Codes variable Rate basierend auf punktierten Polarcodes für zukünftige Drahtlosanwendungen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Anke Schmeink
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412009386

Im Rahmen des beantragten Projekts sollen neue lineare Blockcode-Familien variabler Code-Rate (sog. rate compatible code families, die auch als rateless codes bezeichnet) basierend auf punktierten Polar Codes entwickelt werden, bei denen die Ratenanpassung über eine Änderung der Codelänge bei konstanter Dimension vorgenommen wird. Um die Längenrestriktion aufzuweichen, der klassische Polar Codes unterliegen, sollen neue Verfahren entwickelt werden. Neben angestrebten optimalen Lösungen sollen dabei auch effiziente Heuristiken entwickelt werden. Ein zentrales Ziel ist dabei, Lösungen zu entwickeln, für die existierende Polar Code-Encoder und -Decoder ohne Änderung einsetzbar sind.Anwendungsszenarien für die entwickelten Code-Familien sind Relaying-Systeme, aber auch HARQ-IR-Verfahren, bei denen für eine feste Informationsmenge bei erneuten Übertragungen lediglich zusätzliche Paritätsinformation übertragen wird, um die effektive Code-Rate zu senken.Polar Codes sind auf Grund ihrer Konstruktion auf Längen beschränkt, die ganzzahligen Potenzen der Dimension des verwendeten Polarierungskernels entsprechen. Daher ist es aufwändig, die Längenflexibilität zu erhöhen. Ein vielversprechender Ansatz hierzu besteht in der Punktierung von Polar Codes. Um Code-Familien variabler Rate durch Punktierung regulärer Polar Codes zu konstruieren, müssen die Punktierungsmuster zusätzliche Bedingungen erfüllen und erfordern daher neue Konstruktionsverfahren.Zunächst soll ein Verfahren entwickelt werden, um die Indexmenge und die Sequenz der Punktierungspattern gemeinsam zu optimieren. Dabei werden strukturelle Eigenschaften der Patterns ausgenutzt, um den Suchraum möglichst stark zu beschränken. Darüber hinaus sollen zwei effiziente Heuristiken zur Konstruktion der beschriebenen Blockcode-Familien entwickelt werden. Der erste Ansatz beruht dabei auf einer algebraischen Zerlegung der Generatormatrix, während der zweite eine vielversprechende Punktierungsmethode (quasi-uniform puncturing) für Polar Codes erweitert.Zwei zusätzliche Ansätze unterstützen diese Bemühungen und sollen die resultierende Leistungsfähigkeit der konstruierte Codes erhöhen. Der erste Ansatz unterstützt das Decodieren der Codes durch zusätzliche Randbedingunen, die in Form von dynamic frozen symbols vorliegen. Der zweite Ansatz formuliert die Indexsetbestimmung als ILP, um zusätzliche Performance-Steigerungen zu ermöglichen.Abschließend sollen die entwickelten Code-Konstruktionen eingebettet in die von uns gut untersuchten Relayingszenarien evaluiert werden, die auf Grund der implizit getroffenen Modellannahmen wie der Ratenanpassung über beliebig feingranulare Längenanpassung ein zentrales Anwendungsfeld für die entwickelten Codes darstellen. Zusätzlich soll die Performance der entwickelten Code-Familien in HARQ-IR-Verfahren evaluiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen