Thaddäus Dorsch


Hierarchical Channel Coding for Data Transmission

Hierarchische Kanalcodierung für die Datenübertragung

Band 8, Erlanger Berichte aus Informations- und Kommunikationstechnik, Herausgeber: A. Kaup, W. Koch, J. Huber. Shaker Verlag, Aachen, 2004.

Zusammenfassung

Diese Arbeit untersucht den abgestuften Fehlerschutz von binären Daten, sogenannte hierarchische Kanalcodierverfahren. Hierarchische Kanalcodierung wird eingesetzt um Nachrichten gleichzeitig an mehrere Empfänger zu senden. Dabei können, je nach Eigenschaft der jeweiligen Übertragungskanäle, mehr oder weniger Teildaten empfangen und decodiert werden, und zwar ohne Vorhandensein eines Rückkanals oder einer sendeseitigen Steuerung des Coders. In dieser Arbeit wird die hierarchische Übertragung von binären Daten informationstheoretisch beleuchtet und untersucht. Die sogenannte Überlagerungscodierung stellt im Sinne der Kanalkapazität das optimale Kanalcodierverfahren dar und übertrifft das bisher meistens angewendete Referenzverfahren des Zeitmultiplexes. Jedoch kann in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Überlegenheit von Überlagerungscodierung nicht generell, so wie 30 Jahre lang angenommen wurde, gültig ist. Betrachtet man die informationstheoretischen Grenzen unter Einbeziehung von endlichen Codelängen, dann stellt man fest, dass für binär modulierte Daten das Zeitmultiplexverfahren überlegen ist, solange die Codes nicht sehr grosse Längen (mindestens etwa 1e3-1e4) besitzen. Fuer kontinuierliche Eingangssignale ist dieser Effekt weniger drastisch, jedoch verringert sich die Überlegenheit von Überlagerungscodierung auch hier sehr deutlich je kürzer die Codes sind. Ausserdem wird gezeigt, wie mit Hilfe einer speziellen Codekonstruktion von verallgemeinert verketteten Codes (Generalized Concatenated Codes, GC Codes), die bisher nur zum herkömmlichen, gleichmäßigen Fehlerschutz eingesetzt wurden, eine Vielfalt von hierarchischen Blockcodes konstruiert werden können. Abgeleitet von Entwurfsverfahren für Multilevel Codes, werden informationstheoretische Verfahren vorgestellt, um hierarchische Kanalcodes für die verschiedensten Uebertragungsszenarien zu entwerfen und zu analysieren. Davon werden auch Methoden abgeleitet, die einen fairen Vergleich verschiedener hierarchischer GC Codes, sowie den Vergleich zum herkömmlichen Zeitmultiplexverfahren ermöglichen. Mit den vorgestellten Verfahren lassen sich hierarchische Kanalcodes für fast jede beliebige Kanalkonstellation analysieren und konstruieren.