5 Jahre - Lehrstuhl für Informationsübertragung

Universität Erlangen-Nürnberg
5 Jahre
Bericht zum 5-jährigen Bestehen des
Lehrstuhls für Informationsübertragung
am Laboratorium für Nachrichtentechnik
Professor Dr.-Ing. J. Huber
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Fakultäten
Theologische Fakultät
Juristische Fakultät
Medizinische Fakultät
Philosophische Fakultät I
Philosophische Fakultät II
Naturwissenschaftliche
Fakultät I
Institute
Informatik
Elektrotechnik, Elektronik
und Informationstechnik
Naturwissenschaftliche
Fakultät II
Chemie- und
Bioingenieurwesen
Naturwissenschaftliche
Fakultät III
Werkstoffwissenschaften
Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Fakultät
Maschinenbau und
Fertigungstechnik
Technische Fakultät
Erziehungswissenschaftliche
Fakultät
Kontakt:
Lehrstuhl für Informationsübertragung
Professor Dr.-Ing. Johannes Huber
Cauerstr. 7
D-91058 Erlangen
Tel.:+49(0)9131 85-27113
Fax: +49(0)9131 85-28919
Email: [email protected]
http://www.LNT.de
Lehrstühle
LEAS
LEB
LEEV
LEMF
LHFT
LIKE
LIT
LMK
LMS
LRS
LRT
LSE
LTE
LNT
5 Jahre LIT
1
1. Vorwort
Seit nunmehr 5 Jahren existiert der Lehrstuhl für Informationsübertragung an
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Diese Gründung
wurde im September 1997, zunächst als Lehrstuhl für Nachrichtentechnik II –
Digitale Übertragung und Mobilkommunikation –, durch eine großzügige
Spende der Fa. Ericsson Eurolab Deutschland GmbH, den Wunsch unseres
damaligen Rektors Prof. G. Jasper, mich in Erlangen zu halten, und das Entgegenkommen des Inhabers des bis dahin ungeteilten Lehrstuhls für Nachrichtentechnik, Prof. B. Girod, ermöglicht. Hierfür sei nochmals herzlich gedankt. Der Anfang war mit 4 Planstellen sehr bescheiden. Dabei hat sich vom
ersten Tag an das Konzept, Infrastruktur und Laborpersonal unter dem neuen
Dach „Laboratorium für Nachrichtentechnik“ durch beide Lehrstühle gleichberechtigt zu nutzen, als gut und erfolgreich erwiesen. Mit dem Ende 2001
hinzugekommenen neuen Lehrstuhl für Mobilkommunikation wurde dieses
bewährte Konzept nun auf drei Partner erweitert. Zugleich war die Umbenennung der beiden nachrichtentechnischen Lehrstühle sowie eine Neuordnung
der Aufgabengebiete geboten: So heißt unsere Einrichtung also jetzt Lehrstuhl
für Informationsübertragung (LIT, das Modekürzel IT sollte unbedingt dabei
sein).
Nach 5 Jahren ist es angebracht, zurückzuschauen und durch eine Darstellung der geleisteten Arbeit die Lehrstuhlgründung zu rechtfertigen. Dabei ist
in diesem Kurzbericht auch die Tätigkeit der kleinen Arbeitsgruppe „Digital
Communications“ am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik der FAU ab November 1991, also seit meiner Berufung auf die Professur für Informations- und
Signaltheorie, mit eingeschlossen, da diese bisher in keiner Dokumentation
festgehalten wurde. Wundern Sie sich also nicht, wenn diese Chronik zum 5jährigen Bestehen des LIT zum Teil auch weiter in die Vergangenheit zurückreicht.
Im Zentrum unserer wissenschaftlichen Arbeiten steht die Shannonsche Informationstheorie, insbesondere deren Anwendung zum Entwurf und der Optimierung digitaler Informationsübertragungssysteme. Somit sind die Themenschwerpunkte Kanalcodierung, digitale Modulationsverfahren, Mehrfachzugriffsverfahren usw. unmittelbar vorgegeben. Dabei sind wir beispielsweise
ein wenig stolz auf die Ergebnisse des Forschungsprojektes zur codierten
Modulation, d.h. auf die neuen Entwurfsverfahren für sog. Multilevel-Codes
anhand informationstheoretischer Parameter, den Beweis der Optimalität dieser Codes und damit die generelle Lösung der über Jahrzehnte diskutierten
Frage nach der besten Verknüpfung von Codierung und Modulation bei der
digitalen Übertragung. Die vor 5 Jahren vorgestellten Verfahren mit kombinierter Anwendung von Multilevel-Codes und Signalformung wurden bisher
hinsichtlich Leistungs- und Bandbreiteneffizienz nicht übertroffen. Inzwi-
2
5 Jahre LIT
schen wurden diese Resultate auf inkohärente Empfangsverfahren und/oder
Systeme mit mehrfachen Sende- und Empfangsantennen ausgeweitet. Durch
die Verleihung des Preises der deutschen informationstechnischen Gesellschaft (ITG) 2000 fanden diese Forschungsergebnisse eine angemessene
Würdigung.
Daneben haben wir uns von Beginn an intensiv mit Code-Division Multiple
Access (CDMA)-Verfahren auseinandergesetzt, einem Gebiet, in das ich keine Erfahrungen aus früheren Projekten einbringen konnte. Umso glücklicher
waren wir, dass es uns nach relativ kurzer Zeit gelungen ist, zur Front der Forschung aufzuschließen und zu CDMA sowie zur Mehrnutzer-Informationstheorie vielbeachtete Beiträge liefern zu können. Die Verleihung der Förderpreise 2000 der Mannesmann Mobilfunkstiftung und der ITG an Herrn Dr.
Ralf Müller für seine Dissertation verdeutlicht diesen Erfolg.
Die Arbeiten zu verbesserten Detektions- sowie neuen adaptiven Entzerrungsverfahren für inkohärente digitale Übertragungsverfahren fanden ebenso
rege Aufmerksamkeit und wurden wiederum durch den Preis der ITG 2001
ausgezeichnet. Darüber hinaus wurde das wissenschaftliche Gesamtwerk unseres Doktoranden Prof. Dr. Robert Schober, das diese Gebiete umfasst, in
diesem Jahr mit dem Heinz-Maier-Leibnitz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft gewürdigt, dem wohl renommiertesten Preis für Jungwissenschaftler in Deutschland. Er lehrt und forscht inzwischen an der University of
British Columbia in Vancouver, Kanada.
Von Anfang an stellte die digitale Übertragung über symmetrische Leiterpaare (twisted pairs) im Ortsanschlussleitungsnetz, die sog. DSL-Technik, ein
wichtiges Arbeitsgebiet am LIT dar. In der Verknüpfung von Vorcodierungsund Signalformungsverfahren gelang es, viele praxisgerechte Vorschläge zur
Verbesserung der DSL-Technik zu erarbeiten. Dabei konnten wir bereits 1993
die Theorie und leistungsfähige Verfahren auf Übertragungssysteme mit parallelen, wechselseitig interferierenden Signalpfaden verallgemeinern, eine
Arbeit, die nun bei sog. MIMO-Funkkanälen erneut große Bedeutung erlangt.
Diese Forschungstätigkeiten führten im vergangenen Jahr zur Habilitation von
Herrn Priv.-Doz. Dr. Robert Fischer. Sein hieraus entstandenes Buch zu Vorcodierung und Signalformung hat inzwischen hohe Anerkennung gefunden.
Weitere wichtige Arbeitsschwerpunkte liegen im Umfeld der sog. TurboCodierung und der iterativen Decodierung. Neben elementaren theoretischen
Existenzschranken für derartige Codes wurden beispielsweise neue niederratige Turbo-Codes entwickelt, welche die höchste derzeit bekannte Leistungseffizienz bieten. Praxisrelevante Ergebnisse wurden auch auf den Gebieten
der Reduktion des Spitzenwertfaktors von Sendesignalen, Synchronisation bei
OFDM, Entzerrung bei zukünftigen Mobilfunksystemen gemäß dem EDGEStandard (Weiterentwicklung von GSM und Konkurrenzverfahren zu UMTS),
Interleaver-Entwurf für verkettete Codierschemen u.v.a.m. erzielt.
5 Jahre LIT
3
Diese Forschungstätigkeit hat neben einer Habilitation, 14 Dissertationen,
zahlreichen Preisen und Ehrungen ihren Niederschlag auch in ca. 210 Publikationen, davon ca. 170 in den letzten 5 Jahren, gefunden; d.h. seit seinem
Bestehen hat durchschnittlich alle 11 Tage eine Publikation diesen Lehrstuhl
verlassen. Diese hohe Produktivität wurde dabei mit einer kleinen Mannschaft
von durchschnittlich drei Assistenten auf Landesstellen und 4 bis 5 wiss. Mitarbeitern, finanziert aus Drittmittelprojekten, erreicht.
Im Mittelpunkt unserer Forschungstätigkeit steht die Verbindung von theoretischen Grundlagen mit praxisnahen Anwendungen gemäß dem Grundsatz:
„Theorie ist die wichtigste Voraussetzung für den Erfolg in der Praxis“. Es
gibt in der modernen Technik allgemein und der Telekommunikation im besonderen keinen Gegensatz zwischen Theorie und Praxis, sondern nur deren
Verbindung führt zum Ziel. Ansätze, ohne tiefgehendes mathematisch-theoretisches Fundament technische Innovation erreichen zu wollen, sind meiner
Meinung nach als nicht mehr zeitgemäß einzustufen. Deshalb wenden wir
diesen Grundsatz auch in den vom LIT angebotenen Lehrveranstaltungen sowie in Studien- und Diplomarbeiten an; d.h. es wird den Studierenden einiges
abverlangt; dafür profitieren sie auch entsprechend. Das Prinzip Qualität vor
Quantität findet auch hinsichtlich der Größe der wissenschaftlichen Arbeitsgruppen am LIT Anwendung, auch wenn dadurch das Volumen der eingeworbenen Drittmittel unsererseits begrenzt wird.
Diesen Rückblick auf 5 Jahre LIT will ich auch nutzen, um allen Assistenten, wiss. Mitarbeitern und dem die Wissenschaften unterstützenden Personal
für hervorragende Leistungen und die gute Zusammenarbeit herzlich zu danken. Bei meinen Kollegen im Laboratorium für Nachrichtentechnik bedanke
ich mich für die vertrauensvolle Kooperation. Mein Dank gilt speziell auch
Herrn Dr. Ulrich Forster für die Zusammenstellung dieses Berichtes.
Ich hoffe, ich konnte Sie etwas neugierig machen, der vorliegende Bericht
5 Jahre LIT findet Ihr Interesse und Sie empfinden dessen Lektüre sowohl informativ und auch ein wenig unterhaltsam.
Erlangen, September 2002
Johannes Huber
4
5 Jahre LIT
5
5 Jahre LIT
2. Entwicklung
3. Die Mitarbeiter
Der Lehrstuhl für Informationsübertragung ging aus der seit 1991 bestehenden Arbeitsgruppe „Digitale Übertragung“ um die Professur „Signal- und Informationstheorie“ am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik hervor und wurde im
September 1997 als Lehrstuhl für Nachrichtentechnik II – Digitale Übertragung und Mobilkommunikation – unterstützt durch eine Spende der Fa. Ericsson Eurolab Deutschland im Rahmen einer Rufabwendung gegründet.
Nach zunächst bescheidenem Beginn hat sich in den vergangenen 5 Jahren
ein Lehrstuhl mit angemessener Ausstattung entwickelt. Mit der Gründung
des Stiftungslehrstuhls für Mobilkommunikation im November 2001 erhielt
der Lehrstuhl die jetzige Bezeichnung Lehrstuhl für Informationsübertragung
(LIT). Heute sind neben dem Lehrstuhlinhaber 12 wissenschaftliche Mitarbeiter (davon 7 auf Drittmittelstellen), 3 Mitarbeiter im Technischen Dienst
und 2 Mitarbeiterinnen im Verwaltungsdienst am Lehrstuhl tätig. Seit Lehrstuhlgründung wurden 14 Mitarbeiter promoviert und ein Assistent habilitiert.
Zusammen mit dem Lehrstuhl für Mobilkommunikation (LMK) und dem
Lehrstuhl für Multimediakommunikation und Signalverarbeitung (LMS) bildet der LIT das Laboratorium für Nachrichtentechnik (LNT) an der FAU, in
dem in enger Kooperation vielfältige Aspekte der Informations- und Kommunikationstechnik in Lehre und Forschung vertreten werden. Die Zusammenarbeit dieser Lehrstühle erstreckt sich neben der gemeinsamen Nutzung von Laboreinrichtungen, Werkstätten und Bibliothek auch auf die Durchführung interdisziplinärer Forschungsprojekte.
Der LIT ist im 5. Stock des Gebäudes Cauerstraße 7 untergebracht und verfügt über ca. 300 m2 Hauptnutzfläche; zusätzliche Räume werden gemeinsam
mit den beiden anderen Lehrstühlen im LNT genutzt.
Neben einem Cluster von leistungsfähigen Arbeitsplatzrechnern für Mitarbeiter und Diplomanden umfasst die apparative Ausstattung des LIT mehrere
Spezialrechner zur digitalen Signalverarbeitung, die mit frei programmierbaren Logikarrays (FPGA) gekoppelt sind. Diese Systeme erlauben die echtzeitund hardwarenahe Implementierung digitaler Übertragungsverfahren für Ausbildung und Forschung. Darüber hinaus verfügt der LIT über ein mittels PC
frei konfigurierbares Funkübertragungssystem, mit dessen Hilfe verschiedenste Übertragungsstandards für Lehr- und Testzwecke sich emulieren lassen. Eine moderne Ausstattung mit üblicher nachrichtentechnischer Messtechnik bildet zusammen mit diesen Hardware-Komponenten die Grundlage
für das Praktikum Nachrichtenübertragung, das auf diese Weise durch die
Entwicklung von Software-Komponenten flexibel gemäß dem Fortschritt in
Theorie und Praxis aktualisiert werden kann.
3.1 Wissenschaftliches Personal
Der Lehrstuhlinhaber
Professor Dr. Johannes Huber
Priv.-Doz. Dr. Robert Fischer
Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Huber
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Robert Fischer (seit 1992, 1997 beim IBM Research
Lab., Zürich)
Dr.-Ing. Reinhard Bernstein (seit 2000)
Dr.-Ing. Ulrich Forster (seit 2001)
Dr.-Ing. Lutz Lampe (seit 1998)
Dipl.-Ing. Robert Bäuml (seit 2000)
Dipl.-Ing. Ulrich Berold (seit 2000)
Dipl.-Ing. Simon Hüttinger (seit 2000)
Dipl.-Ing. Bernd Matschkal (seit 2001)
Dipl.-Ing. Jürgen Rößler (seit 1999)
Dipl.-Ing. Roman Tzschoppe (seit 2001)
Dipl.-Inf. Christoph Windpassinger (seit 2000)
M.Sc. Lu Zhao (seit 1999)
3.2 Wissenschaftunterstützendes Personal
Sekretariat: Christine Kirsch, Ute Hespelein (gemeinsam mit LMK),
Margit Sperk (gemeinsam mit LMS)
Technisches Personal im LNT: Dipl.-Ing. (FH) Bernd Westrich, Susi
Koschny, Manfred Lindner
6
5 Jahre LIT
3.3 Ehemalige Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen
Noch ist die Anzahl der früheren Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Lehrstuhls (bzw. seiner Keimzelle der Arbeitsgruppe „Digitale Übertragung“) so
überschaubar, dass sie hier alle genannt werden können:
Dr.-Ing. Peter Schramm (1992–1996, heute bei Ericsson Eurolab, Nürnberg)
Dr.-Ing. Bernhard Spinnler (1994–1997, heute bei Siemens AG, München)
Dr.-Ing. Jozef Hámorský (1993–1997, heute bei SONY International, München)
Dr.-Ing. Udo Wachsmann (1994–1997, heute bei Ericsson Eurolab, Nürnberg)
Dipl.-Ing. Thaddäus Dorsch (1995–1998, heute beim Deutschen Zentrum für
Luft- und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen)
Dr.-Ing. Edelmar Urba (1995–1999, heute wieder in Brasilien)
Dr.-Ing. Ralf Müller (1996–1999, heute beim Forschungszentrum Telekommunikation, Wien)
Dipl.-Ing. Michael Link (1996–1999, heute bei Lucent Technologies, Nürnberg)
Dipl.-Ing. Dietmar Schill (1996–1999, heute bei SONY International, Stuttgart)
Dr.-Ing. Stefan Müller-Weinfurtner (1996–2000, heute bei Philips Semiconductors, Nürnberg)
Prof. Dr.-Ing. Robert Schober (1997–2001, heute an der University of British Columbia, Vancouver, Kanada)
Dr.-Ing. Marco Breiling (1997–2001, heute bei der Fraunhofer-Gesellschaft,
Erlangen)
Dr.-Ing. Wolfgang Gerstacker (1992–2001, heute beim Lehrstuhl für Mobilkommunikation)
Dipl.-Ing. Alexander Lampe (1998–2002, heute bei Philips Semiconductors,
Nürnberg)
Nina Wülfert (1997–2002)
3.4 Gastwissenschaftler
Dr. Stefano Calabrò, Universitá di Palermo, Italien (Mai–Okt. 1998)
Prof. Yuan Dong Feng, Shandong University, China (Okt. 1998–Jan. 1999)
Prof. Dr. Rolf Johannesson, Lund University, Schweden (Okt. 2000–Dez.
2000, Gastvorlesung zu Convolutional Codes)
Prof. Ben Belzer, Washington State University, USA (2000)
und weitere Gäste aus in- und ausländischen Forschungseinrichtungen.
5 Jahre LIT
7
4. Lehre
Folgende Lehrveranstaltungen werden derzeit vom LIT für Studierende der
Studienrichtung Informationstechnik des Studienganges Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (EEI) angeboten:
Nachrichtenübertragung (Prof. Dr. J. Huber)
Nachricht und Signal, Codes, Quellensignale und deren Modellierung,
Einführung zu Zufallssignalen (Stochastische Prozesse), äquivalente
komplexe Basisbandsignale und –systeme, Amplitudenmodulation, Phasenmodulation, Frequenzmodulation, Pulscodemodulation, Differentielle
Pulscodemodulation und Deltamodulation, Quellencodierung für Audiound Videosignale, Einführung zur digitalen Übertragung, digitale Pulsamplitudenmodulation (ASK, PSK, QAM), Basisband- und trägermodulierende Übertragung, impulsinterferenzfreie Übertragung und Nyquistfilterung, kohärente Detektion und Fehlerwahrscheinlichkeit, Einführung zur Empfängersynchronisation, allgemeines Vektorkanalmodell
der digitalen Übertragung, Maximum A-Posteriori- und Maximum Likelihood Detektion, Einführung zur Kanalcodierung, Fehlererkennung und
Fehlerkorrektur, Optimaldecodierung, Trelliscodierung, Multilevel-Codierung, Vergleich analoger und digitaler Übertragungsverfahren im
Leistungs-Bandbreiten-Diagramm.
Informationstheorie (Prof. Dr. J. Huber)
Grundlegende Definitionen: Information, Entropie, wechselseitige Information. Quellencodierung zur Datenreduktion: Quellencodierungstheorem, verschiedene verlustfreie Kompressionsverfahren für diskrete
Quellen nach Huffman, Tunstall und Lempel-Ziv. Kanalcodierung zur
zuverlässigen Übertragung über gestörte Kanäle: Kanalmodelle, Kanalkapazität, Kanalcodierungstheorem, Abschätzungen der Fehlerwahrscheinlichkeit, cut-off-Rate, Gallager-Fehlerexponent, kontinuierliche
Signale, Kapazität des AWGN-Kanals, Vergleich digitaler Übertragungsverfahren im Leistungs-Bandbreiten-Diagramm, Einführung zur
Rate-Distortion-Theorie.
Digitale Übertragung (Prof. Dr. J. Huber, Priv.-Doz. Dr. R. Fischer)
Einführung. Varianten von PAM-Übertragungsverfahren: CAP, OffsetQAM, MSK, GMSK, differentielle PSK, inkohärente ASK. Signalraumdarstellung: Gram-Schmidt-Verfahren, inkohärente Demodulation. Frequenzumtastung. Digitale Übertragung über verzerrende Kanäle: Aufga-
8
5 Jahre LIT
benstellung, lineare Entzerrung, Störungsprädiktion, DFE, Vorcodierung, Maximum-Likelihood-Sequenzschätzung, OFDM, DMT. Multiplexübertragung. Grundlagen der Kanalcodierung: mathematische
Grundlagen, lineare Blockcodes (Beschreibung, Eigenschaften, Encodierung, Decodierung, Existenzschranken), Faltungscodes.
Kanalcodierung (Priv.-Doz. Dr. R. Fischer)
Einführung und Motivation. Grundbegriffe der Blockcodierung und Decodierung: Maximum-a-posteriori- und Maximum-Likelihood-Decodierung, Begrenzte-Mindestdistanz-Decodierung. Lineare Blockcodes: Definition, Distanzeigenschaften, Fehlerwahrscheinlichkeit und Codegewinn, Syndrom-Decodierung. Zyklische Codes: Restklassen-Arithmetik,
Generator- und Prüfpolynom, Encodierung, Syndrom-Decodierung. Einführung in Galoisfelder: Körper, Erweiterungskörper, Minimalpolynome, Fouriertransformation in Galoisfeldern. BCH- und RS-Codes: Definition, Grundzüge der algebraischen Decodierung, Anwendung: Kanalcodierung bei der CD. Faltungscodes: Diskrete Systeme, optimale Decodierung von Trelliscodes. Turbo-Codes und iterative Decodierung:
Grundlagen, BCJR-Algorithmus, EXIT-Charts. Codierte Modulation:
Trelliscodierte Modulation, Multilevel Codes, bit-interleaved codierte
Modulation.
Informationstheorie für Fortgeschrittene (Prof. Dr. J. Huber)
Arithmetische Quellencodierung, Entropie und Codierung für gedächtnisbehaftete Quellen, Markovketten, Context-Tree-Weighting-Algorithmus (CTW), Multiuser Informationstheorie, Broadcast-Kanal, Multiple
Access Kanal, CDMA mit Zufallscodes.
Praktikum Nachrichtenübertragung
- Signale, Systeme, Störungen
- Amplitudenmodulation
- Frequenzmodulation
- Pulscodemodulation
- Digitale Übertragung I
- Digitale Übertragung II
- Entzerrung von Digitalsignalen
Beispiel eines Praktikumsaufbaus
5 Jahre LIT
9
Seminar „Ausgewählte Kapitel der Nachrichtentechnik“
Seminar zu aktuellen Forschungsthemen der Informationsübertragung
Seminar zu Studien- und Diplomarbeiten
Für Studierende anderer Studienrichtungen wird als Einführung zur Informationstechnik die Lehrveranstaltung durchgeführt:
Signalübertragung und -verarbeitung (Priv.-Doz. Dr. R. Fischer)
Einführung, signaltheoretische Grundlagen, Diskrete Fourier-Transformation, Grundbegriffe für die Nachrichtenübertragung, analoge Modulationsverfahren, Grundbegriffe der Informationstheorie, Pulscodemodulation, digitale Übertragung.
Als Wahlfächer im Studiengang EEI werden angeboten:
Nachrichtentechnische Beschreibung optischer Kommunikationssysteme
(Dr. H. Haunstein, Lucent Technologies)
Modellbeschreibung von optischen Datenübertragungssystemen, Sender
und Empfänger, Einmoden-Glasfasern, optische Verstärker, lineare und
nichtlineare Verzerrungen des optischen Signals, Modellierung der physikalischen Effekte, optisches Signal-Geräusch-Verhältnis (OSNR),
Kreuzphasenmodulation (CPM), Vierwellenmischung (FWM) und Polarisationsdispersion (PMD).
Medizinische Bildverarbeitung (Dr. R. Bernstein)
Ausgehend von der Entdeckung der Röntgenstrahlen über die Verwischungstomographie und Tomosynthese, bis hin zu aktuellen Signalverarbeitungsverfahren der Computertomografie werden die physikalischen
Grundlagen der auf Röntgenstrahlen basierenden Bildgebungsverfahren
vorgestellt und Signalverarbeitung, Bildrekonstruktion und -verarbeitung
an Anwendungsbeispielen verdeutlicht. Ferner werden die Themengebiete Magnetresonanztomografie und Sonografie behandelt.
10
5 Jahre LIT
Elemente stochastischer Prozesse (Dr. U. Forster)
Beschreibung deterministischer Signale, Zufallsvariablen und Zufallsfolgen, Bernoulli-, Poisson- und Erneuerungsprozesse, zeitdiskrete und
-kontiniuerliche Markoffsche Ketten, Stationarität, Ergodizität und Analysis stochastischer Prozesse, Rauschvorgänge, Signalschätzung,
Optimalfilter.
Stabilitätstheorie dynamischer Systeme (Dr. U. Forster)
Beschreibung nichtlinearer Systeme: Zustandsmodell und Operatormodell, (harmonische) Linearisierung und Näherungsmethoden, Beispiele
nichtlinearer Phänomene (Oszillatoren, Grenzzyklen, Bifurkationen,
Chaos), Lyapunovsche Stabilitätstheorie, Operatorstabilität, Anwendungen und Kriterien für Regelungssysteme (Nyquist-, Kreis-, Popov-Kriterium).
Für den Studiengang Computational Engineering wurde folgende Vorlesung
konzipiert, die zusammen mit dem LMS angeboten wird:
Einführung in die Informationstechnik (Prof. Dr. J. Huber, apl. Prof. Dr. P.
Steffen, Priv.-Doz. Dr. R. Rabenstein)
Physikalische Grundlagen: Elektrisches Feld, Ladung und Strom, Grundlagen des Elektromagnetismus, Bauelemente. Analyse linearer Netzwerke: Maschenanalyse, Knotenanalyse. Systemtheoretische Beschreibung
linearer Netzwerke: Lösung im Zeit- und Frequenzbereich. Grundlagen
der Informationstechnik: Information, Übertragungsverfahren.
Alle Vorlesungen werden von Übungen begleitet, und zu allen Lehrveranstaltungen existieren ausführliche Unterlagen und Skripten.
Für besonders begabte Studenten werden regelmäßig zweiwöchige Intensivkurse zu aktuellen Themen der Informationsübertragung im Rahmen der Ferienakademie der Technischen Universität München und der FAU ErlangenNürnberg angeboten.
Besonders hervorzuheben ist die wechselseitige Abstimmung und Verzahnung der angebotenen Lehrveranstaltungen, die es ermöglicht, in der Lehre
moderne Verfahren der digitalen Übertragungstechnik einschließlich Mehrbenutzer- und Mehrkanalsysteme auf wissenschaftlich solidem theoretischen
Fundament, das zur Forschung auf diesem Gebiet befähigt, zu behandeln. Die
Vorlesung Nachrichtenübertragung wird derzeit im Rahmen der Virtuellen
5 Jahre LIT
11
Hochschule Bayern (vhb) zu einem Online-Kurs aufbereitet. Das Praktikum
Nachrichtenübertragung wird inhaltssynchron zur zugehörigen Lehrveranstaltung angeboten, so dass durch die parallele Präsentation in Vorlesung,
Übungen, Internet und Praktikum eine höchst effiziente Aufnahme der Lehrinhalte ermöglicht wird.
12
5 Jahre LIT
5. Forschung
Am LIT stehen Fragen der Gestaltung von Signalen zur hocheffizienten und
störresistenten digitalen Übertragung, sowie der zugehörigen Empfangsverfahren im Vordergrund des wissenschaftlichen Interesses. Dabei werden insbesondere die Bandbreiteneffizienz, d.h. die bestmögliche Nutzung von zur
Verfügung stehenden Frequenzbändern zur Informationsübertragung, die
Leistungseffizienz, d.h. eine möglichst hohe Resistenz von Nachrichtensignalen gegenüber Störungen, sowie die Komplexitätseffizienz, also die möglichst vollständige Verwertung aller im Empfangssignal über die in der gesendeten Nachricht enthaltene Information bei vertretbarem Implementierungsaufwand, in ihren Wechselbeziehungen analysiert und gemeinsam optimiert. Diese Ziele werden durch die Entwicklung und Anwendung neuer Verfahren der Kanalcodierung und insbesondere der Decodierung, durch iterative
und nichtlineare Empfangsstrategien für Mehrteilnehmersignale, sowie die
Entwicklung neuer Entzerrungs- und nichtlinearer Vorverzerrungsverfahren
verfolgt. Die Forschungsgebiete des Lehrstuhls für Informationsübertragung
spiegeln die vielfältigen Aufgaben bei der zuverlässigen digitalen Nachrichtenübertragung und deren breites Einsatzspektrum wider. Dabei werden sowohl grundlegende informationstheoretische Untersuchungen angestellt, als
auch die effiziente Realisierung neuer Verfahren und deren Einsatz in zukünftigen Kommunikationssystemen betrachtet.
5.1 Forschungsschwerpunkte
5.1.1 Digitale Übertragungsverfahren
Grundlagen und Anwendungen moderner digitaler Übertragungsverfahren
bilden zentrale Forschungsthemen am Lehrstuhl. Ein Arbeitsfeld ist die Analyse und Optimierung von Mehrträgerverfahren für vielfältige Einsatzgebiete,
beispielsweise in der drahtlosen Vernetzung von Computern (Wireless LAN),
zur schnellen digitalen Übertragung über symmetrische Leitungen (xDSLTechnik), oder bei der digitalen Übertragung über Stromversorgungsleitungen. Inkohärente Verfahren, welche auch ohne genaue Kenntnis von Parametern des Übertragungskanals (z.B. Phase der Trägerschwingung, schnelles
Schwundverhalten usw.) auskommen, gewinnen zunehmend an Bedeutung.
Für Mehrantennensysteme und die dazugehörenden Methoden der RaumZeit-Modulation/Codierung werden erfolgreich Vorcodierungsverfahren und
Empfangsstrategien entwickelt. In den letzten Jahren wurden insbesondere
vielfältige Aspekte der schnellen digitalen Übertragung über symmetrische
5 Jahre LIT
13
Leitungen (xDSL-Technik) und der Übertragung über das Energieverteilnetz
(Power-Line Communications) bearbeitet.
5.1.2 Kanalcodierung
Einen Forschungsschwerpunkt am LIT bildet die Analyse, der Entwurf und
die Optimierung von Kanalcodierungsverfahren. Von speziellem Interesse ist
dabei die Verbindung von Codierung und höherstufiger Modulation zur Realisierung bandbreiteneffizienter digitaler Übertragungsverfahren. Dabei konnten höchst bandbreiteneffiziente codierte digitale Übertragungsverfahren entwickelt werden, die informationstheoretische Existenzschranken sehr nahe
erreichen und dabei zugleich Komplexitätsvorteile gegenüber Konkurrenzverfahren bieten. Neben der Betrachtung von Kanälen mit additiver gaußscher
Störung spielen zunehmend Kanalcodierungsverfahren für Schwundkanäle
und bei inkohärenten Übertragungsverfahren eine wichtige Rolle. Der Entwurf von sogenannten Turbo-Codes und deren iterative Decodierung werden
untersucht. Speziell für kurze Codewortlängen werden die einzelnen Komponenten, insbesondere der Interleaver, optimiert und das Konvergenzverhalten
des Decoders theoretisch analysiert. Darüber hinaus sind hierarchische Codes
für einen ungleichen Fehlerschutz, beispielsweise für Multimediadaten mit
unterschiedlicher Wichtigkeit, von Interesse.
5.1.3 Grundlagen der Mobilkommunikation
Informationstheoretische Aspekte und Grenzen von Code-Division MultipleAccess (CDMA)-Verfahren für die Mobilkommunikation stellen seit 1992 ein
erfolgreiches Arbeitsgebiet der Grundlagenforschung am Lehrstuhl dar. Die
erreichbare spektrale Effizienz wird für unterschiedliche Empfängerstrategien
informationstheoretisch analysiert und verglichen. Daraus werden neue iterative Methoden zur Multiuser-Detektion, zur Decodierung und zur Kanalschätzung entwickelt und optimiert. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich zur
Kapazitätssteigerung bei CDMA-Mobilkommunikationssystemen (UMTS
und Nachfolgesysteme) anwenden.
5.1.4 Digitale Wasserzeichen
Im Forschungsprojekt Digitale Wasserzeichen, das in Kooperation mit dem
Lehrstuhl für Multimediakommunikation und Signalverarbeitung (LMS) bearbeitet wird, wird die robuste und sichere Kommunikation mittels sogenannter Wasserzeichennachrichten, die nicht wahrnehmbar in Vordergrundsignale (z.B. Bild, Bewegtbildsequenz, Audiosignal, allgemeine Datensätze)
14
5 Jahre LIT
eingebettet sind, untersucht. Durch diese Methoden kann zum Beispiel der
Schutz von Urheberrechten und die Integrität von Daten sichergestellt werden. Aus grundlegenden informationstheoretischen Untersuchungen werden
neue Wasserzeichenverfahren für die Praxis entwickelt. Schwerpunkte sind
die Entwicklung von Verfahren mit hoher Kapazität im Wasserzeichensignal
und von Wasserzeichendetektoren, die sich robust gegen Desynchronisationsangriffe erweisen.
5.2 Aktuell laufende Forschungsprojekte
Von den vielen Projekten, die in den letzten 5 Jahren mit unterschiedlichen
Partnern durchgeführt wurden, seien hier nur diejenigen genannt, die derzeit
bearbeitet werden.
5.2.1 Analyse und Design iterativ decodierter Kanalcodierungsverfahren
Iterative Verfahren erlauben die Decodierung von hocheffizienten Kanalcodierungsverfahren mit quasi-zufälligen Konstruktionsmerkmalen, wie z.B.
Turbo-Codes oder LDPC-Codes. Mittels spezieller ASICs für Komponentendecoder sind iterative Decodierverfahren heute bereits bei Datenraten bis 250
Mbit/s implementierbar.
Die Leistungsfähigkeit iterativ decodierter Kanalcodierungsverfahren wird
vorrangig durch das Konvergenzverhalten des Decodierprozesses bestimmt.
Dieses lässt sich anhand informationstheoretischer Kenngrößen für einzelne
Komponentencodes (z.B. die sog. extrinsic information transfer (EXIT) -Charakteristik) relativ genau analysieren.
Im Forschungsprojekt werden Methoden entwickelt, die Informationsverarbeitung durch Coder und Decoder für die Komponentencodes verketteter
Codierschemata sehr allgemein informationstheoretisch zu erfassen, um hieraus EXIT-Charts auf direktem Wege ableiten zu können. Dabei wird insbesondere das Verhalten von Codes für den Fall genauer betrachtet, dass die
Coderate die Kanalkapazität überschreitet. Das Zusammenwirken der aus unterschiedlichen Komponentendecodern gewonnenen Information für die
nächsten Iterationsschritte wird durch einfache informationstheoretische Modelle approximiert. Diese Hilfsmittel erlauben nun, auch Turbo-Codes mit
mehreren und zudem grundsätzlich verschiedenen Komponentencodes sehr
effizient zu analysieren. Auf diese Weise gelingt es, optimale Komponentencodes und Punktierungsmuster zur Ratenadaption ohne sehr aufwändige Gesamtsystemsimulationen zu bestimmen. Insbesondere im Bereich niederrati-
5 Jahre LIT
15
ger Codes, die für CDMA-Verfahren von hoher Bedeutung sind, konnten bereits neue Verfahren entwickelt werden, die derzeit mit deutlichem Abstand
die höchste Leistungseffizienz erreichen.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. S. Hüttinger)
5.2.2 Codierte Modulation für die inkohärente Übertragung über Fading-Kanäle
Durch den Einsatz von Kanalcodierung kann die Leistungseffizienz eines digitalen Übertragungssystems wesentlich gesteigert werden, bzw. bei gleichbleibender Qualität (z.B. Bitfehlerrate) kann die Sendeleistung stark reduziert
werden. Zur Steigerung der spektralen Effizienz (Datenrate je Hertz Bandbreite) eines Übertragungsverfahrens können höherstufige Modulationsverfahren zum Einsatz kommen. In diesem Fall ist jedoch die Kanalcodierung in
geeigneter Weise an das Modulationsverfahren anzupassen, was Ziel der sog.
codierten Modulation ist. Im Projekt werden Verfahren der codierten Modulation für die Übertragung über Fading-Kanäle untersucht und optimiert. Neben einer zufälligen Dämpfung des Datensignals kommt bei solchen
Schwundkanälen erschwerend hinzu, dass die Empfangssignale im Vergleich
zum Sendesignal eine unbekannte Phasenverschiebung aufweisen. Für einen
inkohärenten Empfang (d.h. ohne Kenntnis der Phasenverschiebung) konnten
im Sinne der Informationstheorie optimale Verfahren gefunden werden. Die
Arbeiten verallgemeinern und erweitern die Methoden der codierten Modulation vom AWGN (additive white Gaussian noise)-Kanal auf eine wesentlich
breitere Klasse von Übertragungskanälen.
(Projektleitung: Priv.-Doz. Dr. R. Fischer, Mitarbeit: Dr. L. Lampe)
5.2.3 Digital Audio Radio Services (DARS)
Für das digitale Rundfunksystem XMradio wurde dessen physikalische
Schicht unter der Projektbezeichnung "Digital American Radio Services"
(DARS) in erster Linie am Institut für Integrierte Schaltungen (IIS-A) der
Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) in Erlangen-Tennenlohe entwickelt. Bei dieser
Arbeit wurde ein kompletter Standard zur simultanen Nachrichtenübertragung
über terrestrische Sender und zwei Satelliten entwickelt. Bei dieser speziellen
Kombination von Übertragungswegen waren auch neuartige Problemstellungen zu betrachten: Wie sollte das Verfahren für alle denkbaren Empfangsszenarien am günstigsten gestaltet werden, in denen z.B. beide Satelliten gleichzeitig oder nur ein Satellit plus das Signal von einem (oder mehreren) terrestrischen Sender(n) empfangen werden können?
Als Partner des IIS-A der FhG in diesem Projekt ist der Lehrstuhl für Informationsübertragung am Entwurf mehrerer Komponenten des DARS-Systems beteiligt. Einen ersten Schwerpunkt bildete die Entwicklung eines neu-
16
5 Jahre LIT
artigen Kanalcodierungsverfahrens, das allen Empfangssituationen gerecht
wird. Anstelle gleicher Signale werden von den einzelnen Sendern unterschiedliche Teile eines langen, hochredundanten Codes abgestrahlt, wobei
durch Interleaving und nichtlineare Multiuser-Empfangsverfahren eine empfangsseitige Auftrennung der überlagerten Signale erfolgt, und somit eine
hocheffiziente Kanaldecodierung ermöglicht wird. Auf diese Weise werden
mittels eines einzigen Codes sowohl Zeitvielfach- als auch Raumvielfachübertragung genutzt (time and space diversity). Für die optimale Decodierung
wurde zudem ein neues hocheffizientes Verfahren zur Schätzung der Signalrauschleistungsverhältnisse für alle Empfangssignalkomponenten entwickelt.
Darüberhinaus wurde ein bereits 1996 am LIT erfundenes Verfahren zur Spitzenwertreduktion bei Mehrträgermodulation (OFDM) für DARS angepasst
und so weiterentwickelt, dass nun keine Übertragung von Seiteninformation
mehr erforderlich ist.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Dipl.-Ing. E. Eberlein (FhG), Mitarbeit:
Dr. M. Breiling)
5.2.4 Digitale Funkfernsteuersysteme
Bei Funkfernsteueranlagen, die heutzutage z.B. für Flug- oder Fahrzeugmodelle, aber auch zur Fernsteuerung von großen Krananlagen und sogar Rangierlokomotiven eingesetzt werden, werden neuere Erkenntnisse der Nachrichtentechnik zur digitalen Übertragung, Quellen- und Kanalcodierung, Modulation und Detektion, Vielfachzugriff und wechselseitiger Interferenzminimierung kaum in der Praxis angewendet. In diesem praxisnahen Forschungsprojekt werden Fragestellungen der kosteneffizienten Umsetzung moderner
Übertragungs- und Vielfachzugriffsverfahren, wie z.B. die Verknüpfung von
Continuous Phase Modulation (CPM) mit Code-Division Multiple Access
(CDMA), auf diesem Anwendungsbereich untersucht. Dabei stehen sowohl
eine deutliche Verbesserung der Störresistenz und Ausfallsicherheit, als auch
eine Vervielfachung der am gleichen Ort und zur gleichen Zeit innerhalb der
hierfür bereitgestellten Frequenzbänder zur Verfügung stehenden unabhängigen Fernsteuerkanäle im Mittelpunkt der Untersuchungen. Praktische Umsetzungen neuer Verfahren in Zusammenarbeit mit mittelständischen Unternehmen sind vorgesehen.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. U. Berold)
5.2.5 Einbettung von digitalen Wasserzeichen in Multimediadokumente
Die digitale Darstellung von Audio-, Bild- und Videodokumenten hat sich in
den vergangenen Jahren mehr und mehr durchgesetzt. Der Erfolg der digitalen Technologie ist vor allem auf die Möglichkeit zur effizienten Übertra-
5 Jahre LIT
17
gung, Speicherung und Vervielfältigung ohne Qualitätseinbuße zurückzuführen. Allerdings bringt gerade die zuletzt genannte Eigenschaft schwerwiegende Probleme mit sich, da sich illegales Vervielfältigen von digitalen Dokumenten ebenso einfach gestaltet. Ein Ansatz, diesem Problem zu begegnen,
besteht in einem Markieren der Dokumente, um Urheberrechte nachweisen zu
können. Diese Markierung soll zwar für den Benutzer des Dokuments nicht
unmittelbar störend sein, muss jedoch selbst nach Digital/Analog-Analog/Digital-Umsetzung noch nachweisbar sein. Viele Arten digitaler Dokumente können geringfügig verändert werden ohne merkliche Qualitätseinbuße
für die menschliche Wahrnehmung. Solche Veränderungen können beispielsweise in den Abtastwerten von Audiosignalen oder der Helligkeitsinformation
von Bild-/Videodaten vorgenommen werden. In Anlehnung an die Wasserzeichen in Banknoten wurde für das Einbringen dieser unmerklichen Veränderungen in digitale Dokumente der Begriff „Einbettung digitaler Wasserzeichen“ geprägt. Aktuelle Forschungsergebnisse des Projekts auf dem Gebiet
der digitalen Wasserzeichen beziehen sich auf den Einfluss von Quantisierung
auf eingebettete Wasserzeichen (Quantisierung wie sie in modernen Kompressionsverfahren wie JPEG und MPEG eingesetzt wird), sowie den Einfluss
der spektralen Verteilung von Wasserzeichen auf deren Robustheit, speziell
bezüglich Angriffen durch lineare Filterung und additive Rauschstörung.
Schwerpunkt der Forschung sind derzeit Verfahren zur Einbettung von Wasserzeichen, bei denen keine Interferenz mit dem Dokument/Trägersignal auftritt und sich somit, speziell bei schwachen Angriffen, wesentlich höhere Informationsmengen einbetten lassen. Aufgrund der Interferenzfreiheit mit dem
Trägersignal ist die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens unabhängig vom
Wissen des Decoders um das Trägersignal. Als weiterer Schwerpunkt wird in
diesem Projekt mit den Mitteln der Kanalschätzung, wie sie beispielsweise in
der digitalen Übertragung eingesetzt werden, an Methoden gearbeitet, Angriffen durch nichtlineare Verzerrung zu widerstehen. Untersuchungen aus dem
Blickwinkel der Informationstheorie runden die Forschungsarbeit ab und zeigen die Grenzen für Wasserzeichen auf. Das Projekt, das gemeinsam mit dem
LMS durchgeführt wird, wird von der DFG im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Verteilte Verarbeitung und Vermittlung digitaler Dokumente“
(V3D3) gefördert.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Prof. Dr. A. Kaup (LMS), Mitarbeit:
Dipl.-Ing. R. Bäuml, Dipl.-Ing. R. Tzschoppe)
5.2.6 Entwurf und Optimierung verketteter Space-Time-Codes
Durch eine serielle Verkettung von Kanalcodes (z.B. Faltungscodes) mit
Space-Time-Codes und die Anwendung iterativer Decodierverfahren ist eine
hohe Leistungs- und Bandbreiteneffizienz bei der digitalen Übertragung über
18
5 Jahre LIT
Fadingkanäle möglich. Im Forschungsprojekt werden sowohl hochratige
nicht-orthogonale Space-Time-Codes als auch die direkte Überlagerung unterschiedlicher Datenströme bei frei wählbarer Anzahl von Sende- und Empfangsantennen untersucht. Die Optimierung der Komponentencodes und der
Zuordnungsvorschrift für PAM-Modulationsverfahren erfolgt anhand von
sog. EXIT-Charts. Erste Ergebnisse zeigen, dass auf diese Weise neue leistungsfähige Übertragungsverfahren für MIMO-Fadingkanäle gefunden werden können, die sich zugleich hinsichtlich des Implementierungsaufwands als
günstig erweisen.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: M.Sc. Lu Zhao, Dipl.-Ing. P.
Gunreben, Lucent Technologies)
5.2.7 Hierarchische Kanalcodierung für höhere Protokollschichten
In derzeit gebräuchlichen digitalen Sprachsignalübertragungseinrichtungen
werden fehlerkorrigierende und fehlervermeidende Codes (engl.: "FEC":
Forward Error Correction) eingesetzt und Sprachcodierschemata mit Fehlerverschleierung (engl.: error concealment) verwendet. Bitfehler werden dann
als Hintergrundrauschen wahrgenommen, das sich mit zunehmender Fehlerhäufigkeit verstärkt. Bei Datenverbindungen benutzt man meist ein Wiederholanfrageprotokoll (engl.: "ARQ": automatic repeat request) zur Datensicherung. So wird vermieden, dass fehlerhafte Daten an die Anwendung übergeben werden. Für Echtzeit-Multimedia-Anwendungen wie z.B. Videoübertragung sind beide Verfahren kaum verwendbar, da die Verzögerungen, die ein
ARQ-Protokoll erzeugt, nicht toleriert werden können. Außerdem ist beim
gleichzeitigen Rundfunk von Nachrichten an mehrere Empfänger die Anwendung von ARQ-Protokollen nicht möglich. Andererseits führen Bitfehler, die
trotz Anwendung eines Kanalcodierverfahrens zur Fehlerkorrektur nicht auszuschließen sind, wenn auf ARQ verzichtet wird, z.B. bei üblichen Videocodierungsverfahren, zu erheblichen Störungen, da Fehlerfortpflanzung auftritt.
Als Ausweg werden in diesem Forschungsprojekt sog. „hierarchische Kanalcodierverfahren“ untersucht und weiterentwickelt. Mit hierarchischer Codierung sollen Daten mit einem einzigen Kanalcode so geschützt werden, dass je
nach Übertragungseigenschaften des Kanals mehr oder weniger sicher Teildaten empfangen und decodiert werden können, und zwar ohne Rückkanal
und ohne Steuerung des sendeseitigen Coders. Betrachtet man einen Rundfunkkanal aus informationstheoretischer Sicht, stellt man fest, dass sich die
eigentlich unabhängigen Kanäle mit gemeinsamem Eingang zu den einzelnen
Nutzern als Kaskade von einfacheren Kanälen darstellen lassen. Außerdem ist
es möglich, eine Überlagerungscodierung als das theoretisch optimale Verfahren zur Datenübertragung zu identifizieren. Solange an alle Teilnehmer Daten
übertragen werden, ist das meistens angewendete Referenzverfahren des
5 Jahre LIT
19
Zeitmultiplexes suboptimal. Eine spezielle Konstruktion einer Überlagerungscodierung stellen die sogenannten „verallgemeinert verketteten Codes“
(engl.: "generalized concatenated codes" – daher auch die Abkürzung GCCodes) dar. Hier werden mehrere äußere Codes so miteinander verbunden,
dass sie gemeinsam aus dem Codewortvorrat eines inneren Codes das zu übertragende Codewort aussuchen. Im Projekt, das durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert wird, werden nun solche verketteten Kanalcodes hierarchisch optimiert, um zu zeigen, dass sich auch bei praktischen Anwendungen die theoretische Überlegenheit der Überlagerungscodierung in einen Gewinn an Leistungseffizienz in einem Rundfunksystem übertragen lässt.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. S. Hüttinger, Dipl.Ing. Th. Dorsch (DLR))
5.2.8 Inkohärente Space-Time-Übertragung
Der Einsatz mehrerer Sende- und Empfangsantennen kann die Leistungsund/oder Bandbreiteneffizienz drahtloser digitaler Übertragungssysteme enorm steigern. Die Methoden der Codierung und der Modulation für derartige
Mehrantennensysteme werden üblicherweise unter den Begriffen SpaceTime-Codierung (STC) und Space-Time-Modulation (STM) zusammengefasst.
In aktuellen Forschungen auf dem Gebiet der Mehrantennensysteme wird
einer speziellen Form der STM, der sogenannten differentiellen STM
(DSTM), besondere Aufmerksamkeit zuteil. DSTM zeichnet sich dadurch
aus, dass in der Empfängereinheit eine Datendetektion ohne jedwede Kenntnisse über den aktuellen Übertragungskanal, also eine sog. inkohärente Detektion ohne Kanalzustandsinformation, vorgenommen werden kann. Diese
Eigenschaft ist insbesondere für relativ schnell zeitvariante Übertragungskanäle von entscheidendem Vorteil. Während relativ umfangreiche Untersuchungen zum Entwurf von Sendesignalformen für DSTM in der Literatur zu
finden sind, wurde die Problematik eines effizienten inkohärenten Empfängers für DSTM bisher wenig beachtet. D.h., es wurden empfangsseitig ausschließlich Formen eines einfachen, jedoch nicht leistungseffizienten konventionellen differentiellen Detektors (conventional differential detection (CDD))
eingesetzt.
Aus diesem Grund werden in dem Forschungsprojekt „Inkohärente SpaceTime-Übertragung“ ausgereiftere inkohärente Detektionsverfahren für DSTM
entwickelt und bewertet. Ausgehend von Erfahrungen bei Einantennensystemen (vgl. auch das Projekt „Codierte Modulation für die inkohärente Übertragung über Fading-Kanäle“) und in weitgehender Analogie zur weit verbreiteten differentiellen Phasenumtastung (differential phase-shift keying
(DPSK)) für eine Sendeantenne werden die sogenannte Multiple-Symbol Dif-
20
5 Jahre LIT
ferentielle Detektion (multiple-symbol differential detection (MSDD)) und
die Entscheidungsrückgekoppelte Differentielle Detektion (decision-feedback
differential detection (DFDD)) abgeleitet und untersucht. Analytische und simulative Ergebnisse für MSDD- und DFDD-basierte Empfänger bei DSTM
zeigen, dass signifikante Verbesserungen der Leistungseffizienz gegenüber
CDD zu erzielen sind, und dass damit auch die potenziellen Einsatzszenarien
für DSTM erheblich ausgedehnt werden können.
Ein zweiter Schwerpunkt des Forschungsprojektes ist die Verknüpfung von
Methoden der Kanalcodierung mit DSTM bei gleichzeitigem Einsatz der verbesserten inkohärenten Empfänger. Hierbei stehen sowohl asymptotisch (im
Sinne der Kanalkapazität) optimale als auch bzgl. des Kanalverhaltens robuste
sowie niedrig komplexe Verfahren im Mittelpunkt des Interesses.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dr. L. Lampe, Prof. Dr. R.
Schober)
5.2.9 Iterative Multiuser Detection
Bei zukünftigen Mobilkommunikationsverfahren wird Code-Division Multiple Access (CDMA) als Mehrfachzugriffsverfahren auf dem Funkkanal eingesetzt, z.B. bei UMTS. Damit ist es möglich, sowohl die Zahl der Teilnehmer im Mobilfunksystem zu erhöhen als auch die gestiegenen Anforderungen
bzgl. der übertragbaren Datenrate zu erfüllen. Um die Vorteile von CDMA in
Zukunft besser nutzen zu können, ist es notwendig, neue, intelligentere Empfänger zu entwickeln. Ein besonderer Aspekt ist hierbei die Unterdrückung
von Störungen, die durch Signale anderer Teilnehmer (Multiuser-Interferenz)
entstehen. Dies kann mit Hilfe sogenannter Multiuser-Detektoren erfolgen. Im
Rahmen des Forschungsprojektes werden iterative Verfahren zur MultiuserDetektion entwickelt, die sich durch eine wesentlich geringere Komplexität
gegenüber den theoretisch optimalen Verfahren auszeichnen und trotzdem eine Übertragung nahe an der sogenannten "Single User Bound" ermöglichen.
Dies beinhaltet sowohl Empfängerkonzepte, für die eine perfekte Kenntnis
des Übertragungskanals vorausgesetzt wird, als auch Verfahren, die eine
Schätzung des Kanals beinhalten. Der iterative Prozess der wechselseitigen
zunehmenden Unterdrückung der Multiuser Interferenz umfasst ebenfalls Kanalcodierverfahren für die einzelnen Teilnehmersignale.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. A. Lampe)
5.2.10 Multiuser Detektion für UTRA/FDD Uplink
Die im UMTS Mobilfunkstandard auf der Funkschnittstelle (UMTS Terrestrial Radio Access, kurz UTRA) benutzte Übertragungstechnik, Code-Division Multiple Access (CDMA), bedingt, dass sämtliche aktiven Teilnehmer
in einer Funkzelle gleichzeitig Signale zur Basisstation senden (Uplink-Rich-
5 Jahre LIT
21
tung). Da diese Signale im selben Frequenzbereich liegen, kommt es zu sogenannter Multiuser Interferenz, d.h. die Signale stören sich durch die Überlagerung gegenseitig. Die Trennung dieser Signale erfolgt an der Basisstation üblicherweise durch Korrelation mit den Signatursequenzen der Teilnehmer
(RAKE Empfänger). Wegen der Asynchronität der Teilnehmersignale sowie
der Mehrwegeausbreitung auf den Funkkanälen kann nicht garantiert werden,
dass an der Basisstation die Korrelationen zwischen den Signatursequenzen
genügend gering ist, um die Teilnehmersignale zuverlässig trennen zu können. Abhilfe kann in diesem Fall sog. Multiuser Detektion schaffen, bei der,
wie der Name schon sagt, versucht wird, mehrere Benutzer gleichzeitig zu detektieren, wobei unter Ausnutzung der Kenntnis der Korrelationen zwischen
den Signatursequenzen dies auch besser als im einfachen RAKE Empfänger
möglich ist. Im Projekt wird der Einsatz verschiedener Multiuser Detektionsverfahren untersucht.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. A. Lampe, Dipl.-Inf.
C. Windpassinger, Priv.-Doz. Dr. R. Fischer)
5.2.11 Optimierung der parallelen Datenübertragung im UMTS Downlink
Wie in allen Bereichen der Nachrichtentechnik steigt auch in der Mobilkommunikation der Bedarf an hochratiger Datenübertragung. Während bei dem
momentan aktuellen Mobilfunkstandard GSM im EDGE-Modus eine maximale Datenrate von etwa 384 kbit/s erreicht werden kann, sind es bei dem vor
der Markteinführung stehenden Mobilfunkstandard UMTS bereits 2 Mbit/s
und mehr. Zu erwarten ist, dass diese hohen Datenraten gerade im Downlink,
d.h. bei der Übertragung von der Basisstation zur Mobilstation, zum schnellen
Download großer Datenmengen benötigt werden.
Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Optimierung und Entwicklung
von Empfängeralgorithmen im Downlink, wenn durch Kanalbündelung mehrere Datenströme parallel von der Basisstation zu einem mobilen Endgerät
übertragen werden. Dabei sind deutlich strengere Anforderungen an die
Komplexität zu stellen als im Uplink, also bei der Übertragung von der Mobilstation zur Basisstation. Vorteilhaft dagegen wirkt sich im Downlink aus,
dass die Interferenzen wie Intersymbol-Interference und Multiaccess-Interference innerhalb einer Funkzelle hauptsächlich nur durch den einen Übertragungskanal bestimmt sind, der gerade zwischen Basisstation und Mobilstation
besteht. Andererseits kommen zu den angesprochenen Intrazell-Interferenzen
noch die Interzell-Interferenzen hinzu, insbesondere wenn sich die Mobilstation am Funkzellenrand befindet.
Im Rahmen des Forschungsprojektes werden verschiedene in Frage kommende Empfängeralgorithmen für den Downlink von UMTS bezüglich Leistungsfähigkeit und Komplexität getestet und optimiert. Als Verbesserungen
22
5 Jahre LIT
zum Standard sog. Rake-Empfänger, der als Referenz dient, wurden sowohl
Maßnahmen zur linearen Kanalentzerrung auf Chipebene als auch Maßnahmen zur linearen Entzerrung auf Symbolebene, wie z.B. mit einem Generalized Rake Receiver, untersucht. Hierbei stellte sich die deutliche Überlegenheit der linearen Kanalentzerrung mit Minimum Mean-Squared Error Ansatz
hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Komplexität heraus. Ein neuer vielversprechender Ansatz, der eine Entscheidungsrückkopplung (Decision Feedback) nutzt, wurde ebenfalls untersucht. Für Szenarien mit Intrazell- und Interzell-Interferenzen sind jedoch komplexere Algorithmen, wie z.B. Iterative
Soft Decision Interference Cancellation (ISDIC, siehe Forschungsprojekt "Iterative Multiuser Detection") nötig, um einen sicheren Empfang zu gewährleisten, wobei ISDIC selbst bei höherstufiger Modulation, wie z.B. 16QAM
sehr gute Ergebnisse liefert. Wie in den Untersuchungen gezeigt werden
konnte, eignet sich ISDIC ebenso sehr gut zur Kanalentzerrung bei Verwendung von Pulsamplitudenmodulation als Übertragungsverfahren.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. J. Rößler)
5.2.12 Präsentation der Vorlesung „Nachrichtenübertragung“ in der Virtuellen Hochschule Bayern (vhb)
Der Umgang mit dem Internet ist mittlerweile zu einer gefragten Schlüsselkompetenz in allen Berufszweigen in Forschung und Lehre geworden. In der
vhb bündeln die bayerischen Hochschulen ihre Kräfte, um den Studierenden
und später auch Fort- und Weiterbildungsinteressierten bedarfsorientiert Lernangebote multimedial zur Verfügung zu stellen. Der Zugang zu den
Lehrangeboten kann über internetfähige Rechner zu Hause, am Arbeitsplatz
oder in den bayerischen Hochschulen erfolgen. Eine besondere zusätzliche
technische Ausstattung wird nicht benötigt.
Am Lehrstuhl für Informationsübertragung wird die Vorlesung Nachrichtenübertragung als Basislehrveranstaltung für ein weitergehendes Lehrprogramm zu Kommunikationssystemen und Nachrichtentechnik durchgeführt
und soll nun der vhb zur Verfügung gestellt werden. Eine Vielzahl von interaktiven Simulationsmodellen verschiedener Signalformen und Systemkomponenten dient zur praxisnahen Veranschaulichung der Lehrinhalte. Beispiele
zur Audio- und Videosignalübertragung verdeutlichen die unterschiedlichen
Eigenschaften und Qualitätsmerkmale der verschiedenen Nachrichtenübertragungsverfahren. Der 1. Teil der Lehrveranstaltung soll die Teilnehmer mit
den Grundprinzipien der analogen Nachrichtenübertragung über leitungsgebundene und drahtlose Übertragungsmedien vertraut machen.
Im 2. Teil werden digitale Übertragungsverfahren behandelt werden.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. B. Matschkal, Dipl.Ing. (FH) B. Westrich)
5 Jahre LIT
23
5.2.13 Schnelle digitale Übertragung über Energieversorgungsleitungen
Die weltweite Liberalisierung und Harmonisierung der Telekommunikationsmärkte eröffnet Anbietern und Verbrauchern ein weites Feld, bestehende
und neue Formen von Datendienstleistungen zu offerieren bzw. zu nutzen.
Neue Anbieter besitzen jedoch nur in Ausnahmefällen eigene Leitungen bis
zum Endkunden, so dass Übertragungswege von z.B. ehemaligen Monopolanbietern gemietet werden müssen. Eine wirtschaftlich wie technisch gleichermaßen interessante Alternative hierzu bietet die Informationsübertragung
über das existierende Stromnetz. Die Nutzung des Stromnetzes als Medium
zur Datenübertragung wird als Powerline Communication (PLC) bezeichnet.
Die besondere Problematik der PLC besteht zum einen in der massiven „Störung“ des Datensignals durch die Energieübertragung und zum anderen in der
unerwünschten Antennenwirkung von Stromversorgungsnetzen zur Abstrahlung hochfrequenter, informationstragender Signale, so dass durch PLC Störungen in Funkübertragungssystemen verursacht werden könnten. Während
ersteres eine hohe Leistung des informationstragenden Signals erfordert, erzwingt der zweite Effekt jedoch niedrigste Sendeleistungen. Diesem Dilemma
kann man durch intelligente Übertragungsverfahren mit höchst effizienten
Kanalcodierungs- und Modulationsverfahren begegnen, die im Rahmen dieses
Projektes entwickelt werden. Kernpunkt ist dabei die Betrachtung von Mehrträgerübertragung mittels orthogonalem Frequenzmultiplex (OFDM), um der
Mehrwegeausbreitung des Datensignals infolge vielfältiger Reflexionen effizient begegnen und für die Detektion nutzbar machen zu können. Zur Steigerung der Robustheit des Übertragungsverfahrens gegen zeitliche Änderung
des Übertragungsmediums werden ausgereifte inkohärente Empfängerstrukturen entwickelt, mit denen die Leistungseffizienz kohärenter Verfahren sehr
nahe erreicht wird.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dr. L. Lampe, Dipl.-Ing. U. Berold)
5.2.14 Spectral Efficiency of CDMA Mobile Communication
Bei zukünftigen Mobilkommunikationssystemen wird Code-Division Multiple Access (CDMA) als Vielfachzugriffsverfahren auf dem Funkkanal eingesetzt, z.B. bei UMTS. Neben der Entwicklung praxistauglicher Übertragungsverfahren ist für die mittelfristige Entwicklung dieser Technik die Bestimmung von theoretischen Möglichkeiten und Grenzen sowohl hinsichtlich
der spektralen Effizienz (Teilnehmerkapazität) als auch der Leistungseffizienz
mit Methoden der Informationstheorie von grundsätzlicher Bedeutung. Auf
diese Weise erhält man allgemeingültige, d.h. von der aktuellen Implementie-
24
5 Jahre LIT
rung unabhängige, Aussagen über die Systemeigenschaften in Abhängigkeit
von der Zahl der Systembenutzer, der Genauigkeit der Schätzung des Übertragungskanals und des eingesetzten Detektionsprinzips. Solche Existenzschranken werden, wie von Shannon bereits für die Kanalcodierung erfolgreich angewendet, mit Hilfe von Ensemblemittelungen über zufällige Signatursequenzen (Spreizcodes) für die Teilnehmer gewonnen. Diese Vorgehensweise wird auch dadurch motiviert, dass aufgrund von Mehrwegeausbreitung
bei der Funkübertragung die empfangsseitig entstehenden, sog. effektiven
Spreizsequenzen diesem zufälligen Verhalten sehr gut entsprechen. Mit Hilfe
dieser Methode lassen sich Theoreme zur Verteilung der Eigenwerte zufälliger Korrelationsmatrizen nutzen, um analytische Verfahren zur Berechnung
sowohl von Störabständen als auch von Kanalkapazitäten für optimale und
suboptimale Empfangsverfahren abzuleiten. Die bisher gewonnenen Resultate
zeigen, dass durch Anwendung geeigneter linearer (z.B. Minimum MeanSquared Error Filter) und nichtlinearer (z.B. iterative Subtraktion von Multiuser-Interferenzen) Methoden spektrale und Leistungseffizienz gegenüber
bisher diskutierten Werten noch sehr weit angehoben werden können. Insbesondere konnte auch nachgewiesen werden, dass CDMA mit zufälligen Signatursequenzen hinsichtlich der einzusetzenden Gesamtsendeleistung für alle
Teilnehmer enorme Vorteile gegenüber traditionellen Mehrfachzugriffsverfahren wie TDMA und FDMA, die Orthogonalität der Teilnehmersignale sicherstellen, bietet.
(Projektleitung: Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.-Ing. A. Lampe)
5.2.15 Vorcodierung für MIMO-Kanäle und Multiuser-Systeme
In den letzten Jahren hat das Interesse an Übertragungssystemen, die durch
Kanäle mit mehreren Ein- und Ausgängen, sog. MIMO-Kanäle (Multiple-Input/Multiple-Output) beschrieben werden, stark zugenommen. Solche Modelle ergeben sich z.B. wenn mehrere Sende- und Empfangsantennen zum
Einsatz kommen. Theoretische Untersuchungen haben gezeigt, dass sich
durch die Verwendung von Antennenarrays in Sender und Empfänger die
spektrale Effizienz, und damit die Datenrate für die Benutzer, signifikant steigern lässt. Da über mehrere Antennen gleichzeitig gesendet wird, überlagern
sich an jeder Empfangsantenne die abgestrahlten Teilsignale. Um die über die
einzelnen Antennen gesendeten Daten detektieren/decodieren zu können, ist
daher eine Entzerrung dieser Interferenzen unabdingbar. Zur Vermeidung einer Rauschverstärkung im Empfänger kommen hierzu üblicherweise nichtlineare Verfahren zum Einsatz. Neben Mehrantennensystemen lassen sich auch
Vielfachzugriffsverfahren basierend auf Codemultiplex (CDMA) als MIMOSysteme beschreiben. Diese sind besonders im Hinblick auf den Mobilfunkstandard UMTS von Interesse. Auch hier überlagern sich die Datensignale der
5 Jahre LIT
25
einzelnen Teilnehmer empfangsseitig und müssen im Allgemeinen entzerrt
werden. Im Projekt wird die Möglichkeit der Vor-Entzerrung für die beschriebenen Szenarien untersucht, d.h. unter Kenntnis der Übertragungseigenschaften des Kanals am Empfänger wird das Sendesignal geeignet modifiziert, um die Entzerrung am Empfänger überflüssig oder zumindest unproblematisch zu machen. Zentraler Gegenstand der Untersuchung ist hierbei die
nichtlineare Tomlinson-Harashima-Vorcodierung, da diese sowohl aufwandsgünstig zu realisieren ist als auch nahezu optimale Eigenschaften verspricht.
Das Projekt wird in Kooperation mit dem Heinrich-Hertz-Institut, Berlin, im
Rahmen des BMBF-Programms HyEff durchgeführt.
(Projektleitung: Priv.-Doz. Dr. R. Fischer, Prof. Dr. J. Huber, Mitarbeit: Dipl.Inf. C. Windpassinger)
5.2.16 Vorcodierung und Signalformung für die schnelle digitale Übertragung über stark verzerrende Kanäle
In den letzten Jahren hat der Bedarf an hochratiger digitaler Übertragung stark
zugenommen. Neue multimediale Dienste, wie z.B. persönliche Informationsund Bildungs-, aber auch Unterhaltungsangebote (Video-on-Demand), versprechen ein großer Markt in der Zukunft zu werden. Ohne Zweifel sind für
die benötigten hohen Übertragungsgeschwindigkeiten Lichtwellenleiter
(Glasfaserkabel) das geeignete Übertragungsmedium. Daneben existiert aber
noch das flächendeckende Netz der Kupferanschlussleitungen, das beginnend
um ca. 1900 ausschließlich für die analoge Übertragung von Telefonie ausgelegt wurde. Bereits Anfang der 80er Jahre wurde erkannt, dass sich dieses
wirtschaftlich äußerst bedeutende Netz sehr effizient zur schnellen und vor allem fast flächendeckenden Einführung neuer Dienste nutzen lässt. Zweidrahtleitungen bieten sich somit als Brücke und Wegbereiter für zukünftige
Entwicklungen an, womit ein langfristiger gradueller Übergang auf neue
Technologie erfolgen kann. Inzwischen ist diese Technikfamilie als xDSL
(digital subscriber lines) bekannt, wobei HDSL (high-rate DSL) und ADSL
(asymmetric DSL – von der Telekom als T-DSL vermarktet) die bekanntesten
Vertreter sind. Da symmetrische Kupferleitungen für die schnelle digitale Übertragung sehr ungünstige Eigenschaften besitzen, sind hierfür komplexe,
hochentwickelte und sehr leistungsfähige Übertragungsverfahren notwendig.
Im Projekt werden Methoden der Vorcodierung (sendeseitige Vorverzerrung
des Datensignals) und Signalformung (Erzeugung bestimmter gewünschter
Eigenschaften von Sende- und Empfangssignal) untersucht und für den Einsatz bei xDSL optimiert. Mehrere vielversprechende Verfahren zur schnellen
digitalen Übertragung über Kupfer-Zweidrahtleitungen konnten inzwischen
entwickelt werden.
(Projektleitung: Priv.-Doz. Dr. R. Fischer, Prof. Dr. J. Huber)
26
5 Jahre LIT
Viele der bereits abgeschlossenen Forschungsvorhaben bedürfen keiner gesonderten Beschreibung, da deren Ergebnisse ausführlich in den Dissertationen des LIT dargelegt wurden (vgl. Abschnitt 7.2).
6. Preise und Auszeichnungen
Vielfach wurden wissenschaftliche Publikationen und Promotionen mit Preisen und Auszeichnungen gewürdigt, darunter mehrere Literaturpreise und ein
Förderpreis der deutschen Informationstechnischen Gesellschaft, der Förderpreis der Mannesmann-Mobilfunkstiftung, sowie diverse Promotionspreise
der Technischen Fakultät Erlangen und viele andere mehr. Für Arbeiten zu
inkohärenten digitalen Übertragungsverfahren erhielt Herr Dr. Schober den
renommierten Heinz-Maier-Leibnitz-Preis 2002 der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
1997 Promotionspreis der Technischen Fakultät an Robert Fischer für seine
Dissertation zum Thema „Mehrkanal- und Mehrträgerverfahren für die
schnelle digitale Übertragung im Ortsanschlussleitungsnetz“
1998 Studienpreis der SEW-EURODRIVE Stiftung an Alexander Lampe
für seine Diplomarbeit zum Thema "Channel Capacity of Cellular Systems"
1999 Promotionspreis der Technischen Fakultät an Udo Wachsmann für
seine Dissertation zum Thema "Coded Modulation: Theoretical Concepts and Practical Design Rules"
2000 Förderpreis der Mannesmann-Mobilfunk-Stiftung an Ralf Müller für
seine Dissertation zum Thema "Power and Bandwidth Efficiency of
Multiuser Systems with Random Spreading"
2000 Literaturpreis der deutschen Informationstechnischen Gesellschaft
(ITG) an Udo Wachsmann, Robert Fischer und Johannes Huber für
eine Publikation zur codierten Modulation
2000 Förderpreis der deutschen Informationstechnischen Gesellschaft (ITG)
an Ralf Müller für seine Dissertation
27
5 Jahre LIT
2000 Preis für den besten Beitrag (Best Paper Award) zur Internationalen
Konferenz für drahtlose Nachrichtenübertragung (European Wireless)
an Robert Schober, Lutz Lampe und Wolfgang Gerstacker
2001 Literaturpreis der deutschen Informationstechnischen Gesellschaft
(ITG) an Wolfgang Gerstacker und Robert Schober für eine Publikation zur adaptiven Entzerrung bei inkohärenten digitalen Übertragungsverfahren
2002 Preis für den besten Beitrag (Best Student Paper Award) beim International Zurich Seminar on Broadband Communications an Robert Schober, Lutz Lampe und Wolfgang Gerstacker
Dr. L. Lampe (und Dr. G. Ungerböck) bei der Verleihung des Student
Paper Award beim 2002 International Zurich Seminar on Broadband
Communications
2002 Heinz-Maier-Leibnitz-Preis der deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) an Robert Schober für seine Arbeit zu inkohärenten Übertragungsverfahren
Prof. Dr. R. Schober (und Prof. Dr. J. Huber) bei
der Verleihung des Heinz-Maier-Leibnitz-Preises
2002
28
5 Jahre LIT
7. Habilitationen, Dissertationen, Diplom- und Studienarbeiten
7.1 Habilitation
Robert Fischer
Precoding and Signal Shaping for Digital Transmission
(24.07.2001)
Ziel der Habilitationsschrift ist es, detailliert die Grundlagen der digitalen Übertragung über verzerrende Kanäle zu erläutern. Neben der Darstellung der
klassischen Verfahren zur Entzerrung digitaler Signale wird spezielles Gewicht auf Vorcodierungsverfahren gelegt. Bei diesen Verfahren wird bereits
im Sender das Sendesignal (nichtlinear) vorverzerrt, um die Kanalverzerrungen auszugleichen. Darüber hinaus werden ausführlich Signalformungsmethoden beschrieben. Durch eine gezielte Auswahl des Sendesignals aus mehreren Möglichkeiten gemäß eines Signalformungskriteriums können gewünschte Eigenschaften erzeugt und zusätzliche Gewinne erzielt werden. Die
Kombination von Vorcodierung mit Signalformung ermöglicht schließlich
sehr leistungsfähige und flexibel anwendbare digitale Übertragungssysteme.
Die Beispiele zur Illustration stammen überwiegend aus dem Bereich der
hochratigen digitalen Übertragung über gewöhnlichen Telefonleitungen (Digital Subscriber Lines, DSL). Die beschriebenen Methoden und Konzepte von
Vorcodierung und Signalformung sind jedoch auf alle Gebiete der digitalen
Übertragung über linear verzerrende Kanäle anwendbar. Beispiele sind die
Nachrichtenübertragung über Energieversorgungsleitungen ("Power-Line
Communication") oder der digitale Mobilfunk über Funkverbindungen mit
Mehrwegeausbreitung.
7.2 Dissertationen
7.2.1
Peter Schramm (17.04.1996)
Modulationsverfahren für CDMA-Mobilkommunikationssysteme
unter Berücksichtigung von Kanalcodierung und Kanalschätzung
In dieser Arbeit werden Übertragungsverfahren für CDMA-Mobilkommunikationssysteme auf der Basis konventioneller Demodulation, d.h. bei Modellierung der unvermeidlichen Teilnehmerinterferenz als weißes Rauschen, untersucht. Der zentrale Aspekt ist dabei die Analyse, die Optimierung und der
Vergleich von geeigneten Modulationsverfahren für die zugrundeliegende
5 Jahre LIT
29
Spreizbandübertragung, insbesondere bei Anwendung von Faltungscodierung
und unter Einbeziehung der Kanalschätzung. Als Kanalmodelle werden frequenzselektive Rayleigh-Fadingkanäle vorausgesetzt.
Nach einer kurzen Einleitung und einer Einführung in die Grundlagen von
Spreizbandübertragung und Codemehrfachzugriff (CDMA) wird gezeigt, dass
die spektrale Effizienz von CDMA-Systemen durch die Verwendung von
möglichst leistungseffizienten Spreizbandübertragungsverfahren maximiert
wird. Gemäß diesem Resultat werden geeignete Spreizbandübertragungsverfahren untersucht.
Aufgrund seiner hohen Leistungseffizienz stellt in diesem Zusammenhang
binäre Phasenumtastung (2PSK) in Verbindung mit einem Pilotkanal, der eine
kohärente Demodulation ermöglicht, gemäß dem heutigen Stand der Technik
das geeignetste Modulationsverfahren für die Abwärtsstrecke in einem konventionellen CDMA-System dar. Für dieses Verfahren wird zunächst ein Demodulator untersucht, der in der Lage ist, sich schnell der momentanen Kanalgewichtsfunktion anzupassen. Dadurch kann der Verlust durch die bei
praktischen Implementierungen meist gegebene Fehlanpassung der Anzahl
der Korrelatoren an die Anzahl der Ausbreitungspfade im Kanal teilweise
kompensiert werden. Anschließend wird für 2PSK-Modulation mit Faltungscodierung eine obere Schranke der Bitfehlerwahrscheinlichkeit abgeleitet.
Durch dieses Resultat wird unter anderem die Wirkung der Mehrwegeausbreitung und der Faltungscodierung auf die Leistungseffizienz des Übertragungsverfahrens offensichtlich.
Ein wichtiger Aspekt der Arbeit ist die Untersuchung von Kanalschätzmethoden. Hierzu werden verschiedene Prinzipien aufgezeigt und ihre Anwendung für die im weiteren aufgeführten Modulationsverfahren diskutiert.
Für 2PSK-Modulation mit Pilotkanal gelingt für die Übertragung sowohl
ohne als auch mit Faltungscodierung eine analytische Berechnung des aufgrund nicht perfekter Kanalschätzung hinzunehmenden Verlusts in der Leistungseffizienz. Mit diesem Ergebnis ist es möglich, die Optimierung von Systemparametern, wie beispielsweise der Coderate oder der Aufteilung der
Sendeleistung auf den Pilot- und den Datenkanal, vorzunehmen.
Insbesondere für die Aufwärtsstrecke geeignete Modulationsverfahren sind
pilotsymbolunterstützte 2PSK-, differentielle 2PSK-, differentiell kohärente
2PSK- und orthogonale Modulation gemäß dem Standard IS-95. Für pilotsymbolunterstützte 2PSK-Modulation gelingt, wie zuvor bei 2PSK mit Kanalschätzung im Pilotkanal, eine analytische Berechnung des Verlusts infolge
nicht perfekter Kanalschätzung, gemäß der die Optimierung des Systemparameters Pilotsymbolabstand durchgeführt werden kann.
Für differentielle 2PSK-Modulation wird der Verlust gegenüber kohärenter
2PSK-Modulation berechnet. Als ein zu differentieller 2PSK kompatibles
Übertragungsverfahren wird differentiell kohärente 2PSK-Modulation einge-
30
5 Jahre LIT
führt. Für dieses Verfahren wird ein analytisches Berechnungsverfahren für
die optimale Metrik zur Kanaldecodierung gemäß dem Maximum-Likelihood-Kriterium vorgestellt.
Im Standard IS-95 ist eine 64-stufige orthogonale Modulation in Kombination mit binärer Faltungscodierung und binärem Interleaving spezifiziert. Es
wird aufgezeigt, dass sich die Leistungseffizienz dieses Übertragungsverfahrens, für das in der Literatur eine inkohärente Demodulation vorgeschlagen
wird, durch die Verwendung kohärenter Demodulation steigern lässt. Hierzu
notwendige Methoden der Kanalschätzung werden entwickelt.
Vergleiche der betrachteten Übertragungsverfahren in Hinblick auf hohe
Leistungseffizienz und geringe Komplexität sowie sich daraus ergebende
Schlussfolgerungen schließen die Arbeit ab.
7.2.2
Robert Fischer (24.10.1996)
Mehrkanal- und Mehrträgerverfahren für die schnelle digitale Übertragung im Ortsanschlussleitungsnetz
Diese Arbeit befasst sich mit Methoden für die effiziente Nutzung der Kupferleitungen des Ortsanschlussleitungsnetzes. Dieses Netz, ursprünglich nur
für die analoge Sprachübermittlung konzipiert, stellt ein enormes Kapital dar
und bietet sich an, neue Dienste schnell und nahezu flächendeckend bereitzustellen. Nach einem grundlegenden Kapitel werden zwei mögliche Anwendungsfälle ausführlich behandelt: die koordinierte digitale Übertragung und
die Mehrträgerübertragung.
Die vorgestellten Verfahren zur koordinierten Mehrfach-Duplex-Übertragung gliedern sich dabei in 2 Gruppen. Zunächst wird die statische Koordination, d.h. die Ausnutzung von Korrelationen zu einem festen Zeitpunkt bzw.
einer Störleistungsdifferenz betrachtet. Neben der optimalen Lösung werden
suboptimale, aber sehr einfach zu realisierende Varianten vorgestellt, welche
sich durch Rotation und Skalierung der Signalkonstellation ergeben. Dabei
steht jeweils speziell die Dual-Duplex-Übertragung im Mittelpunkt. Für diesen Fall werden auch die erreichbaren Feldlängengewinne abgeschätzt. Es
schließt sich die dynamische Koordination an, bei welcher der gesamte Verlauf der Kreuzkorrelierten als Gewinn nutzbar gemacht werden kann. Auch
hier wird sowohl die optimale Methode, als auch aufwandsreduzierte Varianten beschrieben. Weiterhin wird bewiesen, dass mit den vorgeschlagenen Verfahren die Kanalkapazität prinzipiell erreichbar ist. Das Kapitel schließt mit
realistischen Beispielen, welche aus den Nebensprechübertragungsfunktionen
berechnet werden. Die Ergebnisse wurden durch eine breit angelegte Messkampagne am Forschungs- und Technologiezentrum der Deutschen Telekom
AG bestätigt.
5 Jahre LIT
31
Anschließend wird die diskrete Mehrträgermodulation, ein sehr aufwandsgünstiges Verfahren, im Detail analysiert. Die gefundenen Ergebnisse sind
Grundlage für die nachfolgende Systemoptimierung. Breiten Raum nimmt die
adaptive Raten- und Leistungsverteilung ein. Dabei wird ein Algorithmus
vorgeschlagen, welcher den in der Literatur bekannten überlegen, aber dennoch einfacher zu realisieren ist. Ausgehend von der Optimierung des Systems wird danach die asymptotische Äquivalenz von Mehrträgerverfahren mit
der entscheidungsrückgekoppelten Entzerrung gezeigt. Auch hier werden die
Ergebnisse auf praxisrelevante Beispiele der hochratigen Übertragung über
symmetrische Leitungen angewandt. Simulationsbeispiele belegen die Praxisrelevanz der theoretischen Aussagen.
Schließlich erfolgt die Kombination der vorgestellten Verfahren mit Kanalcodierung, um die Reichweite noch weiter zu steigern. Dabei ist zunächst die
Ratenverteilung erneut zu diskutieren und die Codekonstruktion geeignet zu
ermitteln. Bei der koordinierten Übertragung kommt exemplarisch eine Mehrstufencodierung zum Einsatz, welche eine sehr feinquantisierte Ratenwahl
ermöglicht. Als Komponentencodes werden ausschließlich Reed-SolomonCodes eingesetzt. Bei den Mehrträgerverfahren wird die Anwendung trelliscodierter Modulation betrachtet, wie auch deren Verkettung mit einem äußeren Blockcode. Es wird der Einfluss der Systemkomponenten auf die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems analysiert. Erneut belegen Simulationsbeispiele die Praxisrelevanz der getroffenen, theoretischen Aussagen.
7.2.3
Bernhard Spinnler (11.08.1997)
Inkohärente Empfänger für Continuous Phase Modulation
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung inkohärenter, digitaler
Empfänger für das Modulationsverfahren Continuous Phase Modulation. Als
Grundlage für den inkohärenten Empfänger dienen dabei der seit langem zur
analogen Frequenzdemodulation eingesetzte Frequenzdiskriminator bzw. die
differentielle Demodulation. Inkohärente Empfänger bieten gegenüber kohärenten Empfängern vor allem den Vorteil der geringeren Komplexität, da die
sehr aufwändige Schätzung und Regelung der Trägerphase überflüssig wird.
Die geringere Komplexität inkohärenter Empfänger wird jedoch i.a. mit einem erheblichen Rückgang der Leistungseffizienz erkauft.
In dieser Arbeit werden neue Strukturen inkohärenter Empfänger vorgestellt, die auf dem Frequenzdiskriminator bzw. der differentiellen Demodulation aufbauen. Die vorgestellten Verfahren erreichen bei denselben Systemparametern in vielen Fällen fast die Leistungseffizienz der entsprechenden kohärenten Empfänger. Die Verbesserungen gegenüber bekannten inkohärenten
Empfängern werden durch konsequente Übertragung und Anwendung von
32
5 Jahre LIT
Methoden erreicht, die ursprünglich für lineare, digitale Modulationsverfahren entwickelt wurden und dort als optimal bekannt sind. Diese Methoden
werden an die speziellen Bedingungen angepasst, die das Modulationsverfahren Continuous Phase Modulation vorgibt. Die Symbolfehlerrate der vorgestellten Verfahren wird jeweils analytisch bestimmt und verglichen. Weiterhin
wird eine neue Methode der Signalformung vorgestellt, die es erlaubt, Vorcodierung bzw. Signalformung, die ursprünglich für lineare Modulationsverfahren entwickelt wurden, mit nichtlinearen Modulationsverfahren wie Continuous Phase Modulation zu kombinieren.
7.2.4
Udo Wachsmann (8.05.1998)
Coded Modulation: Theoretical Concepts and Practical Design
Rules
In dieser Arbeit werden der Entwurf und die Analyse von codierten Modulationsverfahren behandelt, in der Hauptsache Verfahren, die auf Mehrebenencodierung (MLC) basieren. Dabei spielt das Konzept der äquivalenten Kanäle
für die einzelnen Codierebenen einer Mehrebenencodierung eine entscheidende Rolle. Sowohl informationstheoretische Kenngrößen als auch abgeschätzte Fehlerwahrscheinlichkeiten dieser Kanäle führen einerseits zu grundlegenden theoretischen Aussagen über codierte Modulation und andererseits
zu praktischen Richtlinien bezüglich des Entwurfs und der Analyse.
Im einzelnen wird gezeigt, dass ein codiertes Modulationsverfahren, das
auf dem Prinzip der Mehrebenencodierung beruht, optimal im Sinne der Kapazität ist. Basisentwurfsverfahren, die dazu dienen, die Coderate der einzelnen Komponentencodes zu bestimmen, werden eingeführt. Diese Entwurfsverfahren benutzen zum einen informationstheoretische Kenngrößen der
äquivalenten Kanäle wie Kapazität, Codierungsexponent oder Cut-off Rate.
Zum anderen werden die minimale euklidische Distanz (dies ist der herkömmliche Ansatz) und die abgeschätzte Fehlerwahrscheinlichkeit verwendet. Mit Hilfe einiger ausgewählter Beispiele, bei denen sehr leistungsfähige
Turbo-Codes als Komponentencodes eingesetzt wurden, lässt sich zeigen,
dass die vorgeschlagenen Entwurfsverfahren (bis auf das herkömmliche) eine
leistungs- und bandbreiteneffiziente digitale Übertragung mit Mehrebenencodierung nahe an der Shannongrenze erlauben.
Über die Basisentwurfsverfahren hinaus werden weitere wichtige Aspekte
zum Entwurf von Übertragungssystemen mit Mehrebenencodierung behandelt. Anhand der Ergebnisse dieser weiterführenden Untersuchungen erweist
sich die Mehrebenencodierung als ein attraktives und flexibles codiertes Modulationsverfahren, das sich zum Einsatz in praktischen Anwendungen gut
eignet. Die optimale Dimensionalität der Signalkonstellation, auf der die Co-
5 Jahre LIT
33
dierung beruht, wird abgeleitet. Damit kann sowohl ein Gewinn in der Leistungseffizienz als auch eine Reduktion der Komplexität erreicht werden. Eine
sehr effiziente Methode deutlich an Komplexität einzusparen, ist die Verwendung von harten Entscheidungen in der Mehrstufencodierung (MSD). Die
Leistungseffizienz des Verfahrens bleibt davon nahezu unberührt. Es wird gezeigt, wie mit einer geeignet dimensionierten Verbindung von Mehrebenencodierung und Signalformung die Lücke zwischen gleichwahrscheinlicher
Übertragung und der Shannongrenze deutlich verringert wird. Abschließend
wird anhand einer Analyse mit dem Codierungsexponenten die Adressierungsstrategie, die von Ungerböck und Imai vorgeschlagen wurde, als die
leistungseffizienteste bestätigt. Darüber hinaus erscheint das pragmatische
codierte Modulationsverfahren mit Bit-Interleaving (BICM), das mit nur einem Code und Gray-Mapping der Signalpunkte arbeitet, als eine vielversprechende Alternative.
7.2.5
Josef Hámorský (17.06.98)
Parallel und seriell verkettete Codes für iterative Decodierung und
Entzerrung
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die iterative Decodierung parallel und seriell
verketteter Codestrukturen untersucht. Die schon bekannten Verfahren wurden optimiert und verbessert. Eine neue Art der Codierungsstrategie – die
Auswahlcodierung – wurde eingeführt.
Die iterative Decodierung der seriell verketteten Codes hat als eine sehr
mächtige Decodierungsmethode eine große Perspektive. Wegen ihrer Komplexität kann man aber nicht ihren großen Durchbruch in gegenwärtig verbreiteten Kommunikationssystemen erwarten. Ihr erstes Einsatzgebiet wird
wahrscheinlich die Weltraumkommunikation sein, bzw. spezielle Anwendungen, in denen die Empfängerkomplexität keine entscheidende Rolle spielt.
Die Turbo-Entzerrung (als eine spezielle Art der iterativen Decodierung)
hat größere Chancen zum Einsatz. Bei Übertragung über stark verzerrende
Kanäle kann sie sehr hohe Gewinne erzielen. Heutzutage werden hochratige
Datenübertragungssysteme für bestehende Netze konstruiert (Telefonnetz,
Stromverteilungsnetz,...). Da bei hochratiger Datenübertragung über diese
Übertragungsmedien starke Impulsinterferenzen auftreten, kann die TurboEntzerrung ein sehr mächtiges Mittel der zuverlässigen Kommunikation werden.
Die Auswahlcodierung ist dadurch interessant, dass sie durch die iterative
Decodierung die Zuverlässigkeit nicht nur doppelt, sondern auch einfach codierter Daten zu verbessern ermöglicht. Sie erfordert aber einen sehr präzisen
Entwurf des Übertragungssystems. Die Leistung des ganzen Systems ist vor
34
5 Jahre LIT
allem durch die Eigenschaften des inneren Codes beeinflusst. Falls sich dieser
verändert, können starke Einbußen in der Leistungsfähigkeit des ganzen Systems auftreten. Deswegen ist es nicht sinnvoll, die Auswahlcodierung bei einem sich (rasch) verändernden inneren Code anzuwenden, wie z.B. beim Fading-Kanal. Eine praktische Bedeutung hat die Auswahlcodierung für die
Übertragung über Kanäle mit sehr starken Impulsinterferenzen und für kompatible Verbesserungen einiger bestehender Übertragungssysteme.
Die Mehrheit aller in dieser Arbeit dargestellten Analysen und Ergebnisse
bezüglich der Übertragung über verzerrende Kanäle gilt (zumindest annähernd) auch für CPM-modulierte Übertragung über einen AWGN-Kanal, weil
die CPM wie eine Art nichtlinearer Impulsinterferenzen betrachtet werden
kann. Man kann die iterative Decodierung und auch die Auswahlcodierung
anwenden. Ein ähnliches prinzipielles Verhalten wird erwartet.
7.2.6
Wolfgang Gerstacker (21.12.1998)
Entzerrverfahren für die schnelle digitale Übertragung über symmetrische Leitungen
Im Rahmen dieser Dissertation werden Entzerrverfahren für die schnelle digitale Übertragung über Zweidrahtleitungen untersucht. Da bei der schnellen
Kabelübertragung äußerst starke Intersymbolinterferenzen entstehen, sind zur
Erzielung einer hohen Reichweite sehr leistungsfähige Konzepte einzusetzen.
Die in Frage kommenden Entzerrverfahren werden in Kap. 2 in einem allgemeinen Kontext diskutiert und analysiert. Dabei wird besonders auf die Filteroptimierung für die einzelnen Verfahren bei Voraussetzung von in der Praxis verwendeten FIR-Filtern eingegangen. Neben der Zusammenfassung des
Standes der Literatur zu den Entzerrverfahren lineare Entzerrung, Entzerrung
mit Entscheidungsrückkopplung (DFE), Tomlinson-Harashima-Vorcodierung
(THP) und Maximum-Likelihood-Sequenzschätzung (MLSE) werden in diesen ersten Abschnitten neue theoretische Beiträge geliefert. So werden die
DFE-Filter für ein maximales SNR am Entscheidereingang optimiert, wobei
ein Eigenwertproblem für den Koeffizientenvektor des optimalen Vorwärtsfilters aufgestellt und geschlossen gelöst wird. Es zeigt sich, dass diese
Lösung mit der Minimum-Mean-Squared-Error-(MMSE-) DFE-Lösung ohne
Bias äquivalent ist, die bei bisherigen Ansätzen immer über den Umweg über
die MMSE-DFE mit Bias hergeleitet wurde. Des weiteren wird THP mit minimalem quadratischen Fehler über einen Optimierungsansatz mit Nebenbedingung geschlossen hergeleitet.
Bezüglich MLSE wird ausführlich auf das zentrale Problem der Bestimmung der minimalen Euklidischen Distanz eingegangen. Es wird die Erkenntnis gewonnen, dass eine numerische Bestimmung mit dem aus der Informatik
5 Jahre LIT
35
stammenden Dijkstra-Algorithmus für nahezu alle in der Praxis auftretenden
Impulsantworten möglich ist.
