Mengi, Anil:

On combined coding and modulation

Duisburg (2010), II, 102 S.
Dissertation / Fach: Informatik
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Informatik und Angewandte Kognitionswissenschaft » Informatik » Mathematische Methoden der Datenübertragung
Vinck, Han (Doktorvater, Betreuerin)
Anderson, John B. (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Bei der klassischen Kanalcodierung wird die Datenrate durch Einfügen von Redundanzen bewusst erhöht, um dadurch eine Absicherung gegen auftretende Fehler zu erreichen. Die Erhöhung der Datenrate erfordert eine wesentliche Änderung im Power-Spektrum. Aber bei vielen Anwendungen ist eine möglichst effiziente Nutzung des Power-Spektrums gefordert.

In dieser Arbeit werden Codierung und Modulation gemeinsam betrachtet, so dass die Verbesserung der Übertragungsqualität keine wesentliche Änderung in dem Power-Spektrum erfordert. Das Power-Spektrum wird durch Power-Spektrum-Dichte analysiert. Als praktische Anwendung der Arbeit wird die Schmalband-Powerline-Kommunikation (Narrowband Power Line Communication) betrachtet. Powerline ist der Begriff für die Übertragung von Daten über Stromkabel. Im Gegensatz zu konventionellen Kommunikationskanälen kann die Störung auf Stromnetze nicht als additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN) modelliert werden. Das ist darauf zurückzuführen, dass neben Hintergrundrauschen auch Schmalbandstörungen und insbesondere Impulsstörungen vorkommen. Beim Auftreten eines Impulses sind Bit- oder Burstfehler bei einer Datenübertragung sehr wahrscheinlich.

Im ersten Teil werden Einzelträgerverfahren betrachtet. Ein sogenannter RLL- (Run-length Limited) Code wird verwendet, um die Anzahl aufeinanderfolgender Symbole mit gleichem Wert nach unten zu begrenzen. Dementsprechend wird gezeigt, dass im gemeinsamen blockweisen RLL Encoder/Modulator der minimale euklidische Abstand erhöht werden kann, ohne wesentliche Änderung in der Power-Spektrum-Dichte. Im Empfänger erfolgen Demodulation und Decodierung nicht getrennt, sondern in einem Schritt, wobei alle Vorteile der Maximum-Likelihood-Decodierung mit Verwendung von Soft-Decision erhalten bleiben. Ein wesentlich größerer Codierungsgewinn ergibt sich bei der Verkettung mit einem RS- (Reed-Solomon) Code. Zunächst werden die Auswirkungen von Impulsstörungen auf RLL-codierte Einzelträgerverfahren erläutert. Die Modellierung von Impulsstörungen als nicht-Gauß'sche Verteilungen wurde in der Literatur durch verschiedene Ansätze vorgestellt. In der Arbeit wird das Klasse-A Modell von Middleton angewendet.

Im zweiten Teil der Arbeit wird OFDM- (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Verfahren betrachtet. Insbesondere durch die Impulsstörungen werden in der Datenübertragung erhebliche Störeffekte hervorgerufen. In OFDM werden die Modulation bzw. Demodulation mit Hilfe einer IDFT bzw. DFT (Inverse Discrete Fourier Transform, Discrete Fourier Transform) ausgeführt. Die bisherigen Überlegungen zur Kompensation von Impulsstörungen behandeln nur das OFDM-Verfahren mit einer großen Anzahl von Unterträgern (>256). In diesem Fall wird die Energie des Störimpulses durch die DFT auf viele Unterträger verteilt. Wenn die Anzahl der Unterträger kleiner als 256 ist, ist die Verteilung der Störung nicht uniform.

Wenn die DFT der gesendeten OFDM-Symbol eine kleine Anzahl von Nullen oder bekannten Daten enthält, gibt es eine Ähnlichkeit zwischen der IDFT und RS-Encoder. Die OFDM-Signale beinhalten häufig Pilotinformationen und zu Null gesetzte Träger in der Signalstruktur. Es werden Verfahren zur Kompensation von Impulsstörungen durch Pilotinformationen und zu Null gesetzte Träger untersucht bzw. entwickelt, die eine Steigerung der Robustheit der Datenübertragung ermöglichen. Als Zielkriterium wird dabei die Senkung der Bitfehlerrate bei einer impulsgestörten Übertragung herangezogen. Für die Modellierung von Impulsstörungen wird das vereinfachte "Klasse-A"\, Modell von Middleton verwendet.

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