Superposition Mapping: Theorie und Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter A. Höher
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188321379

Bekanntlich kann die Kanalkapazität eines Gauß-Kanals nur erreicht werden, falls die Kanalausgangssymbole gaußisch sind. Bei großen Signal-/Rauschleistungsverhältnissen können mit konventionellen Mapping-Verfahren (charakterisiert durch gleichverteilte Symbole, wie z.B. QAM) keine Arbeitspunkte nahe der Kanalkapazität erreicht werden. Um dieses Problem zu lösen, wurden in den neunziger Jahren "signal shaping"-Verfahren entwickelt, die eine näherungsweise gaußsche Symbolverteilung erzeugen.Unter "superposition mapping" (SM) versteht man eine relativ neue Klasse von Mapping-Verfahren, bei denen mehrere informationstragende Binärsymbole linear überlagert werden, um ein Kanalsymbol zu erhalten. SM stellt eine attraktive Alternative zu "signal-shaping"-Verfahren dar wenn es darum geht, die Kanalkapazität für bandbreiteneffiziente Übertragungssystme zu erreichen, insbesondere im Zusammenhang mit iterativer Signalverarbeitung ("turbo processing") auf der Empfängerseite.In den ersten zwei Projektjahren wurden folgende Fragen gelöst:SM kann vollständig durch die verwendete Leistungs- und Phasenzuweisung beschrieben werden. Bei einer gleichverteilten Leistungszuweisung wächst die Entropie eines Kanalsymbols nur logarithmisch mit der Anzahl überlagerten Bits. Deshalb wurde zu Beginn des Projekts eine Leistungsverteilung entwickelt, "grouped power allocation (GPA)" genannt, die dieses Problem vermeidet. Anschließend wurde ein optimiertes Kanalcodierverfahren in Zusammenhang mit der neuen Leistungszuweisung entwickelt. Hierzu wurden "low-density hybrid-check (LDHC)" Codes mit GPA kombiniert und mit Hilfe einer neuen 2-Schritt EXIT-Chart-Methode optimiert. Ferner wurde ein systematischer Vergleich mit konventionellen "signal shaping"-Verfahren durchgeführt. Im Unterschied zu "signal shaping"-Verfahren werden bei geeigneter Leistungsverteilung gaußverteilte Sendesymbole inhärent und ohne Zusatzaufwand erzeugt. Auch empfängerseitig erweist sich SM als geeigneter, weil Zuverlässigkeitsinformation aufwandsgünstig bereitgestellt werden kann.Schließlich wurde SM in OFDM integriert. Durch Waterfilling und LDHC-Codierung können Arbeitspunkte nahe der Kanalkapazität erreicht werden. Hierzu wurden die Verteilungsfunktionen der Grade der Variablen- und Prüfknoten an die dynamische Bitallokation angepasst. LDHC-SM-OFDM erweist sich bei gleicher Bandbreiteneffizienz leistungseffizienter als ein klassisches LDPC-QAM-OFDM System. Basierend auf den bisherigen Ergebnissen ist anzunehmen, dass SM auch geeignet ist, die Kapazität von MIMO-Kanälen zu erreichen. Im beantragten dritten Jahr soll der Schwerpunkt der Untersuchungen darin bestehen, das Prinzip der LDHC-Codierung auf SM-MIMO auszudehnen. Insbesondere soll der Einfluß der Anzahl der Sende- und Empfamgsantennen auf die optimale Verteilung der Variablen- und Prüfknoten von LDHC-Codes detailliert untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen