      H = mat(
        P^top, I_(n-k);
        augment: #1,
        delim: "[",
      )
    $
  ]
  #[
    #set text(size: 1.2em)
    - $cal(C) = ker(H) = {v in FF_2^n | H dot.o v^top = 0}$

    - $display(G dot.o H^top = 0)$
  ]

  #definition(titre: "Syndrome")[
    Pour un vecteur reçu $r = c + e, space s in FF_2^(n - k)$
    $
      s = H r^top = H c^top + H e^top = 0 + H e^top
    $
  ]
  #[
    #set text(size: 1.2em)
    - Si $s = 0, space r$ est un mot de code valide
    - Sinon s donne la signature de l'erreur $e$
  ]
  // Possible décodage par syndrome
]

#myslide("Exemple d'un code linéaire")[
  #[
    #set text(size: 1.1em)
    #let col-u = blue
    #let col-p = orange

    #underline(offset: 3pt)[Exemple d'un code $(5,2)$]


    - On choisit la matrice de parité $P$ :
    $
      P = #math.mat(
        (text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[0]),
        (text(fill: col-p)[0], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[1]),
      )
    $

    - Alors la matrice génératrice $G$ est :
    $
      G = #math.mat(
        (text(fill: col-u)[1], text(fill: col-u)[0], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[0]),
        (text(fill: col-u)[0], text(fill: col-u)[1], text(fill: col-p)[0], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[1]),
        augment: 2,
      )
    $

    - Message $display(u = #math.mat((text(fill: col-u)[1], text(fill: col-u)[1])))$

    - Mot de code $c = u G$ :
    $
      c = #math.mat((text(fill: col-u)[1], text(fill: col-u)[1]))
      #math.mat(
        (text(fill: col-u)[1], text(fill: col-u)[0], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[0]),
        (text(fill: col-u)[0], text(fill: col-u)[1], text(fill: col-p)[0], text(fill: col-p)[1], text(fill: col-p)[1]),
        augment: 2,
      )
      =
      #math.mat((
        text(fill: col-u)[1],
        text(fill: col-u)[1],
        text(fill: col-p)[1],
        text(fill: col-p)[0],
        text(fill: col-p)[1],
      ))
    $
  ]
]

#myslide("Exemple d'une code linéaire")[
  #[
    #set math.mat(delim: "[")
    #let colu = blue
    #let colp = orange

    #place(dx: 0cm, dy: 2.0cm)[
      #set text(size: 1.1em)
      Enfin

      $
        H = #math.mat(
          (text(fill: colp)[1], text(fill: colp)[0], 1, 0, 0),
          (text(fill: colp)[1], text(fill: colp)[1], 0, 1, 0),
          (text(fill: colp)[0], text(fill: colp)[1], 0, 0, 1),
          augment: 2,
        )
      $

      #v(0.8em)

      Vérification du mot de code $display(c = mat(#text(fill: colu)[1], #text(fill: colu)[1], #text(fill: colp)[1], #text(fill: colp)[0], #text(fill: colp)[1]))$

      #v(0.8em)

      $
        H c^top = mat(
          1, 0, 1, 0, 0;
          1, 1, 0, 1, 0;
          0, 1, 0, 0, 1
        ) mat(#text(fill: colu)[1], #text(fill: colu)[1], #text(fill: colp)[1], #text(fill: colp)[0], #text(fill: colp)[1])^top
        = mat(
          1 plus.o 0 plus.o 1 plus.o 0 plus.o 0;
          1 plus.o 1 plus.o 0 plus.o 0 plus.o 0;
          0 plus.o 1 plus.o 0 plus.o 0 plus.o 1
        )
        = mat(0; 0; 0)
      $
    ]
  ]
]

// A REMPLACER AVEC DE VRAI DONNE SUR DE VRAI CODE LDPC ET HAMMING PAR EXEMPLE
#myslide("Approcher la Limite de Shannon")[
  #limite_shannon_graphique()
]

// #myslide("Redondance et limite théorique")[
//   Graphique waterfall avec n = 100 et n = 64800 avec limite de Shannon, $display(R = k /n) < 1$, $m = n - k$
//
//   Bande passante...
//
//   Il existe $C$ pour un canal tel que pour $R < C$ on peut atteindre une probabilité d'erreur nulle.
//   $=>$ gros bloc (moyenne du bruit aléatoire)
// ]

#myslide("Le Mur de la Complexité")[
  #set text(size: 19pt)
  #definition(titre: [Décodage par Maximum de Vraisemblance (MDL)], accent: black)[
    Chercher le mot de code $bold(c) in cal(C)$ le plus probable sachant $bold(r)$ reçu :
    $ hat(bold(c)) = arg min_(bold(c) in cal(C)) d_H (bold(r), bold(c)) $
  ]

  - Équivalent à chercher l'erreur $bold(e)$ de poids minimal tel que $bold(H) bold(e)^top = bold(s)$.