Von großer Bedeutung für die digitale Kabelübertragung sind blinde Verfahren zur Entzerreradaption, die in Kap. 3 ausführlich behandelt werden. Eigene Beiträge des Verfassers sind hier eine neue, adaptive DFE, die auf der
Rückkopplung weicher Entscheidungen beruht und vor allem für die uncodierte Kabelübertragung von Interesse ist, das modifizierte Baccala-Roy-Verfahren zur Kanalschätzung unter Ausnutzung von Zyklostationarität, das sehr
schnell konvergiert und einfacher zu implementieren ist als das originale, und
zwei Varianten eines neuen Entzerrverfahrens mit getrennter Betrags-und
Phasenentzerrung, das speziell für den Fall korrelierter Daten entworfen wurde, der z.B. bei Vorcodierung auftritt, und sich als sehr robust erweist.
In Kap. 4 wird ein leistungsfähiges und dennoch einfach zu implementierendes Entzerrungskonzept für die digitale Übertragung über Zweidrahtleitungen entwickelt. Für numerische Ergebnisse wird eine HDSL-Übertragung
im Ortsanschlussleitungsnetz der Deutschen Telekom angenommen. Zuerst
werden die prinzipiellen Grenzen der verschiedenen Entzerrverfahren aufgezeigt. Dabei ergibt sich, dass das optimale Entzerrverfahren MLSE durch
DFE relativ nahe erreicht werden kann, wobei DFE eine nur geringe Komplexität besitzt.
Wegen verschiedener Nachteile von DFE für eine praktische Implementierung sollte die bezüglich der Leistungseffizienz äquivalente Tomlinson-Harashima-Vorcodierung anstelle von DFE eingesetzt werden. Es wird vorgeschlagen, den Vorcodierer fest einzustellen, angepasst an eine Referenzapplikation, um eine in der Praxis nachteilige Rückübertragung von Kanalzustandsinformation zu vermeiden. Die durch eine Abweichung der Parameter
der Referenzapplikation von denen der tatsächlichen Applikation bedingten
Restinterferenzen werden empfangsseitig durch einen linearen Feinentzerrer
beseitigt. Als Parameterdifferenzen werden ausschließlich Kabellängendifferenzen betrachtet; andere Differenzen können in guter Näherung durch äquivalente Längendifferenzen modelliert werden. Es zeigt sich, dass dieses Konzept einer festen Vorcodierung mit Feinentzerrung in einem weiten Bereich
der Kabellänge kaum gegenüber optimalem THP degradiert.
Als nächstes wird die Adaption des Feinentzerrers diskutiert. Es ergibt sich,
dass eine blinde Adaption wegen der diskreten Gaußverteilung der vom Entzerrer zu rekonstruierenden effektiven Datensequenz (EDS) nicht möglich ist.
Zur semiblinden Einstellung wird das Konzept der modulofreien Sequenzen
entwickelt. Wesentliche Eigenschaft dieser binären Sequenzen ist, dass durch
sie keine Modulo-Operation im Vorcodierer ausgelöst wird. Es wird ein Verfahren zur systematischen Konstruktion modulofreier Sequenzen entwickelt.
Simulationen ergeben, dass eine reine entscheidungsgestützte (Decision Di-
36
5 Jahre LIT
rected) Adaption ohne Kenntnis des Sendesignals erfolgen kann, wenn eine
modulofreie Sequenz in der Initialisierungsphase gesendet wird.
Da eine echt blinde Adaption zusätzliche Vorteile bietet, wird eine Weiterentwicklung des Systemkonzepts vorgenommen. THP wird durch Dynamics
Shaping (DS) ersetzt, das die Statistik der effektiven Datensequenz in günstiger Weise beeinflusst und dabei im Wesentlichen die gleiche Leistungseffizienz wie THP erzielt. Für uncodierte quaternäre Übertragung ergibt sich,
dass blinde Feinentzerrung dann mit einem einfachen Standardverfahren, dem
Sato-Algorithmus, möglich ist.
Im nächsten Schritt wird Kanalcodierung in das Systemkonzept aufgenommen. Die Untersuchungen zur Entzerrung werden anschließend auf den
Fall der codierten Übertragung erweitert. Wesentlicher Unterschied zur uncodierten Übertragung ist, dass eine blinde Entzerrung wegen des nun deutlich
niedrigeren Störabstandes am Entzerrereingang nicht mehr mit Standardverfahren möglich ist. Das in Kap. 3 vorgeschlagene neue blinde Entzerrverfahren hingegen konvergiert zuverlässig in die Nähe des MMSE-Entzerrers; dies
gilt auch für komplexe, nahe an der Kanalkapazität arbeitende Codes. Somit
kann die Problematik einer blinden Feinentzerrung bei vorcodierter Übertragung als gelöst betrachtet werden.
Zuletzt werden Modifikationen des vorgeschlagenen Systems zur Gewährleistung einer Robustheit der Leistungseffizienz gegenüber der Wahl der Abtastphase diskutiert. Es wird vorgeschlagen, den mit Faktor 2 überabgetasteten Datenstrom in zwei Teilkanäle aufzuspalten, in denen jeweils eine separate blinde Entzerrung im Symboltakt vorgenommen wird; dadurch können
Konvergenzprobleme vermieden werden. Es zeigt sich, dass zumindest einer
der beiden Teilkanäle nach Konvergenz der Entzerrung nahezu optimalen
Störabstand besitzt.
7.2.7
Ralf Müller (12.03.1999)
Power and Bandwidth Efficiency of Multiuser Systems with Random Spreading
In dieser Arbeit wurde ein vereinfachtes Modell für die Übertragung in der
Aufwärtsstrecke des Mobilfunkkanals mittels des CDMA-Protokolls mit leistungsfähiger Kanalcodierung eingeführt. Dieses Modell umfasst synchrone
Übertragung, Kanalcodierung an der Kapazitätsgrenze, sphärische Zufallsspreizfolgen, perfekte Kenntnis des Kanalzustands auf Sender- und Empfängerseite hinsichtlich langsamen Schwunds und Vernachlässigung von
Mehrwegeausbreitung und schnellem Schwund. Die Lage in der LeistungsBandbreitenebene wird als fundamentales Bewertungskriterium benutzt.
5 Jahre LIT
37
Weil optimale Vielbenutzercodierung zu große Komplexität bedeutet, werden mehrere suboptimale Methoden untersucht, welche eine Aufspaltung von
Vielbenutzercodierung in Vielbenutzerdetektion und Einteilnehmercodierung
ermöglichen. Dies beinhaltet lineare Entzerrer, entscheidungsrückgekoppelte
Entzerrer und iterative Detektoren mit harten Entscheidungen. Die Leistungsfähigkeit letzterer erweist sich als nicht angemessen bezogen auf ihre Komplexität. Daher werden nur lineare und entscheidungsrückgekoppelte Entzerrer näher untersucht.
Diese Entzerrungsmethoden vereinfachen einen quantitativen Vergleich
zwischen ihren diversen individuellen Ausprägungen, weil ihre jeweilige
Leistungsfähigkeit kaum von der Anzahl der Benutzer und dem Spreizfaktor,
sondern nur vom Verhältnis jener Parameter abhängt, welches als Last bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass die Leistungsfähigkeit bei gegebener Last
weder vom Spreizfaktor noch von der Anzahl der Benutzer wesentlich beeinflusst wird. Genauer gesagt, nimmt die übertragbare Datenrate bei fester Last
leicht mit steigendem Spreizfaktor ab. Aus Gründen der Einfachheit, der analytischen Handhabbarkeit und weil es sich als untere Schranke der Leistungsfähigkeit herausstellt, wird von unendlich vielen Teilnehmern ausgegangen. Dies ermöglicht die Anwendung mathematischer Sätze über die asymptotischen Eigenwertverteilungen von zufälligen Kovarianzmatrizen.
Es wird gezeigt, dass entscheidungsrückgekoppelte Entzerrer bei allen
Störabständen wesentlich leistungsfähiger sind als lineare Entzerrverfahren,
wobei ihre Komplexität nur geringfügig größer ist. MMSE-entzerrte Entscheidungsrückkopplung erreicht im besonderen die gleiche Leistungsfähigkeit wie die optimale gemeinsame Codierung aller Teilnehmer, wenn deren
Raten geeignet gewählt sind. Falls dem nicht so ist, tritt dennoch kaum ein
Verlust auf.
Treten große Unterschiede zwischen den Dämpfungen der Teilnehmer auf,
denen sowohl Sender als auch Empfänger folgen können, z.B. durch Abschattung oder Entfernungsunterschiede verursacht, vergrößern sich die Vorteile von entscheidungsrückgekoppelten Entzerrern weiter, da sie Möglichkeiten bieten, diese Dämpfungsunterschiede sinnvoll auszunützen, während
lineare Entzerrer nichts anderes tun können, als sie durch Leistungsregelung
zu bekämpfen.
Falls perfekte Einbenutzercodierung, d.h. Codierung an der Kanalkapazität,
und perfekte Interferenzelimination, d.h. keinerlei Interferenz bleibt nach
Subtraktion des interferierenden Signals übrig, verfügbar ist, kann CDMA mit
zufälliger Spreizung und MMSE-entzerrter oder herkömmlicher Entscheidungsrückkopplung sogar jedes orthogonale Vielfachzugriffsverfahren im
Hinblick auf die mittlere benötigte Sendeleistung unterbieten. Jedoch führen
bereits kleine Unvollkommenheiten von Vielbenutzersystemen, die auf entscheidungsrückgekoppelten Strukturen beruhen, in vielen Fällen zu deutlichen
38
5 Jahre LIT
Verlusten. Daher ist es in der Praxis eine schwierige Herausforderung, orthogonale Systeme tatsächlich in ihrer Leistungsfähigkeit zu übertreffen, besonders wenn man bei letzteren in der Lage ist, die Zeitschlitzlängen oder die
Breite der Teilbänder an die momentanen Dämpfungsfaktoren anzupassen.
7.2.8
Edelman Urba (21.05.1999)
Soft-Decision Decoding for Reed-Solomon-Codes and Applications
Es werden mehrere Methoden untersucht und verglichen, bei denen Zuverlässigkeitsinformationen über einzelne Codesymbole bei der algebraischen Decodierung von Reed-Solomon-Codes berücksichtigt werden. Dabei wird
durch Substitution von unzulässig empfangenen Codesymbolen durch
nächstwahrscheinliche Symbole eine Menge von Testvektoren erzeugt, die
der algebraischen Decodierung zur Fehlerkorrektur zugeführt werden. Durch
eine Verknüpfung dieses Verfahrens mit der Methode, eine ansteigende Zahl
von unzuverlässigen Symbolen auszulöschen, werden Decodierergebnisse erzielt, die bei vergleichbarer Komplexität gängige Verfahren, wie z. B. generalized minimum distance decoding, deutlich übertreffen. Beim Einsatz der
vorgeschlagenen Methoden in seriell verketteten Kanalcodierungsschemata,
z.B. nach dem CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems)Standard, mit iterativer Decodierung wird eine Steigerung der Leistungseffizienz gegenüber dem Stand der Technik erreicht.
7.2.9
Stefan Müller-Weinfurtner (16.06.2000)
OFDM for Wireless Communications: Nyquist Windowing, PeakPower Reduction, and Synchronization
Nach einem kurzen Überblick über Geschichte und verfügbare Literatur über
Mehrträger-Modulation werden die wichtigsten Parameter des deutschen Forschungsprojekts ATMmobil wiedergegeben, in welchem ein Kommunikationssystem mit hoher Datenrate entworfen wird. Dann werden Systemvorschläge unterbreitet, welche innerhalb eines Unterauftrags in dieser Forschungsinitiative entstanden sind.
Hierzu wird zunächst die Arbeitsweise des orthogonalen Frequenzmultiplexes (OFDM) dargestellt. Ein allgemeines OFDM-Konzept wird analysiert
und die gewonnenen Ergebnisse werden schließlich auf herkömmliches
OFDM spezialisiert. Der Verlust der wechselseitigen Unterträger-Orthogonalität wird mittels analytischer Ausdrücke und normierter Grafiken quantifiziert und daraus werden Minimalanforderungen für die Synchronisationsgenauigkeit gewonnen.
5 Jahre LIT
39
Herkömmliche OFDM-Empfänger – mit einer rechteckigen Zeitbereichsfensterung – vernachlässigen das Schutzintervall sogar in Situationen mit
kleiner Kanaldispersion. Die Signalabtastwerte, welche während des unverbrauchten Teils des Schutzintervalls empfangen werden, können ausgenutzt
werden, um eine verbesserte und robustere Demodulation zu ermöglichen.
Ein (adaptives) Nyquist-förmiges Empfangsfenster kann verwendet werden,
um die Orthogonalität der Unterträger beizubehalten. Sodann wird der Verlauf des Fensters gemäß dem Kriterium des minimalen mittleren Fehlerquadrats (MMSE) optimiert, indem der additive Rauscheinfluss sowie die Interferenz zwischen den Unterträgern gemeinsam betrachtet werden. Häufig ist der
optimierte Verlauf nahezu linear innerhalb des Übergangsbereichs, so dass in
einer zweiten Herleitung die optimale Steigung eines von vornherein linearen
Verlaufs im Übergangsbereich bestimmt wird. Der modifizierte OFDM-Empfänger zeigt eine größere Robustheit gegenüber Frequenzfehlern und einen
moderaten Gewinn durch Kombination von Signalanteilen.
Als ein gewichtiges Problem in der praktischen Anwendung von OFDM
werden Konzepte für eine effektive Reduzierung der Spitzenleistung untersucht, und das Verhalten des zeitdiskreten sowie des zeitkontinuierlichen
OFDM-Sendesignals wird studiert. Die statischen Eigenschaften des CrestFaktors im zeitdiskreten Bereich werden analysiert, und eine theoretische
Schranke für den Austausch zwischen einzubringender Redundanz und dem
damit zu erzielenden minimalen Crest-Faktor wird hergeleitet. Nach einer
kleinen Zusammenstellung der in der Literatur bekannten Lösungsansätze
werden zwei verzerrungsfreie, flexible und höchst effiziente Spitzenleistungsreduktionsverfahren für OFDM vorgestellt, welche ein wenig zusätzliche
Komplexität erfordern und nahezu verschwindend wenig Redundanz einführen. Die Verfahren heißen selected mapping (SLM) und partial transmit sequences (PTS). Beide Konzepte verwenden eine mehrfache Signalrepräsentation und – im allgemeinen Konzept – zusätzliche Seiteninformation, die andeutet, welches der alternativen Signale tatsächlich übertragen wurde. Diese
Vorgehensweise kann genauso bei Einträgermodulation oder anderen Multiplexverfahren eingesetzt werden, was jedoch nicht Gegenstand dieser Untersuchung ist; hier liegt das Hauptaugenmerk auf OFDM. Eine interessante
neue Variante von SLM wird eingeführt, welche keinerlei Übertragung von
expliziter Seiteninformation benötigt. Der Ansatz mit PTS wird hinsichtlich
seiner Leistungsfähigkeit optimiert, indem eine pseudozufällige Aufteilung
der Unterträger auf Unterblöcke eingeführt wird. In PTS stellt sich eine verzahnte Unterblockaufteilung als vorteilhaft für die Implementierung heraus.
Schließlich wird eine überabgetastete Verarbeitung im Sender vorgeschlagen,
um die Unstimmigkeiten zwischen den zeitdiskreten Vorhersagen und dem
tatsächlichen zeitkontinuierlichen Signalverhalten zu verringern. Das verbesserte statistische Verhalten der Spitzenleistung wird durch Simulationsergeb-
40
5 Jahre LIT
nisse belegt, und der Einfluss auf die durch Nichtlinearitäten hervorgerufene
Außerbandleistung wird untersucht.
Schließlich wird auch die Rahmen- und Frequenzsynchronisation behandelt. Zwei konkurrierende Wiederholungspräambelstrukturen – für grobe
Rahmen- sowie Frequenzsynchronisation – werden eingeführt, analysiert und
miteinander verglichen. Optimale Metriken zur Detektion von Wiederholungspräambeln mit erweitertem Schutzintervall werden hergeleitet, welche
die Leistungsfähigkeit der Synchronisation erheblich verbessern. Mehrere
Strategien zur Vergrößerung des Frequenzschätzbereichs werden diskutiert
und analysiert. Für die im ATMmobil-Projekt vorliegenden Parameter weist
sich eine neue Vorgehensweise als vorteilhaft aus, welche zuerst einen feinen
Frequenzfehler schätzt und danach Mehrdeutigkeiten durch Benutzung weiterer Korrelationsterme auflöst.
Oft ist der anfängliche Schätzwert für den Rahmenversatz zu ungenau für
hochstufige Modulationsverfahren, so dass eine zusätzliche (iterative) Rahmensynchronisation aus dem Frequenzbereich heraus notwendig wird, welche
den anfänglichen Schätzwert deutlich verbessern kann. Ein geeigneter Ansatz
wird beschrieben, und die Eigenschaften des Schätzers werden analysiert. Die
Rahmenposition, welche von diesem Schätzer gefunden wird, erlaubt eine
verbesserte differentielle Demodulation in Frequenzrichtung und ermöglicht
somit einen deutlichen Gewinn
7.2.10 Robert Schober (21.07.2000)
Noncoherent Detection and Equalization for MDPSK and
MDAPSK Signals
In dieser Arbeit werden inkohärente Empfänger für frequenzselektive und frequenznichtselektive Kanäle, die sowohl zeitinvariant als auch zeitvariant sein
können, untersucht. Es werden M-stufige differentielle Phasenmodulation
(MDPSK) und M-stufige differentielle Amplituden-/Phasenmodulation
(MDAPSK), die beide eine inkohärente Demodulation erlauben, verwendet.
Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit inkohärenten Empfängern für frequenznichtselektive Kanäle. Da der Mobilfunk das Hauptanwendungsgebiet
solcher Empfänger darstellt, wird die Empfängerkomplexität so gering wie
möglich gehalten und der Schwerpunkt auf einfache Techniken mit Entscheidungsrückkopplung gelegt, d.h. auf sogenannte entscheidungsrückgekoppelte
differentielle Detektionsverfahren (DF-DD). Zur Herleitung dieser Verfahren
werden drei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Unterschieden wird zwischen
DF-DD basierend auf Multiple-Symbol-Detektion (MSD), DF-DD basierend
auf linearer Prädiktion und DF-DD basierend auf nichtlinearer Rauschprädik-
5 Jahre LIT
41
tion. Welches Verfahren am besten für die Implementierung geeignet ist,
hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab.
MSD-basierte DF-DD wird aus der optimalen Maximum-LikelihoodBlockschätzung abgeleitet und kann daher als Vergleichsmaßstab für andere
DF-DD-Verfahren dienen. Dieser Empfängertyp degradiert jedoch, wenn die
tatsächliche Kanalstatistik nicht mit der für die Empfängeroptimierung angenommenen Statistik übereinstimmt. Dieses Problem wird bei Verwendung
von DF-DD basierend auf linearer Prädiktion vermieden, da hier eine adaptive Implementierung unter Verwendung des Recursive-Least-Squares- (RLS)
Algorithmus möglich ist. Allerdings resultiert eine höhere Empfängerkomplexität. DF-DD basierend auf nichtlinearer Rauschprädiktion gewährleistet hingegen nur bei Übertragung über den AWGN-Kanal eine höhere Leistungsfähigkeit als konventionelle differentielle Detektion (DD). Aber im Gegensatz
zu für den AWGN-Kanal optimierter MSD-basierter DF-DD degradiert dieses
Verfahren nicht bei Signalschwund (Fading), d.h. dieser Empfängertyp ist
einfach und robust.
Im zweiten Teil der Arbeit werden inkohärente Empfänger für frequenzselektive Kanäle betrachtet. Wie im klassischen kohärenten Fall wird zwischen
Sequenzschätzung, entscheidungsrückgekoppelter Entzerrung und linearer
Entzerrung unterschieden. Es werden fünf inkohärente Sequenzschätzverfahren (NSE) vorgestellt und verglichen. Es zeigt sich, dass NSE nach Colavolpe
und Raheli (CR-NSE) die größte Leistungsfähigkeit besitzt. Insbesondere eine
modifizierte Version des originalen CR-NSE-Verfahrens, das die rekursive
Erzeugung des für die Zweigmetrikberechnung notwendigen Referenzsymbols erlaubt, ist sehr gut für die Implementierung geeignet. Das betrachtete
inkohärente entscheidungsrückgekoppelte Entzerrungsverfahren (NDFE) leitet sich direkt aus NSE ab und erzielt einen deutlichen Gewinn (mehr als 4
dB) in der Leistungseffizienz gegenüber bisher vorgeschlagenen NDFE-Verfahren. Die untersuchten linearen Entzerrverfahren (NLE) verwenden ein lineares Filter und einen entscheidungsrückgekoppelten differentiellen Detektor. Für die Optimierung des Filters werden zwei unterschiedliche Kriterien
verwendet. Das erste Kriterium führt zur Minimierung der Varianz der Intersymbolinterferenzen (ISI) im Entzerrfilterausgangssignal, wohingegen das
zweite Kriterium auf die Minimierung des aus ISI und Rauschen bestehenden
Gesamtfehlers abzielt.
Für alle betrachteten Entzerrer werden für die Kanalschätzung und Filtereinstellung effiziente inkohärente adaptive Algorithmen, die eine ähnliche
Konvergenzgeschwindigkeit wie konventionelle kohärente adaptive Algorithmen haben, bereitgestellt.
Die Leistungseffizienz aller diskutierten inkohärenten Empfänger nimmt
mit der Größe des für die Schätzung eines gesendeten Symbols verwendeten
Beobachtungsfensters zu. Gleichzeitig nimmt die Robustheit gegenüber Pha-
42
5 Jahre LIT
senvariationen ab. Somit gibt es einen Austausch zwischen der Leistungseffizienz für Kanäle mit konstanter Phase und der Empfindlichkeit gegenüber
Phasenvariationen.
Diese Arbeit zeigt zudem, dass gut entworfene inkohärente Empfänger
immer die Leistungseffizienz der entsprechenden kohärenten Empfänger erreichen können, solange das Beobachtungsfenster groß genug ist. Insbesondere für NDFE und NLE ist dieses Resultat neu, da alle vorher publizierten
Verfahren im Vergleich zu kohärenten Entzerrern einen großen Verlust in der
Leistungseffizienz verursachen.
7.2.11 Sabah Badri-Höher (29.11.2001)
Digitale Empfängeralgorithmen für TDMA-Mobilfunksysteme mit
besonderer Berücksichtigung des EDGE-Systems
Für den Mobilfunk sind Methoden der Datenübertragung über zeitveränderliche Mehrwegekanäle von zentraler Bedeutung. Diese Arbeit beschäftigte sich
mit dem Entwurf, der Analyse und dem Vergleich von optimalen und von
aufwandsreduzierten digitalen Empfängeralgorithmen für Mobilfunksysteme
mit Zeitvielfachzugriff (d.h. für sogenannte TDMA-Systeme) unter besonderer Berücksichtigung des EDGE-Systems, einer geplanten GSM-Erweiterung,
als konkretes Anwendungsbeispiel. Eine Schwierigkeit bei TDMA-Systemen
besteht darin, dass die Synchronisation und Kanalschätzung in jedem Datenblock ("burst") neu erfolgen muss. Eine weitere spezifische Schwierigkeit im
Zusammenhang mit dem EDGE-System besteht darin, dass aufgrund eines
hochstufigen Modulationsverfahrens im Vergleich zum ursprünglichen GSMSystem wesentlich höhere Anforderungen an die empfängerseitige Signalverarbeitung (wie Entzerrung, Vorfilterung, Kanalschätzung, Synchronisation
u.s.w.) gestellt werden. Ferner ist zu beachten, dass in Übertragungssystemen
mit adaptiver Modulation und Kanalcodierung jede Maßnahme zur Steigerung
der Leistungseffizienz auch eine Steigerung der Bandbreiteneffizienz bedeutet. Deshalb ist es wichtig, leistungseffiziente Empfängerkonzepte und
-algorithmen zu entwickeln. Im Vordergrund dieser Arbeit stehen unter anderem die Entwicklung
• eines adaptiven zeitdiskreten "whitened matched" Vorfilters, dessen Komplexität nur linear mit der Filterlänge anwächst und welches eine Verwendung von aufwandsreduzierten, beispielsweise trellis-basierten Entzerrern
ermöglicht,
• von optimalen und aufwandsreduzierten adaptiven Kanalschätzern basierend auf dem zeitdiskreten Kalman-Filter-Ansatz,
5 Jahre LIT
43
• von Taktsynchronisationsverfahren für frequenzselektive Kanäle unter besonderer Berücksichtigung von aufwandsreduzierten trellis-basierten Entzerrern,
sowie informationstheoretische Aspekte. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Algorithmen sind sowohl für die schwierigen Randbedingungen, wie
sie im EDGE-System bei mobilem Betrieb gegeben sind, als auch für den
Einsatz in kostengünstigen Endgeräten geeignet.
7.2.12 Joachim Eggers (11.01.2002)
Information Embedding and Digital Watermarking as Communication with Side Information
Die Leichtigkeit, mit der digitale Daten perfekt kopiert, verteilt und manipuliert werden können, hat sich zu einem bedeutenden Problem für den Kopierschutz und die Integritätskontrolle von digitalisierten multimedialen Inhalten
entwickelt. Digitale Wasserzeichenverfahren wurden als eine mögliche Lösung zur Bekämpfung dieses Problems vorgeschlagen. Daher haben Verfahren zur Informationseinbettung und digitale Wasserzeichenverfahren innerhalb der letzten Jahre viel Aufmerksamkeit gewonnen.
Die Vielfalt der Veröffentlichungen in diesem Forschungsgebiet zeigt eine
wechselseitige Verbesserung von Wasserzeichenverfahren und Angriffen auf
eingebettete Wasserzeichen. In der letzten Zeit wurde allerdings auch die Forschung bzgl. theoretischer Leistungsgrenzen von digitalen Wasserzeichenverfahren intensiviert. In dieser Arbeit wurden theoretische und experimentelle
Ergebnisse für mehr oder weniger stark eingeschränkte Szenarien verknüpft.
Der Fokus der Arbeit liegt auf blinden Wasserzeichenverfahren, bei denen der
Empfänger keinen Zugriff auf die Originaldaten ohne Wasserzeichen hat. Robuste digitale Wasserzeichenverfahren wurden entworfen, basierend auf der
Betrachtung von Wasserzeichen als Spiel zwischen Einbetter und Angreifer.
Die entwickelten Konzepte wurden bei der Einbettung von Wasserzeichen in
Molekülkoordinaten von chemischen Strukturdatensätzen und für die Einbettung von Wasserzeichen in Graustufen-Bilder angewendet.
7.2.13 Marco Breiling (8.02.2002)
Analysis and Design of Turbo Code Interleavers
Das Thema dieser Dissertation ist die Verbesserung der Leistungseffizienz
von Turbo-Codes durch die Verwendung von designten Interleavern. Im ersten Teil der Dissertation werden die praktischen Aspekte des Interleaverdesigns behandelt. Ein Kapitel präsentiert einen Algorithmus zum Auffinden
44
5 Jahre LIT
von niedriggewichtigen Codewörtern in einem gegebenen Interleaver. Dieser
Algorithmus wird dann zur Untersuchung einer größeren Anzahl von Zufallsinterleavern benutzt, um Schlüsse über die Merkmale von niedriggewichtigen
Codewörtern ziehen zu können. Diese Einblicke werden im folgenden Kapitel
zur Entwicklung eines neuen Interleaverdesign-Algorithmus verwendet, der
sich als besonders leistungsfähig im Falle von Komponentenencodern niedriger Komplexität erweist.
Der zweite Teil der Dissertation ist in drei Kapitel unterteilt, die der Herleitung von oberen Schranken für die maximal erreichbare Minimaldistanz
von allen möglichen Interleavern einer gegebenen Länge gewidmet sind. Diese Schranken werden mittels geometrischer, kombinatorischer und graphentheoretischer Ansätze gefunden. Die Schranken können als Messlatte für
designte Interleaver benutzt werden, und sie liefern neue Einblicke in die Codestruktur von Turbo-Codes, die als Leitlinien für die Implementierung von
verbesserten Design-Strategien dienen können. Die wichtigsten codierungstheoretischen Ergebnisse dieser Dissertation sind unter anderem, dass die Minimaldistanz von Turbo-Codes nicht schneller als der Logarithmus der Codewortlänge wachsen kann, und dass Turbo-Codes deshalb asymptotisch
schlecht sind und für diese Codes kein Fehlerexponent existiert.
7.2.14 Lutz Lampe(14.06.2002)
Noncoherent Coded Modulation
Die codierte Modulation für inkohärente digitale Übertragungsverfahren ist
eine Synthese von Verfahren der Fehlerkorrektur bei nicht-binärer Übertragung mit Techniken des inkohärenten Empfangs. Eine derartige Kombination
resultiert natürlicherweise, wenn sowohl eine leistungs- als auch eine bandbreiteneffiziente Kommunikation über Schwundkanäle erreicht werden soll.
In dieser Arbeit werden Verfahren der codierten Modulation für die inkohärente Übertragung über nicht-frequenzselektive Schwundkanäle studiert,
wobei weder am Sender noch am Empfänger Kanalzustandsinformation (CSI)
vorliegt. Dabei werden zwei spezielle Ansätze im Detail untersucht, welche
auf zwei Strategien der inkohärenten Detektion beruhen: Multiple-Symbol
differentielle Detektion (MSDD) und entscheidungsrückgekoppelte differentielle Detektion (DFDD). Das der MSDD und der DFDD gemeinsam zugrundeliegende Prinzip ist die Verwendung eines erweiterten Beobachtungsintervalls von N>2 aufeinanderfolgenden Empfangsabtastwerten für die Bestimmung von Entscheidungsvariablen. Dadurch wird das Kanalgedächtnis der
inkohärenten Übertragung umfassender im Empfänger berücksichtigt und
folglich die Leistungseffizienz gegenüber konventioneller differentieller Detektion (CDD) mit N=2 verbessert.
5 Jahre LIT
45
Für die codierte Übertragung mit MSDD wird die Anwendung von Multilevel Codierung (MLC) mit Multistage Decodierung (MSD) als bezüglich der
Kanalkapazität optimales Verfahren betrachtet. Wie schon für den Fall der
kohärenten Übertragung bekannt, orientiert sich das Ratendesign der MLC
Komponentencodes an den Kanalkapazitäten der äquivalenten Teilkanäle. Die
große Anzahl von Codierebenen, welche linear mit der Beobachtungsintervalllänge N steigt, stellt den Hauptnachteil von MLC dar. Insbesondere wird
die Implementierung durch die große Anzahl von verschiedenen Encodern
und Decodern kompliziert, und die Codelänge der Komponentencodes wird
selbst bei moderaten Anforderungen an die Decodierverzögerung relativ
klein. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wird eine wohl bedachte
Verschmelzung von MLC Codierebenen vorgeschlagen, woraus ein hybrides
Codierschema (HCM) resultiert. HCM ist im Sinne der Kanalkapazität ähnlich effizient wie MLC und bei Betrachtung der Wortfehlerrate für begrenzte
Decodierverzögerung anhand des Gallager-Fehlerexponenten überlegen zu
MLC. Der Extremfall nur einer Codierebene, welcher als Bit-interleaved codierte Modulation (BICM) bekannt ist, erweist sich als schlecht geeignet für
die Anwendung mit MSDD und N>2 .
Dagegen kann die einfache BICM basierend auf Faltungscodes erfolgreich
mit entscheidungsrückgekoppelten inkohärenten Empfangsverfahren kombiniert werden. Ausgehend von der Idee der DFDD und deren Anwendung auf
den Fall der bit-interleaved codierten Übertragung wird ein niedrig komplexer
iterativer Decodieralgorithmus entworfen, welcher auf dem Viterbi-Algorithmus und der Rückkopplung harter Entscheidungen beruht. Dieser als iterative
entscheidungsrückgekoppelte differentielle Demodulation (iterative DFDM)
bezeichnete Algorithmus weist eine mit zunehmendem N nur moderat erhöhte Komplexität gegenüber CDD auf, verbessert jedoch die Leistungseffizienz der inkohärenten Übertragung signifikant. Desweiteren ist der iterative
Algorithmus durch die Anwendung von prädiktionsbasierter Metrikberechnung sehr vorteilhaft für eine Implementierung mit niedriger Komplexität und
ohne a priori Kenntnis der Kanalstatistik geeignet.
Die verschiedenen Konzepte der codierten Modulation für die inkohärente
Übertragung werden sowohl auf Einantennensysteme als auch auf Mehrantennensysteme angewendet. Neben konventioneller differentieller Phasenumtastung (DPSK) werden für den Fall der Einantennensysteme auch kombinierte Amplituden- und Phasenmodulationsformate für eine leistungs- und
bandbreiteneffiziente Übertragung vorgestellt. Für die Übertragung mit mehreren Antennen wird das Konzept der differentiellen Raum-Zeit Modulation
(DSTM) eingesetzt, womit die volle Sendediversität genutzt werden kann.
Die erhaltenen informationstheoretischen Ergebnisse zeigen in guter Übereinstimmung mit den Resultaten für die Bitfehlerrate, dass sich sowohl im
46
5 Jahre LIT
Sinne der Kanalkapazität optimale als auch niedrig komplexe inkohärente
Übertragungssysteme mit effizienter Kanalcodierung realisieren lassen.
7.3 Diplomarbeiten am LIT
(1)
Stefan Leusch
Paketübergreifende Kanalcodierung mit ungleichem Fehlerschutz für
die skalierbare Videoübertragung in Paketnetzen mit mobilen Segmenten (12.11.1997–12.05.1998)
(2) Stefan Weth
Realisierung eines Systemkonzepts zur schnellen digitalen Kabelübertragung in SIMULINK (28.11.1997–28.05.1998)
(3) Enno Böhme
Symboltaktsynchronisation für digitale Übertragungssysteme bei asynchroner Abtastung (01.12.1997–02.06.1998)
(4) Lutz Lampe
Schnelle digitale Übertragung über Energieversorgungsleitungen
(20.01.1998–20.07.1998)
(5) Michael Kohlmann
Implementierung eines Zeit- und Frequenzsynchronisationsalgorithmus
für Mehrträgermodulationsverfahren (12.02.1998–12.08.1998)
(6) Michael Beer
Reduktion des Spitzenwertfaktors bei steilflankiger Einträgermodulation (09.04.1998–08.10.1998)
(7) Shuyi Gao
Untersuchung von Mittelspannungs-Stromversorgungsnetzen hinsichtlich deren Nutzung zur digitalen Übertragung (01.05.1998–29.10.1998)
(8) Ingolf Held
IS-95 Data Rate Estimation (01.04.1998–01.10.1998)
(9) Mostafa Elsayed
Untersuchung schneller adaptiver Algorithmen zur Nachführung der
Kanalimpulsantwort beim amerikanischen Mobilfunkstandard IS-136
(15.06.1998–19.01.1999)
(10) Claire Michel Feine
Taktsynchronisation von trellisbasierten Entzerrern für frequenzselektive Kanäle (01.04.1998–01.10.1998)
(11) Ingmar Land
Iterativ decodierbare verkettete Kanalcodes (01.09.1998–01.03.1999)
5 Jahre LIT
47
(12) Thomas Schetelig
Formale Spezifikation und simulative Leistungsbewertung eines Transportschichtprotokolls zur Datenübertragung über mobile Kommunikationsnetze (01.09.1998–01.03.1999)
(13) Stein Peeters
Interleaver Design for Parallel Concatenated Convolutional Codes
(01.10.1998–01.04.1999)
(14) Carlos Bento
Joint Carrier and Symbol Phase Synchronisation by Using a Fractionally-Spaced MLSE (Mai 1998–November 1998)
(15) Jochen Bohrer
Implementierung eines Kanalcodierungsverfahrens mit Turbocodes
mittels FPGA (15.02.1999–15.09.1999)
(16) Simon Hüttinger
Investigation of Hybrid ARQ for HIPERLAN/2 (06.04.1999–
20.10.1999)
(17) Christian Maier
Implementierung eines Demonstrationsprogrammes zur Quellencodierung nach der Context-Tree-Weighting Methode (30.03.1999–
30.09.1999)
(18) Sylviane Gilly
Statistical Description of User Activity in CDMA Mobile Communication Systems (01.04.1999–27.09.1999)
(19) Arnaud Rigollé
Hidden Markov Modelling of Bit Errors and Soft Outputs (01.04.1999–
01.10.1999)
(20) Thomas Langer
Implementierung einer Simulationsumgebung für eine Nachrichtenübertragungskette eines digitalen Kurz- und Mittelwellen-Rundfunksystems (26.05.1999–26.11.1999)
(21) Carsten Bartsch
Implementierung einer Simulation der Synchronisation eines digitalen
Kurz- und Mittelwellen-Rundfunksystems (12.07.1999–12.01.2000)
(22) Andreas Zottmann
Implementierung digitaler Übertragungssysteme mit Turbo-Codes auf
Signalprozessoren (01.12.1999–01.06.2000)
(23) Heiko Kallert
Messung und Simulation polarisationsabhängiger Kanalverzerrung zur
Empfängerdimensionierung in der optischen Datenverarbeitung
(03.12.1999–03.06.2000)
48
5 Jahre LIT
(24) Tobias Hilpert
Fast Ethernet in der Luftfahrt-Konzeption und Entwurf eines FastEthernet-Switches für den Avionik-Einsatz (10.01.2000–10.07.2000)
(25) Andreas Grimme
Investigation of Peak Power Control Schemes in Multicode-WCDMA
Systems (14.01.2000–14.07.2000)
(26) Matthias Salge
Spread Spectrum Modem (12.01.2000–12.07.2000)
(27) Gerald Enzner
Inkohärente Sequenzschätzung für codierte MDPSK- und CPM-Übertragung (01.02.2000–01.08.2000)
(28) Ulrich Berold
Aufbau des nachrichtentechnischen Praktikums mit Signalprozessoren
(01.03.2000–01.09.2000)
(29) Christoph Windpassinger
Implementierung und Optimierung eines Synchronisationsverfahrens
für die schnelle digitale Kabelübertragung in SIMULINK (30.09.1999–
22.03.2000)
(30) Markus Philipp
Analysis of Diversity Combining for frequency selective time-variant
channels in a UMTS scenario (01.04.2000–29.09.2000)
(31) Bayrem Helal
Untersuchung und Optimierung von inkohärenter Übertragung über Fading-Kanäle mit Multilevel-Codes (02.05.2000–31.10.2000)
(32) Michael Weber
Vergleich der Leistungsfähigkeit von Mehrantennensystemen für
CDMA bei perfekter und imperfekter Kanalzustandsinformation
(01.05.2000–02.11.2000)
(33) Robert Kempf
Channel Estimation for UMTS (01.06.2000–28.11.2000)
(34) Zouhayra Ghomrasseni
Untersuchung eines CDMA Systems basierend auf dem UMTS-TDD
Standard (15.08.2000–15.02.2001)
(35) Alexander Lehmann
Empfangsstrategien für space-time-codierte Übertragung über frequenzselektive Kanäle (01.09.2000–28.02.2001)
(36) Roman Tzschoppe
Multiuser Übertragung mit Continuous-Phase Modulation (01.11.2000–
02.05.2001)
(37) Bernd Matschkal
Realisierung analoger Übertragungsverfahren mit Hilfe von Signalprozessoren (01.02.2001–31.07.2001)
5 Jahre LIT
49
(38) Katrin Meisinger
Efficient simulation strategies for CDMA mobile radio systems
(23.02.2001–23.08.2001)
(39) Reinhold Stahl
Performance of the Direct Mode for HiperLAN/2 (12.03.2001–
2.09.2001)
(40) Thomas Dietsch
Untersuchung von Mehrantennensystemen für DS-CDMA
(30.03.2001–28.09.2001)
(41) Vassilios Antoniadis
Simulation eines Space-Time-Satellitensystems (21.06.2001–
20.12.2001)
(42) Tomás Vencel
Tomlinson-Harashima Vorcodierung für Mehrkanal- und Mehrbenutzersysteme (29.09.2001–02.05.2002)
(43) Markus Böhm
Optimierung von Space-Time-Codes für frequenzselektive Kanäle
(01.10.2001–31.03.2002)
(44) Holger Stadali
Untersuchung des UMTS-Übertragungsverfahrens für Rundfunkanwendungen (31.03.2002–30.09.2002)
7.4 Studienabeiten am LIT
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Alexander Schell
Vergleich von codierten Modulationsverfahren auf der Basis von Multilevel-Codes und Trelliscodes (15.11.1997–03.11.1998)
Andreas Hölzer
Umgestaltung des Praktikumsversuchs zur Pulscodemodulation
(18.11.1997–12.03.1998)
Franz Neumaier
Umgestaltung des Praktikumsversuchs zur Frequenzmodulation
(18.11.1997–12.03.1998)
Bernd Heckel
Umgestaltung des Praktikumsversuchs zur Amplitudenmodulation
(18.11.1997–17.02.1998)
Stein Peeters
Vergleich von Kanalcodierverfahren (14.05.1998–13.08.1998)
50
5 Jahre LIT
(6)
Tilo Spormann
Adaptive Zeitbereichsfensterung zur verbesserten OFDM-Demodulation (17.06.1998–17.09.1998)
Andreas Beimler
Entwurf von Präambeln für Gain Control sowie Rahmen-und Frequenzsynchronisation in Mehrträgermodulationsverfahren (25.06.1998–
09.11.1998)
Simon Hüttinger
Hierarchische Kanalcodierung mit GC-Codes für den Binären Symmetrischen Kanal (18.09.1998–18.12.1998)
Michael Weber
Entscheidungsrückgekoppelte differentielle Detektion von MDPSK bei
Rice-Fading (20.07.1998–13.11.1998)
Christoph Windpassinger
Gemeinsame Kanalschätzung für Multiuser Übertragung (19.01.1999–
19.04.1999)
Markus Philipp
Implementierung und Verifizierung eines aufwandsgünstigen FadingSimulators (03.05.1999–03.08.1999)
Gerald Enzner
Random Access Coding (Januar 1999–April 1999)
Heiko Kallert
Information Theoretical Analysis of an Optical Communication System
(19.10.1998–27.03.1999)
Colin Wright
Approximation of the Bit Error Rate for an optimal receiver using the
Mobile Communications Standard EDGE (02.05.1999–31.05.1999)
Zouhayra Ghomrasseni
Impulsverkürzung für aufwandsreduzierte, suboptimale Empfänger für
den Mobilfunkstandard EDGE (05.07.1999–05.10.1999)
Reinhold Stahl
Optimierung von Turbo Code Interleavern (04.11.1999–13.03.2000)
Peter Amon
Untersuchung des Mapping für Multilevel-Codes über Fading-Kanäle
anhand des Gallager-Fehlerexponenten (08.11.1999–08.02.2000)
Robert Kempf
Implementierung und Anwendung der Context-Tree-Weighting-Methode (08.11.1999–08.02.2000)
Roman Tzschoppe
Weiterentwicklung eines Signalformungsalgorithmus für die schnelle
digitale Kabelübertragung (15.11.1999–15.02.2000)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
5 Jahre LIT
51
(20) Andreas Schlottke
Inkohärenter Soft-Output-Algorithmus (14.02.2000–13.05.2000)
(21) Bernd Matschkal
Gestaltung eines Versuches des nachrichtentechnischen Praktikums mit
Signalprozessoren (01.04.2000–15.07.2000)
(22) Tomás Vencel
Vorcodierung und Signalformung für die digitale Übertragung über
PCM-Strecken mit A-law/µ-law-Quantisierung (02.02.2001–
02.05.2001)
(23) Vassilios Antoniadis
Comparison of Blind Channel Estimation Algorithms in DS-CDMA
Systems (15.02.2001–15.05.2001)
(24) Raphael Schwarz
Anwendungen der Informationstheorie in der Molekularbiologie
(21.09.2001–21.12.2001)
(25) Clemens Stierstorfer
Kombinierte Signalformung/Vorcodierung für Mehrkanal- und Mehrbenutzersysteme (05.11.2001–05.02.2002)
(26) Jochen Decker
Leistungsanpassung für SCS-Wasserzeichen (12.02.2002–18.06.2002)
52
5 Jahre LIT
5 Jahre LIT
Band 19: Robert Schober
Noncoherent Detection and Equalization for MDPSK and
MDAPSK Signals
8. Publikationen
8.1 Buchpublikationen:
Johannes Huber: Trelliscodierung, Springer-Verlag, Berlin, 1992.
Robert Fischer:
Precoding and Signal Shaping for Digital Transmisson, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2002.
Ebenfalls im Shaker Verlag, Aachen in der neuen Reihe „Erlanger Berichte
aus Informations-und Kommunikationstechnik“, Herausgeber: A. Kaup, W.
Koch, J. Huber, erschienen
2002
8.2 Dissertationen
In der Reihe „Kommunikations-und Informationstechnik“, Herausgeber: B.
Girod und J. Huber, Shaker Verlag, Aachen erschienen
1996
1997
Band 1: Peter Schramm
Modulationsverfahren für CDMA-Mobilkommunikationssysteme unter Berücksichtigung von Kanalcodierung und Kanalschätzung
Band 2: Robert Fischer
Mehrkanal- und Mehrträgerverfahren für die schnelle digitale
Übertragung im Ortsanschlussleitungsnetz
1998
Band 6: Bernhard Spinnler
Inkohärente Empfänger für Continuous Phase Modulation
1999
Band 9: Udo Wachsmann
Coded Modulation: Theoretical Concepts and Practical Design
Rules
Band 10: Ralf Müller
Power and Bandwidth Efficiency of Multiuser Systems with Random Spreading
Band 11: Wolfgang Gerstacker
Entzerrverfahren für die schnelle digitale Übertragung über
symmetrische Leitungen
2000
Band 16: Stefan Müller-Weinfurtner
OFDM for Wireless Communications: Nyquist Windowing,
Peak-Power Reduction, and Synchronization
53
Band 1: Sabah Badri-Höher
Digitale Empfängeralgorithmen für TDMA-Mobilfunksysteme
mit besonderer Berücksichtigung des EDGE-Systems
Band 2: Marco Breiling
Analysis and Design of Turbo Code Interleavers
Band 3: Lutz Lampe
Noncoherent Coded Modulation
8.3 Konferenz-und Zeitschriftenbeiträge
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
J. Huber: Distance Gains by Multiple-Duplex Transmission, Coding
and Shaping for HDSL.
