Coding and modulation for spectral efficient transmission

Abstract

We investigate channel coding and modulation for bandwidth-efficient transmission. For the bit-interleaved coded modulation (BICM) system, we optimize mappings for quadrature amplitude modulation with respect to the resulting symbol and bit error rates at the demapper, and to the achievable BICM and signal set capacities. Further, we design mappings that are most suited for receivers, which exchange information between demapper and decoder in an iterative manner. The mappings are not restricted to certain symbol alphabets, and thus, the optimized mappings outperform similar state-of-the-art schemes. For multi-antenna systems, we examine multidimensional mappings as a means to minimize bit error rates at an iterative receiver. Finally, we derive for block codes over the binary erasure channel closed-form expressions for their transfer characteristics to be used in the extrinsic information transfer chart. Based on that, capacity approaching irregular, i.e., time-varying, codes are suggested.

Diese Arbeit untersucht Kanalkodierung undModulation für bandbreite-effiziente Nachrichtenübertragung. Für das so genannte “bit-interleaved coded modulation”-System — einer seriellen Verkettung von Kanalkode, Bit-Verwürfelung und Quadratur-Amplituden Modulation (QAM), werden QAM-Mappings vorgestellt, die bezüglich der Symbol- und Bitfehlerhäufigkeit, die beim Detektor auftreten, optimal sind, sowie bezüglich der BICM- und der Signalvorrats-Kapazität, d.h. informationstheoretisch die Übertragungsgeschwindigkeit maximieren. Darüber hinaus werden Mappings entworfen, die für Empfänger geeignet sind, welche iterativ Informationen zwischen Detektor und Dekodierer austauschen. Die Mappings sind nicht auf herkömmliche Symbolanordnungen beschränkt, wodurch die optimierten Lösungen den Standard-Systemen überlegen sind. Bei Mehrantennen-Systemen werden multidimensionale Mappings untersucht, welche die Bitfehlerhäufigkeit bei iterativen Empfängern reduzieren. Schließlich werden Transinformations-Kennlinien für Block-Kodes hergeleitet, für den Fall, dass der Kanal durch einen binären Auslöschungskanal modelliert wird. Diese Kennlinien sind Bestandteil des so genannten EXIT-Diagramms. Darauf aufbauend werden irreguläre, also zeitvariante, Kodes vorgeschlagen, die nahe an die Kapazitäts-Grenze herankommen.