DE102015215069B4

DE102015215069B4 - Verfahren zum Übertragen von Daten

Info

Publication number: DE102015215069B4
Application number: DE102015215069.0A
Authority: DE
Inventors: Gianluigi Liva
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: DE102015215069A1

Abstract

Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger, wobei die Daten vor dem Senden durch einen Encoder codiert werden, wobei die Daten nach ihrer Übertragung über einen verlustbehafteten Übertragungskanal durch einen Decoder decodiert werden, wobei beim Decodieren verloren gegangene Daten wiederhergestellt werden, wobei zum Codieren und Decodieren ein generalisierter LDPC Code (Low Density Parity Check Code) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der LDPC Code in der Darstellung eines bipartiten Graphen 2 Check Nodes und 15 Variable Nodes aufweist, wobei der erste Variable Node punktierten Symbolen zugeordnet ist, die nicht über den Übertragungskanal übertragen werden, wobei der erste Check Node verbunden ist mit den Variable Nodes 1–12, wobei der zweite Check Node verbunden ist mit den Variable Nodes 1–15, wobei die für den ersten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes angegeben sind durch die Zeilen der Matrix:wobei die für den zweiten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes angegeben sind durch die Zeilen der Matrix

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten.
Wenn Daten über einen verlustbehafteten Übertragungskanal übertragen werden, gehen Informationen verloren. Diese können durch einen Fehlerkorrekturcode wiederhergestellt werden.
Aus dem Stand der Technik sind iterative Fehlerkorrekturcodes (z. B. Turbocodes oder LDPC Codes) bekannt. Eine besondere Rolle in den iterativen Fehlerkorrekturcodes spielen generalisierte LDPC Codes oder Product Codes, die auf Hamming Komponenten Codes basieren. Solche Codes weisen eine niedrige Decodierkomplexität auf und bieten gleichzeitig gegenüber Turbo/LDPC Codes eine verbesserte Leistungsfähigkeit.
Informationen zu den genannten Codes können den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:

[1] G. Liva, W. Ryan and M. Chiani (2008), ”Quasi-cyclic Generalized LDPC codes with low error floors”, IEEE Trans. Commun., Januar, 2008. Vol. 56, S. 49–57.
[2] J. Boutros, O. Pothier, and G. Zemor, ”Generalized low density (Tanner) codes,” in Proc. IEEE Intl. Conf. Commun. (ICC), Juni 1999, S. 441–445.

Generalisierte LDPC Codes oder Product Codes basieren häufig auf regulären Tanner Graphen, dass heißt Graphen, die eine konstante Anzahl an Kanten aufweisen, die von Check Nodes und Variable Nodes ausgehen. Für eine Coderate von 1/2 wurde in der oben genannten Veröffentlichung [1] ein generalisierter LDPC Code veröffentlicht, der auf dem in 1 dargestellten Protographen basiert. Der Protograph weist 2 Check Nodes und 15 Variable Nodes auf, wobei jeder der beiden Check Nodes jeweils mit allen 15 Variable Nodes durch Kanten verbunden ist.
Die für den ersten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes für das Lösen des Gleichungssystems der Parity Check Matrix sind angegeben durch die folgende Matrix:
Die für den zweiten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes sind angegeben durch die folgende Matrix:
Jeder Check Node basiert somit auf einem (15,11) Hamming Code. Die Rate dieses Protographen ist 7/15. Ein Code mit einer Rate von 1/2 kann erreicht werden durch Punktieren eines Variable Nodes in dem in 1 dargestellten Graphen.
Die Leistungsfähigkeit eines (2044,1022) Codes, der basierend auf dem genannten Protographen generiert wurde, ist in Form der Blockfehlerrate in Abhängigkeit vom Signal-Rauschspannungsverhältnis in 2 dargestellt.
Weitere Hintergrundinformationen zum Stand der Technik können den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:

(1) EP 1 793 502 A1
(2) ABU-SURRA, S.; DIVSALAR, D.; RYAN, W.: Enumerators for Protograph-Based Ensembles of LDPC and Generalized LDPC Codes, In: IEEE Transactions an Information Theory, Vol. 57, 2011, No. 2, S. 858–886 – ISSN 0018-9448