  #v(0.5em)

  #definition(titre: "Le Problème du décodage par Syndrome")[
    NP-Difficile et pour $H$ quelconque : $cal(O)(2^k)$
  ]

  - Pour $k=100$ bits, $2^100 approx 10^30$ opérations nécessaires.
]

#myslide("Définition des Codes LDPC")[
  #definition(titre: [Formalisation des Codes LDPC Réguliers])[
    Code linéaire en bloc avec une matrice de contrôle $bold(H)$ est *clairsemée*.
  ]

  - *Poids de Colonne $w_c$*

  - *Poids de Ligne $w_r$*

  #v(0.5em)

  #definition(titre: "Conditions de Faible Densité", accent: black)[
    #set align(center)
    $w_c << n - k$ #h(2cm) $w_r << n$
  ]

  #definition(titre: "Rendement")[
    $ display(R = (n - op("rg")(H)) / n >= 1 - m / n) $
  ]
]

#myslide([Matrice de contrôle])[
  #definition(titre: [Code LDPC $(6, 3)$])[
    $m w_r = n w_c$ donc $H in cal(M)_(15, 30)(FF_2)$ et $display(R = 1 - m / n = 1/2)$
  ]

  #v(2cm)

  #place(center + horizon, dx: 0cm, dy: 7.3cm)[
    #scale(140%)[#hldpc()]
  ]
]

#myslide("De la Matrice aux Équations de Parité")[
  #set text(size: 17pt)

  #let v_space = 2.83cm

  #align(center)[
    #scale(115%)[
      #grid(
        columns: (auto, auto),
        gutter: -15pt,
        align: horizon,
        [#hldpc_dual(row1: 0, row2: none)],
        [
          // #set math.mat(gap: 24.5pt)
          #move(dy: 13.8pt)[
            $
              underbrace(
                mat(r_0; r_1; #v(v_space);dots.v; r_29; delim: "["),
                #text()[Mot reçu] r space in space FF_2^30
              )
            $
          ]
        ],
      )
    ]
  ]

  #v(0.5cm)

  #set text(size: 1.1em)

  - Chaque ligne $j$ de $H$ définit une équation de parité $f_j$.
  - Pour $r$, on vérifie le syndrome : $H r^top = 0$.

  #v(0.2cm)

  #definition(titre: [Équations de Parité], accent: orange)[
    #set text(size: 1em)
    #text(fill: orange)[$ f_0 : r_7 plus.o r_10 plus.o r_15 plus.o r_22 plus.o r_24 plus.o r_29 = 0 $]
  ]

  #v(0.3cm)
  #text(size: 1.1em)[- Si $f_j = 1$, un nombre impair de bits a été inversé par le canal.]
]

#myslide("L'Entrelacement des Contraintes")[
  #set text(size: 17pt)

  #align(center)[
    #move(dx: -1.2cm)[
      #scale(115%)[#hldpc_dual(row1: 0, row2: 14)]
    ]
  ]

  #v(1cm)

  #set text(size: 1.1em)
  - Chaque bit $r_i$ participe à $w_c = 3$ équations distinctes

  #v(1cm)

  // --- Étage 2 : Système et Décision ---
  #set align(center + horizon)
  #scale(115%)[
    #block(fill: gray.lighten(95%), inset: 10pt, stroke: 0.5pt + gray, radius: 4pt)[
      $
        cases(
          #text(fill: orange)[$r_7 plus.o r_10 plus.o r_15 plus.o r_22 plus.o bold(r_24) plus.o r_29 &= 0$],
          #h(4.5cm) #text(size: 20pt)[$bold(dots.v)$],
          #text(fill: blue)[$r_1 plus.o r_3 plus.o r_12 plus.o bold(r_24) plus.o r_25 plus.o r_28 &= 0$]
        )
      $
    ]
  ]

  #v(1cm)

  #set align(left)
  #set text(size: 1.1em)
  - *$r_24$* : Surveillé par #text(fill: orange)[$f_0$] et #text(fill: blue)[$f_14$].
  - Si #text(fill: orange)[$f_0 = 1$] et #text(fill: blue)[$f_14 = 1$], $r_24$ est suspect
]

#myslide("Graphe de Tanner")[
  Il existe un isomorphisme entre H et le Graphe de Tanner
  Graphe de tanner (cetz)
  Contrainte de somme nulle
]

#myslide("Encodage")[
]

#myslide("Décodage")[
  Canal d'étude (AWGN) analogique, tension etc, ce qui se passe en radio dans les cables etc
]

#myslide("Hard decoding")[
  Nul (0 ou 1)
  transition perte d'information
]

#myslide("Implementation")[

]

#myslide("Soft decoding")[
  belief propagation, log ou virgule fixe, explication resultat meilleur
]

#myslide("Implementation")[

]

#myslide("Test")[
  Irl hackrf, test de diff de debit avec des paquets
]

#myslide("Image")[
  Test de transmission d'image avec différent ldpc non opti et opti (le H)
]

#myslide("Annexe")[
  #align(center + horizon)[
    Annexe
  ]
  #align(center + horizon)[
    #image("src/construction.jpg", width: 80%)
  ]
]

#myslide("Théorie deriere la définition des codes linaires")[
  Poser les notations algebriques etc...
]

#myslide("Decodage par maximum de vraisemblance")[
  Expliquer, quelle distance ? etc
]

#myslide("Code LDPC non régulier")[

]

#myslide("Graphe de Tanner : Définition")[
  #set text(size: 1em)
  #definition(titre: [Graphe de Tanner $cal(G)(bold(H))$])[
    #set text(size: 0.9em)
    Graphe bipartite $cal(G) = (#text(fill: blue)[$V$] union.sq #text(fill: orange)[$C$], E)$
    :
    #v(4pt)
    $ (#text(fill: blue)[$v_j$], #text(fill: orange)[$c_i$]) in E space <==> space H_(i,j) = 1 $
  ]

  #v(0.4em)

  #set text(size: 1.1em)
  #grid(
    columns: (1.4fr, 1fr),
    gutter: 1em,
    [- $#text(fill: blue)[$V$] = {#text(fill: blue)[$v_0$], dots, #text(fill: blue)[$v_(n-1)$]}$ nœuds de *variable*],
    [- $|E| = n dot #text(fill: blue)[$w_c$] = m dot #text(fill: orange)[$w_r$]$],

    [
      - $#text(fill: orange)[$C$] = {#text(fill: orange)[$c_0$], dots, #text(fill: orange)[$c_(m-1)$]}$ nœuds de *contrôle*
    ],
    [- $H tilde.equiv cal(G)$],

    [- $deg(#text(fill: blue)[$v_j$]) = #text(fill: blue)[$w_c$]$],
    [- $deg(#text(fill: orange)[$c_i$]) = #text(fill: orange)[$w_r$]$],
  )

  #align(center)[
    #scale(115%)[
      #tanner_illustration()
    ]
    #text(size: 0.8em, style: "italic", fill: gray.darken(20%))[
      Exemple $n=4, space m=2$
    ]
  ]
]

#myslide("Construction du Graphe : Les Nœuds")[

  #v(1.2em)

  #align(center)[
    #scale(100%)[
      // #h_mini_tanner()
      #grid(
        columns: (1fr, 1fr),
        gutter: 1em,

        [#hldpc_dynamic(hl_cols: range(30), show_labels: false, h_show: true)],
        [#hldpc_dynamic(hl_rows: range(15), show_labels: false, h_show: false)],
      )
    ]
  ]

  #v(3.5em)

  #align(center)[
    #scale(180%)[
      #tanner_canvas(colored: false)
    ]
  ]

  // #v(2.5em)

  // #[
  //   #set text(size: 1.05em)
  //   - Chaque *colonne* $j$ de $bold(H)$ $arrow$ nœud de variable #text(fill: blue, weight: "bold")[$v_j in V$] \ #text(fill: blue)[$n = 30$] nœuds, représentés par des *cercles* ○
  //   - Chaque *ligne* $i$ de $bold(H)$ $arrow$ nœud de contrôle #text(fill: orange, weight: "bold")[$c_i in C$] \ #text(fill: orange)[$m = 15$] nœuds, représentés par des *carrés* □
  //   - Les arêtes seront déterminées par les $1$ de $bold(H)$ — étapes suivantes
  // ]
]

#myslide("Construction du Graphe :  Nœud de Contrôle")[

  #v(1.2em)

  #align(center)[
    #move(dx: 12.6pt, dy: -1.3pt)[
      #scale(100%)[
        #hldpc_dynamic(hl_rows: (0,), show_labels: true, h_show: true)
      ]
    ]
  ]

  #v(3.5em)

  #align(center)[
    #move(dx: 2.7pt, dy: -13.8pt)[
      #scale(180%)[
        #tanner_canvas(hl_row: 0)
      ]
    ]
  ]

  // #v(0.4em)
  // #[
  //   #set text(size: 1.05em)
  //   - Ligne #text(fill: orange, weight: "bold")[0] de $bold(H)$ : $bold(H)_(0,j) = 1$ pour $j in {7, 10, 15, 22, 24, 29}$
  //   - #text(fill: orange)[$c_0$] est relié à #text(fill: orange)[$v_7, v_10, v_15, v_22, v_24, v_29$] — chaque 1 crée une arête
  //   - $deg(c_0) = 6 = w_r$ — $c_0$ porte l'équation : #text(fill: orange)[$f_0 : r_7 plus.o r_10 plus.o r_15 plus.o r_22 plus.o r_24 plus.o r_29 = 0$]
  // ]
]

#myslide("Construction du Graphe : Nœud de Variable")[

  #v(1.2em)

  #align(center)[
    #scale(100%)[
      #hldpc_dynamic(hl_cols: (10,), show_labels: true, h_show: true)
    ]
  ]

  #v(3.5em)

  #align(center)[
    #move(dx: -0pt, dy: -39pt)[
      #scale(180%)[
        #tanner_canvas(hl_col: 10)
      ]
    ]
  ]
  // #v(0.15em)
  // #align(center)[
  //   #grid(
  //     columns: (auto, auto),
  //     column-gutter: 0.7cm,
  //     align: horizon,
  //     [#h_mini_tanner(hl_col: 10)], [#tanner_canvas(hl_col: 10)],
  //   )
  // ]

  // #[
  //   #set text(size: 1.05em)
  //   - Colonne #text(fill: blue, weight: "bold")[10] de $bold(H)$ : $bold(H)_(i,10) = 1$ pour $i in {0, 5, 11}$
  //   - #text(fill: blue)[$v_10$] est relié aux nœuds de contrôle #text(fill: blue)[$c_0, c_5, c_11$] — participe à *3 équations* de parité
  //   - $deg(v_10) = 3 = w_c$ — chaque bit est surveillé par $w_c$ contraintes indépendantes
  // ]
]

#myslide("Graphe de Tanner Final")[

  #move(dy: 4.5cm)[
    #align(center + horizon)[
      #tanner_canvas(scale: 0.91cm, show_all: true, colored: true, v_c_show: false)
    ]

    #align(center)[
      #grid(
        columns: (1fr, 1fr),
        gutter: 0.45cm,
        block(
          fill: blue.lighten(88%),
          stroke: 0.5pt + blue.lighten(40%),
          radius: 6pt,
          inset: (x: 10pt, y: 8pt),
          width: 100%,
        )[
          #place(dx: 47pt, dy: -0pt)[#scale(110%)[#icon_var]] #text(fill: blue, weight: "bold")[ Nœuds de variable] \
          // $n = 30 quad deg = w_c = 3$
        ],
        block(
          fill: orange.lighten(88%),
          stroke: 0.5pt + orange.lighten(40%),
          radius: 6pt,
          inset: (x: 10pt, y: 8pt),
          width: 100%,
        )[
          #place(dx: 47pt, dy: -0pt)[#scale(110%)[#icon_chk]] #text(
            fill: orange,
            weight: "bold",
          )[ Nœuds de contrôle] \
          // $m = 15 quad deg = w_r = 6$
        ],
      )
    ]
  ]
]

// HARD DECISION
// #myslide("Graphe de Tanner : Utilité")[
//   #grid(
//     columns: (1.55fr, 1fr),
//     column-gutter: 0.5cm,
//     align: top,
//     [
//       #definition(titre: "Support du Passage de Messages")[
//         Le graphe de Tanner est le *cadre naturel* des algorithmes de décodage itératifs — il rend la structure du code *explicite et locale*
//       ]
//
//       #v(0.45em)
//
//       #[
//         #set text(size: 1.05em)
//         - *Localité* : chaque nœud n'opère qu'avec ses *voisins directs*
//
//         - *Itérations — à chaque tour :*
//           #pad(left: 0.9em)[
//             #text(fill: blue, weight: "bold")[V → C :] $v_j$ envoie son estimation (LLR) aux $c_i$ voisins \
//             #text(fill: orange, weight: "bold")[C → V :] $c_i$ renvoie une correction aux $v_j$ voisins
//           ]
//
//         - *Convergence* vers le mot de code le plus vraisemblable
//
//         - *Complexité* : $cal(O)(n dot w_c)$ par itération \ vs $cal(O)(2^k)$ pour le MDL — gain *exponentiel*
//       ]
//     ],
//     [
//       #v(0.6em)
//       #align(center)[
//         #bp_diagram()
//         #v(0.5em)
//         #set text(size: 0.79em)
//         #stack(
//           dir: ttb,
//           spacing: 0.25em,
//           [#box(width: 1.3em, height: 2pt, fill: blue)
//             #h(0.3em) #text(fill: blue, weight: "bold")[$mu_(j arrow i)$ : V → C] (LLR)],
//           [#box(width: 1.3em, height: 2pt, fill: orange)
//             #h(0.3em) #text(fill: orange, weight: "bold")[$nu_(i arrow j)$ : C → V] (correction)],
//         )
//       ]
//     ],
//   )
// ]