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Promotions-Vortrag: On Rate‐Compatible Insertion Convolutional Turbo Codes and HARQ for Mobile Communications
Dipl.-Ing. Tobias Breddermann
20. August 2013
10:30 Uhr
Hörsaal 4G IKS
Die sich abzeichnende massive Zunahme des mobilen Datenverkehrs erfordert eine möglichst effiziente Nutzung der knappen Frequenz-Ressourcen. Mit dieser Zielsetzung wird im aktuellen Mobilfunksystem LTE der Fehlerschutz an die augenblickliche Kanalqualität adaptiv angepasst (adaptive Kanalcodierung). Ausgehend von einem Muttercode mit fester Rate (Rate-1/3 Turbo-Code in LTE), werden höhere Raten mittels Punktierung (Verwerfung) und niedrigere Raten mittels Wiederholung einzelner Ausgangsbits erzeugt. Neben der Ratenanpassung unterstützt LTE auch Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ). HARQ erlaubt die Übertragung zusätzlicher Redundanz im Falle eines fehlerhaft empfangenen Datenrahmens.
Kern dieser Arbeit ist die Entwicklung und theoretische Analyse eines neuen, effizienteren Verfahrens zur Ratenanpassung in Kombination mit HARQ, sowie dessen Integration in den Mobilfunkstandard LTE. Niedrigere Coderaten werden mittels eines sogenannten Rate-Compatible Insertion Convolutional (RCIC) Turbo-Codes bereitgestellt. Diese Codeklasse erzeugt zusätzliche Redundanz nicht durch Bit-Wiederholung nach, sondern durch Einfügen bekannter Bits (Dummy Bit Insertion) vor der Turbo-Codierung. Die Effizienz des vorgeschlagenen Verfahrens wird sowohl mittels Simulationen der physikalischen Übertragungsschicht in Bezug auf Systemdurchsatz, Rahmenfehlerrate und Konvergenzverhalten als auch anhand einer EXIT-Chart-Analyse aufgezeigt. Basierend auf geeigneten informationstheoretischen Modellen, wird die Auswirkung der betrachteten Methoden zur Ratenanpassung auf die EXIT-Charts des Muttercodes semianalytisch ermittelt. Diese Ergebnisse ermöglichen die Optimierung aller betrachteten Methoden zur Ratenanpassung, sowie den Vergleich konkurrierender Methoden bei deutlich reduziertem Simulationsaufwand. Des Weiteren liefern sie theoretische Obergrenzen für andere Verfahren, in denen bekannte Bits bei der Decodierung ausgenutzt werden. Der Nutzen einer solchen Abschätzung wird exemplarisch für das Konzept des Header-Bit Assisted Channel Decodings gezeigt.
Darüber hinaus beinhaltet die Arbeit eine theoretische Analyse bezüglich des Systemdurchsatzes eines HARQ-Systems mit gestörtem Rückkanal. Die Berechnungen basieren auf einem allgemeinen Modell des Rückkanals und benötigen ausschließlich. Messungen des HARQ-Systems mit fehlerfreiem Rückkanal.