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Übertragen von Daten über einen verlustbehafteten Übertragungskanal bereitzustellen, sodass eine verbesserte Leistungsfähigkeit aufgewiesen wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruch 1.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Daten von einem Sender zu einem Empfänger übertragen. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Satellitensystem handeln, bei dem Daten an den Nutzer übertragen werden. Vor ihrer Übertragung werden die Daten durch eine mit dem Sender verbundenen Encoder codiert. Anschließend werden sie über den verlustbehafteten Übertragungskanal übertragen. Nach ihrer Übertragung werden die Daten durch einen mit dem Empfänger verbundenen Decoder decodiert.
Zum Codieren und Decodieren wird ein generalisierter LDPC Code verwendet.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der LDPC Code in der Darstellung eines bipartiten Graphen 2 Check Nodes und 15 Variable Nodes aufweist.
Der erste Variable Node ist punktierten Symbolen zugeordnet, die nicht über den Übertragungskanal übertragen werden.
Der erste Check Node ist verbunden mit den Variable Nodes 1–12.
Der zweite Check Node ist verbunden mit den Variable Nodes 1–15.
Die für den ersten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes sind angegeben durch die Zeilen der Matrix:
Die für den zweiten Check Node gleichzeig zu berücksichtigenden Variable Nodes sind angegeben durch die Zeilen der Matrix:
Check Node 1 basiert somit auf einem (13,9) Hamming Code, während Check Node 2 auf einem (15,11) Hamming Code basiert.
Die natürliche Rate dieses Codes würde 7/15 sein. Die finale Rate von 1/2 wird durch das Punktieren des ersten Variable Node erreicht.
Wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung dargestellt, weist das erfindungsgemäße Verfahren eine verbesserte Leistungsfähigkeit auf.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand von Figuren erläutert:
Es zeigen:
1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Protographen,
2 eine Darstellung der Leistungsfähigkeit dieses Protographen,
3 einen Protographen gemäß der vorliegenden Erfindung und
4 eine Darstellung der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 und 2 wurden bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert.
In 3 ist der erfindungsgemäße Protograph dargestellt. Beim Überprüfen der Gleichungen der Parity Check Matrix werden für Check Node 1 nicht alle 12 mit diesem verbundenen Variable Nodes gleichzeitig berücksichtigt, sondern jeweils nur diejenigen Variable Nodes gleichzeitig berücksichtigt, die in Form von Einsen in einer Zeile der Matrix H₁ genannt sind (d. h. z. B. in der ersten Zeile die Variable Nodes 1, 2, 4, 5, 6, 9 und 10). Ein solcher Code enthält somit gegenüber eine LDPC Code mehr Einschränkungen in Bezug auf die berücksichtigen Variable Nodes.
Selbiges gilt für die Matrix H₂ in Bezug auf den zweiten Check Node.
Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Codes verglichen zu dem aus Veröffentlichung [1] bekannten Verfahren ist in 4 dargestellt. Als Referenz wurde weiterhin ein Turbocode mit 16 Zuständen und einer Rate von 1/2 dargestellt. Es ist bemerkenswert, dass der erfindungsgemäße Code in der Lage ist, ungefähr die Hälfte der Lücke zwischen einem regulären generalisierten LDPC Protographen und der Leistungsfähigkeit des Turbocodes zu schließen. Der erfindungsgemäße Code wurde in 4 als G-LDPC (irregular) bezeichnet.
Das vorgeschlagene Verfahren kann angewendet werden in allen Arten von insbesondere drahtlosen Datenübertragungssystemen.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger, wobei die Daten vor dem Senden durch einen Encoder codiert werden, wobei die Daten nach ihrer Übertragung über einen verlustbehafteten Übertragungskanal durch einen Decoder decodiert werden, wobei beim Decodieren verloren gegangene Daten wiederhergestellt werden, wobei zum Codieren und Decodieren ein generalisierter LDPC Code (Low Density Parity Check Code) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der LDPC Code in der Darstellung eines bipartiten Graphen 2 Check Nodes und 15 Variable Nodes aufweist, wobei der erste Variable Node punktierten Symbolen zugeordnet ist, die nicht über den Übertragungskanal übertragen werden, wobei der erste Check Node verbunden ist mit den Variable Nodes 1–12, wobei der zweite Check Node verbunden ist mit den Variable Nodes 1–15, wobei die für den ersten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes angegeben sind durch die Zeilen der Matrix:
wobei die für den zweiten Check Node gleichzeitig zu berücksichtigenden Variable Nodes angegeben sind durch die Zeilen der Matrix