In Conference Record of the International Conference on Communications 1993, pp. 1820-1824, Geneva, 1993
J. Huber, U. Wachsmann: Capacities of Equivalent Channels in Multilevel Coding Schemes
Electronics Letters, Vol. 30, pp. 557-558, March 1994
P. Schramm: Bit Error Probability of a Rapidly-Adapting Rake Receiver as a Function of Dwell Time
In Chr. G. Günther, Ed., Lecture Notes in Computer Science, Nr. 783:
Mobile Communications. International Zurich Seminar, pp. 242-250,
Zurich, March 1994, Springer-Verlag.
J. Huber, R. Fischer: Dynamically Coordinated Reception of Multiple
Signals in Correlated Noise
In Proceedings of the International Symposium on Information Theory
(ISIT '94), p. 132, Trondheim, 1994
J. Hámorský: Influence of Using Different Subencoders on Performance of Turbo-Codes
In International Conference on Radiocommunications, Herlany, Slovakia, Sept. 1994
R. Fischer und J. Huber: Signalformung zur Begrenzung der Dynamik
bei der Tomlinson-HarashimaVorcodierung
54
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
5 Jahre LIT
ITG-Fachtagung „Codierung für Quelle und Kanal“ (Fachbericht 130),
S. 457-466, München, 1994
J. Huber: Multilevel-Codes: Distance Profiles and Channel Capacity
ITG-Fachtagung „Codierung für Quelle und Kanal“ (Fachbericht 130),
S. 305-319, München, 1994
R. Fischer, J. Huber, G. Komp: Coordinated Digital Transmission: Theory and Examples
Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik (AEÜ), Vol. 48, No. 6,
S. 289-300, Nov./Dec. 1994
R. Fischer: Using Flexible Precoding for Channels with Spectral Nulls
Electronics Letters, Vol. 31, No. 5, pp. 356-358, March 1995
R. Fischer, J. Huber: Dynamics Limited Shaping for Fast Digital Transmission
In Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC '95), pp. 22-26, Seattle, WA, June 1995
W. Gerstacker, R. Fischer, J. Huber: Blind Equalization for Fast Digital
Cable Transmission with Tomlinson-Harashima Precoding and Shaping
In Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC '95), pp. 493-497, Seattle, WA, June 1995
P. Schramm: Tight Upper Bound on the Bit Error Probability of Convolutionally Encoded Spread Spectrum Communication over FrequencySelective Rayleigh-Fading Channels
In Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC '95), pp. 1727-1731, Seattle, WA, June 1995
B. Spinnler, J. Huber: Design of Hyper States for Reduced-State Sequence Estimation
In Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC '95), pp. 1-6, Seattle, WA, June 1995
J. Huber, U. Wachsmann: Design of Multilevel Codes
In Proceedings of the 1995 IEEE Information Theory Workshop (ITW),
paper 4.6, Rydzyna, Poland, June 1995
P. Schramm: Attractive Coded Modulation Schemes for the Uplink in
CDMA Mobile Communication Systems
ITG-Fachtagung „Mobile Kommunikation“ (Fachbericht 135), pp. 255262, Neu-Ulm, Germany, Sept. 1995
J. Huber, U. Wachsmann: Power Efficient Rate Design for Multilevel
Codes with Finite Blocklength
In Proceedings of the International Symposium on Information Theory
(ISIT '95), p. 62, Whistler, Canada, Sept. 1995
U. Wachsmann, J. Huber: Power and Bandwidth Efficient Digital Communication Using Turbo Codes in Multilevel Codes
5 Jahre LIT
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
55
European Transactions on Telecommunications (ETT), Vol.6, No.5, pp.
557-567, Sept.-Oct. 1995
R. Fischer, W. Gerstacker, J. Huber: Dynamics Limited Precoding,
Shaping, and Blind Equalization for Fast Digital Transmission over
Twisted Pair Lines
IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC), Special
Issue "Advanced Techniques for Digital Transmission via Copper Lines", pp. 1622-1633, Dec. 1995
B. Spinnler, J. Huber: Aufwandsgünstige inkohärente
CPM-Übertragungsverfahren mit Vermeidung von Fehlerfortpflanzung
durch Vorcodierung und Signalformung
Tagungsband der Kleinheubacher Tagung 1995, Oct. 1995
J. Hámorský, U. Wachsmann: Criteria for Minimum Bit Error Rate Decoding of Turbo-Codes
Tagungsband der Kleinheubacher Tagung 1995, Oct. 1995
B. Spinnler, J. Huber: Design of Hyper States for Reduced-State Sequence Estimation
International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), Vol.
50, Nr. 1 (1996), pp. 17-26.
W. Gerstacker: An Alternative Approach to Minimum Mean-Squared
Error DFE with Finite Length Constraints
International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), Vol.
50, Nr. 1 (1996), pp. 27-31.
J. Huber, M. Schetelig, U. Wachsmann: Turbo-Codes over Simple
Blockcodes and Turbo-Product Codes
Mediterranean Workshop on Coding and Information Integrity, Palma
de Mallorca, Spain, Feb.-March 1996
J. Huber, U. Wachsmann: On Set Partitioning Strategies for Multilevel
Coded Modulation Schemes
Mediterranean Workshop on Coding and Information Integrity, Palma
de Mallorca, Spain, Feb.-March 1996
W. Gerstacker, J. Huber: Improved Equalization for GSM Mobile
Communications
In Proceedings of the IEEE/IEE International Conference on Telecommunications (ICT '96) , pp. 128-131, Istanbul, April 1996
R. Fischer, J. Huber, U. Wachsmann: Multilevel Coding: Aspects from
Information Theory
In Proceedings of the 1996 IEEE Information Theory Workshop (ITW),
paper 2.2, p. 9, Haifa, Israel, June 1996
W. Gerstacker, J. Huber: Maximum SNR Decision-Feedback Equalization with FIR Filters: Filter Optimization and a Signal Processing Application
56
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
5 Jahre LIT
In Proceedings of the International Conference on Communications
(ICC '96), pp. 1188-1192, Dallas, TX, June 1996.
J. Huber, J. Hámorský: Sampled coding–Dispersion of Reliability by
Iterative Decoding
In Seminar on Turbo Coding, pp. 19-26, Lund, Sweden, August 1996
R. Fischer, J. Huber, U. Wachsmann: Coded Modulation: Design of
Signal Set and Shaping
In 25th General Assembly of URSI, paper C6.6, p. 151, Lille, France,
Aug./Sept. 1996
R. Fischer, J. Huber: Neues Verfahren zur Raten- und Leistungsverteilung bei Mehrträgersystemen
In OFDM-Fachgespräch, Braunschweig, Sept. 1996
R. Bäuml, R. Fischer, J. Huber : Reducing the Peak-to-Average Power
Ratio of Multicarrier Modulation by Selected Mapping
Electronics Letters, Vol. 32, pp. 2056-2057, Nov. 1996
R. Fischer, J. Huber: A New Loading Algorithm for Discrete Multitone
Transmission
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '96),
pp. 724-728, London, Nov. 1996
S. Müller, W. Gerstacker, J. Huber: Reduced-State Soft-Output TrellisEqualization Incorporating Soft Feedback
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '96),
pp. 95-100, London, Nov. 1996
R. Fischer, J. Huber, U. Wachsmann: Multilevel Coding: Aspects from
Information Theory
In CTMC at IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '96), pp. 26-30, London, Nov. 1996
R. Müller, P. Schramm, J. Huber: Spektrale Effizienz von CDMASystemen mit linearer Interferenzunterdrückung (German Original)
Spectral Efficiency of CDMA Systems with Linear Interference Suppression (English Translation)
In Proceedings Workshop Kommunikationstechnik '97, pp. 93-97, Ulm,
Jan. 1997
S. Müller, W. Gerstacker, J. Huber: Soft-Decision Feedback in Reduced-State Trellis-Equalization with Soft-Output
In Proceedings Workshop Kommunikationstechnik '97, pp. 166-171,
Ulm, Jan. 1997
S. Müller, J. Huber: OFDM with Reduced Peak-to-Average Power Ratio by Optimum Combination of Partial Transmit Sequences
Electronics Letters, Vol. 33, pp. 368-369, Feb. 1997
5 Jahre LIT
57
[38] S. Müller, R. Bäuml, R. Fischer, J. Huber: OFDM with Reduced Peakto-Average Power Ratio by Multiple Signal Representation
Annals of Telecommunications, Vol.52, No.1-2, pp.58-67, Feb. 1997
[39] R. Fischer, J. Huber: Comparison of Precoding Schemes for Digital
Subscriber Lines
IEEE Trans. on Communications, Vol. 45, No. 3, pp. 334–343, March
1997
[40] R. Müller, U. Wachsmann, J. Huber: Multilevel Coding for Peak Power
Limited Complex Gaussian Channels
IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT '97), p.
103, Ulm, June-July 1997
[41] R. Fischer, J. Huber: On The Equivalence of Single- and Multicarrier
Modulation: A New View
IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT '97), p.
197, Ulm, June-July 1997
[42] U. Wachsmann, J. Huber: Conditions on the Optimality of Multilevel
Codes
IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT '97), p.
266, Ulm, June-July 1997
[43] P. Schramm, R. Müller, J. Huber: Spectral Efficiency of Multiuser Systems Based on CDMA with Linear MMSE Interference Suppression
IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT '97), p.
357, Ulm, June-July 1997
[44] R. Fischer, J. Huber: Finite-Word-Length and Nonrecursive Implementation of Tomlinson-Harashima Precoding
International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), Vol.
51, Nr. 4 (1997), pp. 187-195.
[45] S. Müller, J. Huber: A Novel Peak Power Reduction Scheme for
OFDM
In 1997 International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC '97), Vol.3, pp.1090-1094, Sept. 1997,
Helsinki, Finland
[46] S. Müller, J. Huber: Vergleich von OFDM-Verfahren mit reduzierter
Spitzenleistung (in German)
In 2. OFDM-Fachgespräch, Braunschweig, September 1997
[47] J. Hámorský, U. Wachsmann, J. Huber, A. Cizmar: A Hybrid Automatic Repeat Request Scheme with Turbo Codes
In International Symposium on Turbo Codes & Related Topics, Brest,
France, Sept. 1997.
[48] S. Weiss, L. Lampe, R. Stewart: Efficient subband adaptive filtering
with oversampled GDFT filter banks
58
[49]
[50]
[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
5 Jahre LIT
IEEE/IEE Int. Workshop on Acoustic Echo and Noise Cancellation (IWAENC), pp. 148-151, London, Sept. 1997
R. Müller, J. Huber: Iterated Soft-Decision Interference Cancellation
for CDMA
Tyrrhenian International Workshop on Digital Communications 1997,
In Broadband Wireless Communications, Luise and Pupolin Eds.,
Springer, London, U.K., 1998
U. Wachsmann, R. Fischer, J. Huber: Multilevel Coding: Use of Hard
Decisions in Multistage Decoding
In Allerton Conference on Communication, Control, and Computing,
pp. 966-975, Illinois, Sept.-Oct. 1997
R. Müller, J. Huber: Multiuser Detection of CDMA by Iterated SoftCancellation (Turbo Multiuser Detection)
In Kleinheubacher Berichte, pp. 357-361, Darmstadt, Germany, Oct.
1997
W. Gerstacker, R. Fischer, J. Huber: A Transmission Scheme for
Twisted Pair Lines with Coding, Precoding, and Blind Equalization
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '97),
pp. 52-56, Phoenix, Arizona, USA, Nov. 1997
S. Müller, J. Huber: A Comparison of Peak Power Reduction Schemes
for OFDM
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '97),
pp. 1-5, Phoenix, Arizona, USA, Nov. 1997
R. Müller, J. Huber: Capacity of Cellular CDMA Systems Applying Interference Cancellation and Channel Coding
In CTMC at IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '97), pp. 179-184, Phoenix, Arizona, USA, Nov. 1997
R. Müller, P. Gunreben, J. Huber: On the Ability of CDMA to Combat
Log-Normal Fading
In International Zurich Seminar on Broadband Communications, pp.
17-22, Zurich, Switzerland, Feb. 1998
J. Huber, U. Wachsmann, R. Fischer: Coded Modulation by MultilevelCodes: Overview and State of the Art
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
255-266, Aachen, March 1998
R. Fischer, J. Huber, U. Wachsmann: On the Combination of Multilevel
Coding and Signal Shaping
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
273-278, Aachen, March 1998
R. Fischer, J. Huber : Optimales Multiplexübertragungsverfahren für
verzerrende Kanäle
5 Jahre LIT
[59]
[60]
[61]
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
59
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
201-206, Aachen, March 1998
W. Gerstacker, R. Fischer, J. Huber: Blinde Entzerrung für digitale Übertragung über Zweidrahtleitungen mit Codierung und Vorcodierung
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
239-244, Aachen, March 1998
U. Wachsmann, J. Huber, R. Fischer: Multilevel Coding: Use of Hard
Decisions in Multistage Decoding
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
231-236, Aachen, March 1998
B. Spinnler, B. Lankl, J. Huber: Differential Detection of Continuous
Phase Modulation for Radio Applications
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
213-218, Aachen, March 1998
G. Bumiller, J. Huber: Entzerrung von Intersymbolinterferenzen für inkohärente CPM-Empfänger am Beispiel von DECT
In ITG-Fachbericht: Codierung für Quelle, Kanal und Übertragung, pp.
207-212, Aachen, March 1998
S. Weiss, L. Lampe, R. Stewart: Efficient Implementations of Complex
and Real Valued Filter Banks for Comparative Subband Processing
with an Application to Adaptive Filtering
Proc. 1st International Symposium on Communication Systems and
Digital Signal Processing (CSDSP '98) pp.32-35, Sheffield, England,
April 1998
R. Müller, A. Lampe, J. Huber: Gaussian Multiple-Access Channels
with Weighted Energy Constraint
In IEEE Information Theory Workshop, pp. 106-107, Killarney, Ireland, June 1998
U. Wachsmann, J. Huber: Distance Profile of Multilevel Coded Transmission and Rate Design
In IEEE Information Theory Workshop, pp.10-11, Killarney, Ireland,
June 1998
D. Schill, J. Huber: On Hierarchical Signal Constellations for the Gaussian Broadcast Channel
In International Conference on Telecommunications (ICT '98), Vol I,
pp. 34-38, Porto Carras, Greece, June 1998
A. Lampe, L. Duan: On the Achievability of Maximum Capacity wih
Synchronous CDMA
In International Conference on Telecommunications (ICT '98), Vol II,
pp. 47-51, Porto Carras, Greece, June 1998
R. Müller, J. Huber: On Uncoded High Rate Transmission over Synchronous Gaussian Multiple-Access Channels
60
[69]
[70]
[71]
[72]
[73]
[74]
[75]
[76]
[77]
[78]
5 Jahre LIT
In IEEE International Symposium on Information Theory, p. 285, Cambridge, MA, Aug. 1998
U. Wachsmann, J. Huber, P. Schramm: Comparison of Coded Modulation Schemes for the AWGN and the Rayleigh Fading Channel
In IEEE International Symposium on Information Theory, Cambridge,
MA, Aug. 1998
D. Schill, J. Huber: Transmission of Hierarchical Broadcast Signals using Multi-Level-Codes
Kleinheubacher Berichte, pp. 293-301, Kleinheubach, Germany, Sept.
1998
S. Müller-Weinfurtner: On the Optimality of Metrics for Coarse Frame
Synchronization in OFDM: A Comparison
In IEEE Int. Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC '98), pp. 533-537, Boston, MA, USA, Sept. 1998
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Decision-feedback differential detection scheme for 16-DAPSK
Electronics Letters, Vol. 34, No. 19, pp. 1812-1813, Sept. 1998
P. Schramm: Analysis and Optimization of Pilot Channel Assisted
BPSK for DS-CDMA Systems
IEEE Transactions on Communications, Vol. 46, No. 9, pp. 1122-1124,
Sept. 1998
S. Müller-Weinfurtner, J. Rößler, J. Huber: Analysis of a Frame- and
Frequency Synchronizer for (Bursty) OFDM
In 7th Communication Theory Mini-Conference (CTMC) at IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '98), pp. 201-206,
Sydney, Australia, Nov. 1998
A. Lampe, R. Müller, J. Huber: Multi-Cellular CDMA Systems with
Interference Cancellation: Effects of Path Loss, Shadowing and Handover Strategies
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '98),
pp. 1888-1893, Sydney, Australia, Nov. 1998
W. Gerstacker, R. Schober, J. Huber: Noncoherent Equalization Algorithms Based on Sequence Estimation
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '98),
pp. 3485-3490, Sydney, Australia, Nov. 1998
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Improving Differential Detection
of MDPSK by Noise Prediction
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '98),
pp. 567-572, Sydney, Australia, Nov. 1998
P. Schramm, R. Müller: Pilot Symbol Assisted BPSK on Rayleigh Fading Channels with Diversity: Performance Analysis and Parameter
Optimization.
5 Jahre LIT
[79]
[80]
[81]
[82]
[83]
[84]
[85]
[86]
[87]
[88]
[89]
61
IEEE Transactions on Communications, Vol. 46, No. 12, pp. 15601563, Dec. 1998
R. Fischer, S. Calabrò, L. Lampe, S. Müller-Weinfurtner: Performance
of coded modulation employing differential encoding over Rayleigh fading channels
Electronics Letters, Vol. 35, pp. 122-123, Jan. 1999
J. Huber, R. Fischer, U. Wachsmann: Codierte Modulation mittels Multilevel-Codes: Entwicklung und aktueller Stand der Forschung
IT+TI, pp. 30-35, Oldenbourg-Verlag. Jan. 1999 (invited paper)
L. Lampe, R. Fischer, S. Calabrò: Channel capacity of fading channels
for differentially encoded Transmission
Electronics Letters, Vol. 35, pp. 192-194, Feb. 1999
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Decision-Feedback Differential
Detection of 16 DAPSK
In Proceedings of 3rd European Mobile Communications Conference
(EPMCC '99), pp. 247-252, Paris, 09-11 March 1999
R. Schober, P. Bayvel, F. Di Pasquale: Analytical model for the calculation of the optical signal-to-noise ratio (SNR) of WDM EDFA chains
Optical and Quantum Electronics, Vol. 31, pp. 237-241, 1999
L. Lampe, R. Fischer: Comparison and Optimization of Differentially
Encoded Transmission on Fading Channels
In Proceedings of 3rd International Symposium on Power-Line Communications and its Applications (ISPLC '99), pp. 107-113, Lancaster,
UK, March 1999
M. Breiling, S. Peeters, J. Huber: Class of double terminating turbo code interleavers
Electronics Letters, Vol. 35, No. 5, pp. 389-391, March 1999
P. Schramm, R. Müller: Spectral Efficiency of CDMA Systems with
Linear MMSE Interference Suppression
IEEE Transactions on Communications, pp. 722-731, Vol. 47, No. 5,
May 1999
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Decision-Feedback Differential
Detection of MDPSK for Flat Rayleigh Fading Channels
In Proceedings of IEEE International Conference on Communications
(ICC '99), pp. 135-140, Vancouver, B.C., June 1999
A. Lampe, J. Huber: On Improved Multiuser Detection with Iterated
Soft Decision Interference Cancellation
In Proceedings of Communication Theory Mini-Conference (CTMC) at
IEEE International Conference on Communications (ICC '99), pp. 172176, Vancouver, B.C., June 1999
L. Lampe, S. Calabrò, R. Fischer, S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: On
the Difficulty of Bit-Interleaved Coded Modulation for Differentially
62
[90]
[91]
[92]
[93]
[94]
[95]
[96]
[97]
[98]
[99]
5 Jahre LIT
Encoded Transmission
In Proceedings of IEEE Information Theory Workshop (ITW '99), p.
111, Kruger National Park, South Africa, June 1999
A. Lampe, R. Müller, J. Huber: Transmit Power Allocation for Gaussian Multiple Access Channels with Diversity
In Proceedings of IEEE Information Theory Workshop (ITW '99), p.
101, Kruger National Park, South Africa, June 1999
T. Dorsch, S. Huettinger, J. Huber: Hierarchical Channel Coding for
Broadcasting emloying GC-Codes
In Proceedings of IEEE Information Theory Workshop (ITW '99), Kruger National Park, South Africa, June 1999
D. Schill, D. Yuan, J. Huber: Efficient Hierarchical Broadcasting using
Multilevel Codes
In Proceedings of IEEE Information Theory Workshop (ITW '99), p.
72, Metsovo, Greece, June 1999
U. Wachsmann, R. Fischer, J. Huber: Multilevel Codes: Theoretical
Concepts and Practical Design Rules
IEEE Transactions on Information Theory, pp. 1361-1391, July 1999
R. Fischer: Calculation of Shell Frequency Distributions Obtained with
Shell-Mapping Schemes
IEEE Transactions on Information Theory, pp. 1631-1639, July 1999
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Decision-Feedback Differential
Detection of MDPSK for Flat Rayleigh Fading Channels
IEEE Transactions on Communications, pp. 1025-1035, Vol. 47, No. 7,
July 1999
D. Yuan, D. Schill, J. Huber: Robust Hierarchical Broadcasting for
AWGN and Flat Rayleigh Fading Channels using Multilevel Codes
In Proceedings of IEEE Fifth International Symposium on Communication Theory & Applications (ISCTA '99), pp. 160-162, Ambleside,
UK, July 1999
S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: Improved OFDM Receivers with Nyquist Windowing
In Proceedings of 3rd Workshop Kommunikationstechnik '99, Ulm,
Germany, pp. 83-87, July 1999.
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Improving Differential Detection
of MDPSK by Noise Prediction and Sequence Estimation
IEEE Transactions on Communications, pp. 1161-1172, Vol. 47, No. 8,
Aug. 1999
W. Gerstacker, R. Fischer, J. Huber: Blind Equalization Techniques for
xDSL using Channel Coding and Precoding
International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), pp.
194-204, No. 4, Aug. 1999
5 Jahre LIT
63
[100] R. Müller: Multiuser Equalization for Random Spreading: Limits of
Decorrelation with and without Decision-Feedback
In 37th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and
Computing, Monticello, IL, USA, Sept. 1999
[101] R. Fischer, L. Lampe, S. Calabrò, S. Müller-Weinfurtner: Coded Modulation using Differential Encoding over Rayleigh Fading Channels
In Proceedings of 50th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC
1999-Fall), Amsterdam, The Netherlands, pp. 2525-2529, Sept. 1999
[102] W. Gerstacker, R. Schober, J. Huber: Decision-Feedback Differential
Detection for 16DAPSK Transmitted Over Ricean Fading Channels
In Proceedings of 50th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC
1999-Fall), Amsterdam, The Netherlands, pp. 2515-2519, Sept. 1999
[103] S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: Robust OFDM Reception with NearOptimum Nyquist Window
In Proceedings of 50th IEEE Vehicular Technology Conference (VTC
1999-Fall), Amsterdam, The Netherlands, pp. 289-293, Sept. 1999
[104] R. Fischer, L. Lampe, J. Huber: Analysis of Synchronisation Requirements for ADSL
In Proceedings of International OFDM-Workshop, Hamburg, Germany,
pp. 13.1-13.5, Sept. 1999
[105] R. Schober, W. Gerstacker: Noncoherent Adaptive Linear MMSE Equalization for 16DAPSK Signals
Electronics Letters, Vol. 35, pp. 2006-2008, Nov. 1999
[106] R. Schober, W. Gerstacker: Prediction-Based Decision-Feedback Differential Detection for MDPSK
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '99),
pp. 2259-2263, Rio, Brazil, Dec. 1999.
