Iterative algebraische Verfahren zur Vorwärtsfehlerkorrektur in optischen Hochgeschwindigkeitsnetzwerken

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Senger
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226704771

Optische Hochgeschwindigkeitsnetzwerke erfordern Bitfehlerraten (BFR) unterhalbvon 10^-15. Derart niedrige BFR können durch den Einsatz von fehlerkorrigierenden Codes erreicht werden. Auf Grundlage des Kanalcodiertheorems von Shannon kann bei gegebener Coderate die größte Kanalfehlerwahrscheinlichkeit ermittelt werden, bei der mit beliebig kleiner BFR übertragen werden kann. Es existieren iterative Decoder für bestimmte Codes, die sich dieser sog. Shannon-Grenze annähern. Diese iterativen Decoder erzeugen einen überbordenden Datenfluss, welcher bei Übertragungsraten von 100 Gigabit/s oder mehr, wie sie in optischen Hochgeschwindigkeitsnetzwer-ken auftreten, nicht kosteneffizient bewältigt werden kann. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll der iterative Einsatz von algebraischen Decodierverfahren untersucht werden, deren Datenfluss um Größenordnungen kleiner ausfällt als bei den zuvor genannten klassischen iterativen Verfahren. Algebraische Codes sind ein gut erforschtes Teilgebiet der Codierungstheorie und hocheffiziente Decoder sind bekannt. Es wurde in einer Arbeit von Smith et al. gezeigt, dass sie bspw. zu Staircase Codes zusammengesetzt und iterativ decodiert werden können, und dass sich die dabei erzielbaren BFR der Shannon-Grenze als dem theoretischen Optimum annähern. Die bisherigen Ergebnisse über Staircase Codes basieren auf eher klassischen Annahmen; so kommen bspw. keine der aktuell besten bekannten algebraischen Decodieralgorithmen zur Anwendung. Deren Einsatz hat weitreichende Folgen für die Decodierung von Staircase Codes, ist aufgrund ihrer speziellen strukturellen Eigenschaften und aufgrund der auftretenden Fehlermuster während der iterativen Decodierung aber naheliegend. Es soll untersucht werden, wie die Decodierung von Staircase Codes unter Zuhilfenahme von aktuellen Ergebnissen des Antragstellers und anderer Autoren bedeutend verbessert werden kann, welche Gewinne dabei zu erzielen sind und welche Auswirkungen sich für die praktische Implementierung sowie die Verwendbarkeit in optischen Hochgeschwindigkeitsnetzwer¬ken ergeben. Besonderes Augenmerk soll dabei auf die Ausnutzung von Zuverlässigkeitsinformationgelegt werden, d.h. der Decoder wird über die Wahrscheinlichkeit, ob ein empfangenes Bit korrekt ist oder nicht, in Kenntnis gesetzt. Es ist bereits bekannt, dass sich dadurch die BFR nicht-iterativer algebraischer Decoder beträchtlich verbessern lassen, eine entsprechende nicht-triviale Erweiterung der iterativen Decodierung von Staircase Codes erscheint daher vielversprechend. In diesem Rahmen werden aktuelle Themengebiete aus der Codierungstheorie wie bspw. die zuverlässigkeitsbasierte Listendecodierung mit dem Kötter-Vardy Algorithmus, die gemeinschaftliche Decodierung von Blockcodes sowie die adaptive Chase-Decodierung betreten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeber: Professor Frank R. Kschischang, Ph.D.