Komplexitätsreduzierte und optimale Detektionsverfahren ohne die Notwendigkeit einer Kanalschätzung für die effiziente digitale Übertragung
Final Report Abstract
Die Arbeiten im Rahmen des Forschungsprojekts behandeln den Entwurf und die Analyse komplexitätsreduzierter, aber dennoch leistungseffizienter Detektionsverfahren ohne die Notwendigkeit von Kanalzustandsinformation. Den Ausgangspunkt hierfür bildete ein Detektionsverfahren namens "Multiple-Symbol Differential Detection" (MSDD), welches die Kanalausgangssymbole in Blöcken zu je N > 1 Symbolen verarbeitet, um die gesendeten Symbole zu schätzen. Es ist bekannt, dass MSDD mit hinreichend großem N in der Lage ist, Leistungseffizienzen nahe der von Detektion mit perfekter Kanalzustandsinformation zu erreichen. Auf der anderen Seite ist die Komplexität von MSDD nur für kleine Werte von N handhabbar, da der Raum der relevanten möglichen Sendesequenzen (N — l)-dimensional ist, die Anzahl seiner Elemente also exponentiell in N wächst. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurde die Anwendung von Baumsuchalgorithmen untersucht, die in den letzten Jahren im Hinblick auf Anwendungen in der digitalen Nachrichtentechnik intensiv diskutiert wurden. Ein weiterer in dieser Arbeit untersuchter Ansatz für komplexitätsreduzierte MSDD für den interessanten Spezialfall von "Differential Phase-Shift Keying" (DPSK) basiert auf Methoden der kombinatorischen Geometrie. Dieser zeichnet sich besonders dadurch aus, dass seine Komplexität praktisch konstant ist, während die Komplexität von MSDD basierend auf Baumsuchen mitunter starken Schwankungen unterliegt. Darüber hinaus wurde ein neuartiges hybrides MSDD-basiertes Detektionsschema entwickelt, das besonders bei stark zeitvarianten Kanälen eine deutlich bessere Leistungseffizienz als herkömmliche MS D D-Verfahren ohne Kanalzustandsinformation erreicht, bei gleichzeitig deutlich reduzierter Komplexität, sodass es für praktische Anwendungen von großer Bedeutung sein dürfte. Diese praktischen Aspekte des Forschungsprojekts werden durch analytische Studien hinsichtlich erreichbarer Leistungseffizienz und Komplexität der verschiedenen Detektionsschemata komplettiert. Diese Untersuchungen erlauben interessante Einblicke bezüglich der Verbindungen zwischen den Leistungseffizienzen der verschiedenen Verfahren und ihrer Abhängigkeit von den System- und Kanalparametern. Desweiteren lassen sie Rückschlüsse auf die Zusammenhänge zwischen Empfängerkomplexität und System- und Kanalparametern zu. Hieraus resultieren eine Reihe wertvoller Richtlinien für die Dimensionierung der Empfänger, sodass zeitaufwändige Systemsimulationen weitgehend entbehrlich werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass in dieser Arbeit gezeigt wurde, wie mittels Detektion ohne Kanalzustandsinformation bei handhabbarer Komplexität Leistungseffizienzen sehr nahe an denen von idealisierter Detektion mit perfekter Kanalzustandsinformation auch unter widrigen Übertragungsbedingungen erreicht werden kann.
Publications
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Multiple-Symbol Differential Sphere Decoding for Unitary Space-Time Modulation. In Proceedings of IEEE Global Telecommunications Conference (GLOBECOM '05), St. Louis, USA, November 2005.
V. Pauli und L. Lampe
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"Turbo DPSK" Using Soft Multiple- Symbol Differential Sphere Decoding. IEEE Transactions on Information Theory, 52(4):1385-1398, April 2006.
V. Pauli, L. Lampe und R. Schober
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Hierarchical Tree-Search Decoding with Fano- Type Metric in Noncoherent MIMO Detection. In Proceedings of Workshop "The Revival of Sequential Decoding", München, Juni 2006.
V. Pauli, L. Lampe und J. Huber
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On the Complexity of Sphere Decoding for MSDD. In Proceedings of International Symposium on Information Theory (ISIT }06), Seattle, USA, Juli 2006.
V. Pauli und L. Lampe
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On the Random Coding Exponent for Differential Modulation and Detection. In Proceedings of International Symposium on Information Theory (ISIT '06), Seattle, USA, Juli 2006.
S. Srinivasan, L. Lampe und V. Pauli
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Differential Space-Frequency Modulation and 2D-Detection for MIMO-OFDM. In Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC '07), Glasgow, Schottland, Juni 2007.
V. Pauli, L. Lampe und J. Huber
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Entwurf und Analyse komplexitätsreduzierter inkohärenter Detektionsverfahren. Dissertation, August 2007.
V. Pauli
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Multiple-Symbol Differential Detection Based on Combinatorial Geometry. In Proceedings of IEEE International Conference on Communications (ICC '07), Glasgow, Schottland, Juni 2007.
V. Pauli, L. Lampe, R. Schober und K. Fukuda
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On the Complexity of Sphere Decoding for Differential Detection. IEEE Transactions on Information Theory, 53(4):1595-16035 April 2007.
V. Pauli und L. Lampe
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Tree-Search Multiple-Symbol Differential Decoding for Unitary Space-Time Modulation. IEEE Transactions on Communications, 55(8):1567-1576, August 2007.
V. Pauli und L. Lampe