[107] L. Lampe, R. Fischer, S. Calabrò, S. Müller-Weinfurtner: Coded Modulation for DPSK on Fading Channels
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '99),
pp. 2540-2544, Rio, Brazil, Dec. 1999.
[108] S. Müller-Weinfurtner: Frequency-Domain Frame Synchronization for
Optimum Frequency-Differential Demodulation of OFDM
In IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '99),
pp. 857-862, Rio, Brazil, Dec. 1999.
[109] L. Lampe, R. Schober: Decision-Feedback Differential Demodulation
of Bit-Interleaved Coded MDPSK
In IEE Electronics Letters, Vol. 35, No. 25, pp. 2170-2171, 1999
[110] R. Schober, W.H. Gerstacker: Metric for Noncoherent Sequence Estimation
In IEE Electronics Letters, Vol. 35, No. 25, pp. 2178-2179, 1999
64
5 Jahre LIT
[111] A. Lampe, C. Windpassinger: Multiuser Detection with Iterated Channel Estimation
Second International Workshop on Multi-Carrier Spread-Spectrum &
Related Topics 1999, In Multi-Carrier Spread Spectrum & Related Topics, Fazel and Kaiser Eds., Kluwer, Boston, MA, 2000.
[112] R. Fischer, L. Lampe, S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: Coded Modulation for Differential Encoding and Non-Coherent Reception on Fading
Channels
In Proceedings of 3. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.
139-146, München, Germany, Jan. 2000
[113] M. Breiling, J. Huber: A Method for Determining the Distance Profile
of Turbo Codes
In Proceedings 3. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.
219-224, München, Germany, Jan. 2000
[114] A. Lampe, J. Huber: Coded Transmission over Multipath Fading Channels with CDMA
In Proceedings 3. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.313318, München, Germany, Jan. 2000
[115] L. Lampe, J. Huber: Bandwidth Efficient Power Line Communications
Based on OFDM
In International Journal of Electronics and Communications (AEÜ),
Vol. 54, No. 1, pp. 2-12, 2000
[116] R. Fischer, L. Lampe, S. Calabrò: Differential Encoding Strategies for
Transmission over Fading Channels
In International Journal of Electronics and Communications (AEÜ),
Vol. 54, No. 1, pp. 59-67, Jan. 2000
[117] L. Lampe, R. Fischer, R. Schober: Performance Evaluation of NonCoherent Transmission over Power Lines
In Proceedings of International Syposium on Power-Line Communications (ISPLC 2000), pp. 23-30, Limerick, Ireland, April 2000.
[118] W. Gerstacker, R. Schober: On Equalization for EDGE mobile communications
In IEE Electronics Letters, Vol. 36, No. 2, pp. 189-191, 2000
[119] R. Schober, W. Gerstacker: Decision-Feedback Differential Detection
Based on Linear Prediction for MDPSK Signals Transmitted Over Ricean Fading Channels
IEEE Journal on Selected Areas in Communications (J-SAC), Wireless
Communications Series, Vol. 18, pp. 391-402, March, 2000
[120] R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Adaptive Linear Equalization
Combined with Noncoherent Detection for MDPSK Signals
IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, pp. 733-738, No. 5,
May 2000.
5 Jahre LIT
65
[121] R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Adaptive Noncoherent Linear Minimum ISI Equalization for MDAPSK Signals
International Conference on Communications, pp. 1681-1686, New
Orleans, June 2000.
[122] L. Lampe, R. Fischer, J. Huber: Differential Phase Shift Keying with
Constellation Expansion Diversity
In Proceedings 2000 IEEE International Symposium on Information
Theory, p. 136, Sorento, Italy, June 2000.
[123] A. Lampe: On CDMA Transmission over Mismatched Fading Channels Employing MMSE-Receivers and Successive Cancellation
In Proceedings 2000 IEEE International Symposium on Information
Theory, p. 333, Sorento, Italy, June 2000.
[124] M. Breiling, S. Peeters, J. Huber: Interleaver Design Using Backtracking and Spreading Methods
In Proceedings 2000 IEEE International Symposium on Information
Theory, p. 451, Sorento, Italy, June 2000.
[125] S. Müller-Weinfurtner: Sandwich Preamble for Burst Synchronisation
In 5th International OFDM Workshop, Hamburg, Germany, pp. 23.123.4, Sept. 2000
[126] M. Breiling, S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: Peak-Power Reduction in
OFDM without Explicit Side Information
In 5th International OFDM Workshop, Hamburg, Germany, pp. 28.128.4, Sept. 2000
[127] L. Lampe, R. Schober, R. Fischer: Noncoherent and Coded OFDM Using Decision-Feedback Demodulation and Diversity
In 5th International OFDM Workshop, Hamburg, Germany, pp. 15.115.6, Sept. 2000
[128] R. Fischer, R. Tzschoppe, J. Huber: Signal Shaping for Peak-Power and
Dynamics Reduction
In Proceedings of the Workshop 'What is next in xDSL', Vienna,
Austria, 15. Sept. 2000. (Invited Talk)
[129] W. Gerstacker, F. Obernosterer, R. Meyer, J. Huber : An Efficient Method for Prefilter Computation for Reduced-State Equalization
IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio
Communication (PIMRC), pp. 604-609, London, Sept. 2000.
[130] W. Gerstacker, R. Schober: Analytical Results on the Statistical Distribution of the Zeros of Mobile Channels
IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio
Communication (PIMRC), pp. 304-309, London, Sept. 2000.
[131] W. Gerstacker, R. Müller, J. Huber: Iterative Equalization with Adaptive Soft Feedback
66
[132]
[133]
[134]
[135]
[136]
[137]
[138]
[139]
[140]
[141]
5 Jahre LIT
IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, pp. 1462-1466, No. 9,
Sept. 2000
P. Kuczynski, A. Rigolle, W. Gerstacker, J. Huber: Hidden Markov
Modeling of Error Patterns and Soft Outputs for Simulation of Wideband CDMA Transmission Systems
2000 European Conference on Wireless Technology (2000 ECWT), pp.
135-138, Paris, Oct. 2000
R. Schober, W. Gerstacker: Adaptive Noncoherent DFE for MDPSK
Signals Transmitted Over ISI Channels
IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, pp. 1128-1140, No. 7,
July 2000
R. Schober, L. Lampe, W. Gerstacker: Noncoherent Sequence Estimation Combined with Noncoherent Adaptive Channel Estimation
European Wireless 2000, Dresden, Sept. 2000
M. Breiling, S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: Distortionless Reduction
of Peak Power without Explicit Side Information
IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2000),
San Francisco, CA, USA, pp. 1494-1498, Nov. 2000
S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: Optimum Nyquist Windowing for Improved OFDM Receivers
IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2000),
San Francisco, CA, USA, pp. 711-715, Nov. 2000
S. Müller-Weinfurtner: Comparison of Preamble Structures for Burst
Frequency Synchronization
IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2000),
San Francisco, CA, USA, pp. 1488-1493, Nov. 2000
L. Lampe, R. Schober: Decision-Feedback Differential Demodulation
of Bit-Interleaved Coded MDPSK for Flat Rayleigh Fading Channels
IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM 2000),
San Francisco, CA, USA, Nov. 2000
R. Schober, W. Gerstacker: Noncoherent LMS Algorithms for Noncoherent Sequence Estimation
IEEE Communication Theory Symposium at Globecom '00, pp. 965969, San Francisco, Nov. 2000
M. Breiling, J. Huber: Upper Bound on the Minimum Distance of Turbo Codes Using a Combinatorial Approach
Proceedings of the International Symposium on Turbo Codes 2000,
Brest/France, pp. 55-58, Sept. 2000
S. Huettinger, M. Breiling, J. Huber: Memory efficient Implementation
of the BCJR Algorithm
Proceedings of the International Symposium on Turbo Codes 2000,
Brest/France, pp. 479-482, Sept. 2000
5 Jahre LIT
67
[142] M. Breiling, L. Hanzo: The Super-Trellis Structure of Turbo Codes
IEEE Transactions on Information Theory, pp. 2212-2228, No. 6, Sept.
2000
[143] L. Lampe, R. Fischer: Low Complexity Multilevel Coding for Multiple-Symbol Differential Detection
IEE Electronics Letters, Vol. 36, No. 25, pp. 2081-2082, Dec. 2000
[144] A. Lampe: Multiuser Detection with Iterated Soft Decision Interference
Cancellation for Multipath Fading Channels
International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), Vol.
54, No. 5, pp. 285-292, 2000
[145] L. Lampe, R. Fischer: Noncoherent Coded Modulation for Fading
Channels
International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), Vol.
54, No. 6, pp. 399-411, 2000
[146] A. Lampe: An Analytic Solution to the Performance of Iterated Soft
Decision Interference Cancellation for Coded CDMA Transmission over Frequency Selective Fading Channels
In Proceedings of IEEE Sixth International Symposium on Spread
Spectrum Techniques and Applications, Parsippany, NJ, USA, pp. 368372, Sept. 2000
[147] A. Lampe, J. Huber: Transmit Diversity in DS-CDMA Systems
In Proceedings of 2000 International Symposium on Information Theory and Its Applications, Honolulu, HI, USA, pp. 120-123, Nov. 2000
[148] A. Lampe, J. Huber: On the Performance of ISDIC for Frequency Selective Fading Channels
In Proceedings of 2000 International Symposium on Information Theory and Its Applications, Honolulu, HI, USA, pp. 869-872, Nov. 2000
[149] S. Huettinger, J. Huber: Hierarchical near-EEP code design for improved decoding performance
Winter School on Coding and Information Theory, University of Ulm,
Reisensburg, Germany, Dec. 17-20, 2000
[150] A. Lampe, R. Schober, W. Gerstacker: A Novel Iterative Multiuser Detector for Complex Modulation Schemes
COST 262 Workshop, pp. 25-29, Schloss Reisensburg, Jan. 2001
[151] R. Müller: Multiuser Receivers for Randomly Spread Signals: Fundamental Limits with and without Decision-Feedback
In IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 47, No. 1, pp. 268283, Jan. 2001
[152] R. Schober, W. Gerstacker: Noncoherent Adaptive Channel Identification Algorithms for Noncoherent Sequence Estimation
IEEE Transactions on Communications, Vol. 49, pp. 229-234, No. 2,
Feb. 2001
68
5 Jahre LIT
[153] S. Müller-Weinfurtner: Optimum Nyquist Windowing in OFDM Receivers
IEEE Transactions on Communications, Vol. 49, No. 3, pp. 417-420,
March 2001
[154] R. Müller: Successive vs. Joint Decoding under Complexity and Performance Constraints
International Journal of Electronics and Communications, Vol. 55, No.
2, pp. 141-143, 2001
[155] S. Huettinger, S. ten Brink, J. Huber: Turbo-Code representation of
RA-Codes and DRS-Codes for reduced decoding complexity
In Proceedings of the 35th Annual Conference on Information Sciences
and Systems (CISS '2001), The Johns Hopkins University, Baltimore,
Maryland, pp.118-123, March 2001
[156] L. Lampe: Medium Access Scheme for TDMA
In Proceedings of Int. Symposium on Power-Line Communications
(ISPLC 2001), pp. 339-344, Malmö, Schweden, April 2001
[157] M. Breiling, J. Huber: Upper Bound on the Minimum Distance of Turbo Codes
IEEE Transactions on Communications, pp. 808-815, Vol. 49, No. 5,
May 2001
[158] L. Lampe, R. Schober, G. Enzner, J. Huber: Noncoherent Coded Continuous Phase Modulation
In Proceedings of International Conference on Communications (ICC
'01), Helsinki, June 2001
[159] R. Schober, W. Gerstacker, A. Lampe: Noncoherent MMSE Interference Suppression for DS-CDMA
In Proceedings of International Conference on Communications (ICC
'01), pp. 555-559, Helsinki, June 2001
[160] W. Gerstacker, R. Schober: The Statistics of the Zeros of Mobile Channels: Results and Implications for Equalizer Design
In Proceedings of International Conference on Communications (ICC
'01), pp. 1062-1067, Helsinki, June 2001
[161] R. Schober, L. Lampe, G. Enzner: Noncoherent Sequence Estimation:
A Comparison
In Proceedings of International Conference on Telecommunications
(ICT '01), Bucharest, June 2001
[162] L. Lampe, R. Fischer: Random Coding Exponent Based Design of Coded Modulation for Multiple-Symbol Differential Detection
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '01), p. 163, Washington, June 2001
[163] A. Lampe, R. Schober, W. Gerstacker: A Novel Iterative Multiuser Detector for Complex Modulation Schemes
5 Jahre LIT
[164]
[165]
[166]
[167]
[168]
[169]
[170]
[171]
[172]
[173]
69
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '01), p. 33, Washington, June 2001
W. Gerstacker, R. Schober, A. Lampe: Equalization with Widely Linear Filtering
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '01), p. 265, Washington, June 2001
R. Schober, L. Lampe, W. Gerstacker: Noncoherent Sequence Estimation Combined with Noncoherent Adaptive Channel Estimation
Journal of Telecommunications (Frequenz), pp. 171-175, May/June
2001
M. Breiling, S. Müller-Weinfurtner, J. Huber: SLM Peak-Power Reduction without Explicit Side Information
IEEE Communications Letters, Vol. 5, No. 6, pp. 239-241, June 2001
L. Lampe, R. Schober: Iterative Decision-Feedback Differential Demodulation of Bit-Interleaved Coded MDPSK for Flat Rayleigh Fading
Channels
IEEE Transactions on Communications, Vol. 49, No. 7, pp. 1176-1184,
July 2001
R. Fischer, L. Lampe, S. Müller-Weinfurtner: Coded Modulation for
Noncoherent Reception with Application to OFDM
IEEE Transactions on Vehicular Technology,Vol. 50, No. 4, pp. 910919, July 2001
R. Schober, W. Gerstacker: On the Distribution of Zeros of Mobile
Channels with Application to GSM/EDGE
IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Wireless Communications Series pp. 1289-1299, July 2001
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Decision-Feedback Differential
Detection Based on Linear Prediction for 16DAPSK Signals Transmitted over Flat Ricean Fading Channels
IEEE Transactions on Communications, pp. 1339-1342, Aug. 2001
A. Lampe, M. Breiling: An Asymptotic Analysis of Widely Linear Filtering–Real vs. Complex Modulation
In IEEE Information Theory Workshop (ITW '01), pp. 55-57, Cairns,
Australia, Sept. 2001
W. Gerstacker, F. Obernosterer, R. Schober, A. Lehmann, A. Lampe, P.
Gunreben: Widely Linear Receivers for Space-Time Block-Coded
Transmission Over Frequency-Selective Fading Channels
In Aachen Symposium on Signal Theory (ASST '01), pp. 281-286, Aachen, Sept. 2001
R. Schober, W. Gerstacker, L. Lampe: Performance Analysis and Design of Space-Time Block Codes for Frequency-Selective Fading
Channels
70
[174]
[175]
[176]
[177]
[178]
[179]
[180]
[181]
[182]
[183]
[184]
5 Jahre LIT
In Aachen Symposium on Signal Theory (ASST '01), pp. 325-330, Aachen, Sept. 2001
R. Schober, W. Gerstacker, J. Huber: Adaptive Noncoherent Linear Minimum ISI Equalization for MDPSK and MDAPSK Signals
IEEE Transactions on Signal Processing, pp. 2018-2030, Sept. 2001
S. Huettinger, J. Huber, R. Johannesson, R. Fischer: Information Processing in Soft-Output Decoding
In Proceedings of 39th Annual Allerton Conference on Communications, Control and Computing, Oct. 2001
M. Breiling, J. Huber: Combinatorial Analysis of the Minimum Distance of Turbo Codes
IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 47, No. 7, pp. 27372750, Nov. 2001
L. Lampe, R. Schober: Low-Complexity Iterative Demodulation for
Noncoherent Coded Transmission over Ricean Fading Channels
IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 50, No. 6, pp. 14811496, Nov. 2001
R. Fischer, E. Eberlein: Improved Differential Demodulation of OFDM
over Two-Path Channels
In Proceedings of 6. International OFDM-Workshop, Hamburg, Germany, Sept. 2001
L. Lampe, R. Schober: Differential Modulation Diversity for OFDM
In Proceedings of 6. International OFDM-Workshop, pp. 19.1-19.6,
Hamburg, Germany, Sept. 2001
R. Fischer, R. Tzschoppe, J. Huber: Signal Shaping for Reduction of
Peak-Power and Dynamic Range in Precoding Schemes
In Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference
(GLOBECOM '01), San Antonio, Nov. 2001.
L. Lampe, R. Schober: Prediction-Based Differential Decoding for Ricean Fading Channels
In Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference
(GLOBECOM '01), San Antonio, Nov. 2001
R. Schober, L. Lampe: Noncoherent Receivers for Differential SpaceTime Modulation
In Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference
(GLOBECOM '01), San Antonio, Nov. 2001.
S. Huettinger, J. Huber: Improved Decoding of Woven Convolutional
Codes via hierarchical near-EEP code structure
In Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference
(GLOBECOM '01), San Antonio, Nov. 2001
L. Lampe, R. Schober: Coded Differential Space-Time Modulation and
Low-complexity Iterative Decoding
5 Jahre LIT
[185]
[186]
[187]
[188]
[189]
[190]
[191]
[192]
[193]
[194]
71
In Proceedings of 4. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.
91-98, Berlin, Jan. 2002
L. Lampe, R. Schober, R. Tzschoppe, J. Huber: Noncoherent Continuous-Phase Modulation for DS-CDMA
In Proceedings of 4. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.
191-198, Berlin, Jan. 2002
R. Schober, L. Lampe: Receiver Design for Differential Space-Time
Modulation
In Proceedings of 4. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.
415-421, Berlin, Jan. 2002
S. Huettinger, J. Huber, R. Fischer, R. Johannesson: Soft-Output-Decoding: Some Aspects From Information Theory
In Proceedings of 4. ITG Conference Source and Channel Coding, pp.
81-89, Berlin, Jan. 2002
R. Fischer, C. Windpassinger, A. Lampe, J. Huber: Space-Time Transmission using Tomlinson-Harashima Precoding
In Proceedings of 4. ITG Conference on Source and Channel Coding,
pp. 139-147, Berlin, Jan. 2002
A. Lampe, W. Gerstacker, J. Huber: A Comparison of Single User Detection and Joint Detection for Centralized and Decentralized CodeDivision Multiple-Access
In Proceedings of 4. ITG Conference on Source and Channel Coding,
pp. 379-386, Berlin, Jan. 2002
W. Gerstacker, R. Schober: Equalization Concepts for EDGE
In IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 1, No. 1, pp.
190-199, Jan. 2002
R. Schober, L. Lampe: Differential Modulation Diversity
In Proceedings of International Zurich Seminar on Broadband Communications (IZS '02), Zurich, Switzerland, Feb. 2002
R. Schober, L. Lampe, W. Gerstacker, S. Pasupathy: Modulation Diversity for Fading ISI Channels: Performance Analysis and Code Design
In Proceedings of International Zurich Seminar on Broadband Communications (IZS '02), Zurich, Switzerland, Feb. 2002
R. Fischer, C. Windpassinger, A. Lampe, J. Huber: Tomlinson-Harashima Precoding in Space-Time Transmission for Low-Rate Backward
Channel
In Proceedings of International Zurich Seminar on Broadband Communications (IZS '02), Zurich, Switzerland, Feb. 2002
J. Rößler, W. Gerstacker, A. Lampe, J. Huber: Matched-Filter- and
MMSE-Based Iterative Equalization with Soft Feedback for QPSK
Transmission
72
[195]
[196]
[197]
[198]
[199]
[200]
[201]
[202]
[203]
[204]
5 Jahre LIT
In Proceedings of International Zurich Seminar on Broadband Communications (IZS '02), Zurich, Switzerland, Feb. 2002
A. Lampe, R. Schober, W. Gerstacker: A Novel Iterative Multiuser Detector for Complex Modulation Schemes
In IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 20, No. 2,
pp. 339-350, Feb. 2002
S. Huettinger, J. Huber: Design of "Multiple-Turbo-Codes'' with Transfer Characteristics of Component Codes
Conference on Information Sciences and Systems (CISS '02), Princeton, March 2002
L. Lampe, R. Schober, G. Enzner, J. Huber: Coded Continuous Phase
Modulation with Low-Complexity Noncoherent Reception
In IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 4, pp. 517-520,
April 2002
R. Schober, W. Gerstacker, A. Lampe: Noncoherent MMSE Interference Suppression for DS-CDMA
In IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 4, pp. 577-587,
April 2002
L. Lampe, R. Schober: Bit-Interleaved Coded Differential Space-Time
Modulation
In Proceedings of International Conference on Communications (ICC
'02), New York, April-May 2002
R. Schober, W. Gerstacker, L. Lampe: Performance Analysis and Design of STBC's for Fading ISI Channels
In Proceedings of International Conference on Communications (ICC
'02), New York, April-May 2002
J. Rößler, L. Lampe, W. Gerstacker, J. Huber: Decision-Feedback Equalization for CDMA Downlink
In Proceedings of VTC Spring 2002, Birmingham, Alabama, May 2002
R. Schober, L. Lampe: Noncoherent Receivers for Differential SpaceTime Modulation
In IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 5, pp. 768-777,
May 2002
R. Schober, W. Gerstacker: The Zeros of Random Polynomials: Further
Results and Applications
In IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 6, pp. 892-896,
June 2002
R. Fischer, C. Windpassinger, A. Lampe, J. Huber: MIMO Precoding
for Decentralized Receivers
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '02), p. 496, Lausanne, Switzerland, June/July 2002
5 Jahre LIT
73
[205] L. Lampe, R. Schober, R. Fischer: Multilevel Coding for Multiple-Antenna Transmission
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '02), p. 104, Lausanne, Switzerland, June/July 2002
[206] A. Lampe, J. Huber: On the asymptotic SIR of (WL)MMSESIC for imperfect CSI
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '02), p. 448, Lausanne, Switzerland, June/July 2002
[207] S. Huettinger, J. Huber: Extrinsic and Intrinsic Information in Systematic Coding
In Proceedings of International Symposium on Information Theory
(ISIT '02), p. 116, Lausanne, Switzerland, June/July 2002
[208] T. Vencel, C. Windpassinger, R. Fischer: Sorting in the V-BLAST Algorithm and Loading
In Proceedings of Communication Systems and Networks (CSN '02),
pp. 304-309, Malaga, Spain, September 2002
[209] L. Lampe, R. Schober: Bit-Interleaved Coded Differential Space-Time
Modulation
IEEE Transactions on Communications. Vol. 50, No. 9, pp. 1429-1439,
Sept. 2002
74
5 Jahre LIT
Lageplan der Technischen Fakultät
ERW
IN-R
.
Anfahrtswege zur Technischen Fakultät
TIEFGARAGE
R.
MA
HU
-SC
RT
KU
Roter
Platz
R.
-ST
ER
CH
EG
Cauerstr. 9
FRA
NZ
EN
SB
AD
ER
STR
.
YS
MA
RTE
TTK
HO
NSS
T
R.
Cauerstr. 7
Einfahrt
Cauerstraße
SC
GÖ
RK
AU
ER
STR
.
.
TR
YS
ERL
TTK
HO
SC
AND
STR
.
ST
ORER
RATIB
OM
ME
L-S
TR
TR
CA
UER
STR
.
.
HA
BE
RS
TR.
Cauerstr. 6
Cauerstr. 4
HA
BE
RS
TR.
5 Jahre LIT
75