DE102012223040B3 - Method for restoring missing and/or damaged data transmitted from transmission device to receiving device in communication system, involves concatenating LDPC code with repetition code such that code word is multiplied with coefficient - Google Patents

Method for restoring missing and/or damaged data transmitted from transmission device to receiving device in communication system, involves concatenating LDPC code with repetition code such that code word is multiplied with coefficient Download PDF

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DE102012223040B3 DE201210223040 DE102012223040A DE102012223040B3 DE 102012223040 B3 DE102012223040 B3 DE 102012223040B3 DE 201210223040 DE201210223040 DE 201210223040 DE 102012223040 A DE102012223040 A DE 102012223040A DE 102012223040 B3 DE102012223040 B3 DE 102012223040B3
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Abstract

The method involves coding data by using an encoder connected with a transmission device, and transmitting the data from the transmission device to a receiving device over a transmission channel. The data is decoded by a decoder, where missing and/or damaged data is restored during the decoding. The data is coded by using non-binary LDPC code with values from Galois-field. The LDPC code is concatenated with multiplicative repetition code such that code word represented by a variable node in Tanner-graph-representation of LDPC code is multiplied with coefficient provided by the field.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederherstellen verloren gegangener und/oder beschädigter Daten.The invention relates to a method for restoring lost and / or damaged data.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen LDPC-Code für das Codieren und Dekodieren der Daten zu verwenden. Ferner ist es bekannt einen LDPC-Code mit einem multiplikativen Wiederholungscode (Multiplicative Repetition Code MR) zu konkatenieren. Solche Codes werden kurz als MR LDPC Codes bezeichnet. Standarddecoding von MR-Codes führt zu beachtlichen Verlusten, da die konstante Phase auf dem Kanal über mehrere Codesymbole nicht ausgenutzt wird. Jedoch sind MR-Codes z. B. nützlich im Umgang mit nicht kohärenten Additive White Gaussian Noise (AWGN) Kanälen.For this purpose, it is known to use an LDPC code for encoding and decoding the data. Furthermore, it is known to concatenate an LDPC code with a multiplicative repetition code (MR). Such codes are referred to as MR LDPC codes for short. Standard decoding of MR codes leads to considerable losses, as the constant phase on the channel is not exploited over several code symbols. However, MR codes are z. B. useful in dealing with non-coherent additive White Gaussian Noise (AWGN) channels.

Nicht kohärente Detektion wird üblicherweise angewandt in Kommunikationsszenarios, in denen die Wiederherstellung der Trägerphase sehr problematisch ist, z. B. aufgrund von Überlappungen von überlagerten Signalen in CDMA-Systemen, zufälligen Phasenvariationen in Mehrfachpfadumgebungen, Frequenzinstabilitäten von Oszillatoren oder einfach aufgrund von Einschränkungen der Hardwarekomplexität. Der blockweise nicht kohärente Additive White Gaussian Noise (AWGN) Kanal stellt ein einfaches Kanalmodel dar, welches nützliche Einblicke bietet für das Design von Channel-Codes für Kanäle mit unbekannter Phase. Ein besonderes Beispiel, in dem sich erwiesen hat, dass der blockweise nicht kohärente AWGN-Kanal eine genaue Beschreibung des tatsächlichen Kanalverhaltens ist, ist dasjenige von (Fast) Frequency Hopping (FH) Systemen. LDPC-Codes über nicht binäre GFs wurden vorgeschlagen in M. Davey and D. MacKay in ”Low density parity check codes over GF(q),” IEEE Commun. Lett., vol. 2, no. 6, pp. 70–71, Jun. 1998 und ratenkompatible Konstruktionen wurden eingeführt durch K. Kasai, D. Declercq, C. Poulliat, and K. Sakaniwa in ”Rate-compatible non-binary LDPC codes concatenated with multiplicative repetition codes,” in Proc. 2010 IEEE Int. Symp. on Information Theory, Austin, Texas, USA, Jun. 2010 (kurz bezeichnet als MR-Code). Verglichen zu binären Codes zeigen nicht binäre LDPC Codes bemerkenswerte Performancegewinne, insbesondere für große Blocklängen in der Größenordnung von einigen 100 Bits. Wie bei binären LDPC Codes basiert das Dekodieren auf Belief Propagation (BP), d. h. auf Message Passing (MP) entlang der Kanten des Tanner-Graph. MR-Codes beruhen auf der Idee, dass jeder Variable Node des Muttercodes r-Male wiederholt wird. Um einen Coding-Gewinn aufgrund von Wiederholungen zu erreichen, werden die Werte des Mutter Variable Nodes nicht lediglich wiederholt, sondern auch multipliziert mit nicht null Elementen des Galois-Feldes (GF). 1 zeigt den Tanner-Graph eines MR Codes mit einer Wiederholungslänge von 2. Der Muttercode besteht aus den Check Nodes (CNs) und Variable Nodes (VNs) im oberen Teil der Figur, während die wiederholten 18 Symbole im unteren Teil angeordnet sind.Noncoherent detection is commonly used in communication scenarios where recovery of the carrier phase is very problematic, e.g. Due to overlapping of superimposed signals in CDMA systems, random phase variations in multipath environments, frequency instabilities of oscillators or simply due to hardware complexity limitations. The blockwise non-coherent Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel is a simple channel model that provides useful insights into the design of channel codes for channels of unknown phase. A particular example in which the blockwise non-coherent AWGN channel has been shown to be an accurate description of the actual channel behavior is that of (Fast) Frequency Hopping (FH) systems. LDPC codes on non-binary GFs have been proposed in M. Davey and D. MacKay in "Low density parity check codes over GF (q)," IEEE Commun. Lett., Vol. 2, no. 6, pp. 70-71, Jun. 1998, and rate-compatible constructions were introduced by K. Kasai, D. Declercq, C. Poulliat, and K. Sakaniwa in "Rate-compatible non-binary LDPC codes concatenated with multiplicative repetition codes," in Proc. 2010 IEEE Int. Symp. On Information Theory, Austin, Texas, USA, Jun. 2010 (abbreviated as MR Code). Compared to binary codes, non-binary LDPC codes show notable performance gains, especially for large block lengths on the order of a few hundred bits. As with LDPC binary codes, decoding is based on Belief Propagation (BP), that is on Message Passing (MP) along the edges of the Tanner Graph. MR codes are based on the idea that every variable Node of the mother code is repeated r times. In order to achieve a coding gain due to repetitions, the values of the mother variable node are not only repeated but also multiplied by non-zero elements of the Galois Field (GF). 1 shows the Tanner graph of an MR code with a repetition length of 2. The mother code consists of the check nodes (CNs) and variable nodes (VNs) in the upper part of the figure, while the repeated 18 symbols are arranged in the bottom part.

Beim Übertragen über den blockweisen kohärenten AWGN-Kanal ist das empfangene Signal gegeben durch

Figure DE102012223040B3_0002
wobei yt der empfangene Vektor der Länge t ist, xt der modulierte gesendete Vektor der Länge t und nt der Gaussian noise vector mit der Länge t samples ist. Es ist zu beachten, dass xt erlangt wird aus dem nicht binären Codewortsymbol, indem dieses einer binären Sequenz zugeordnet und moduliert wird. Die Rauschsamples sind zirkulär symmetrische Gaußsche Zufallsvariablen mit einer Varianz von 2σ2 und Mittelwert null. Die Phase θt ist für Blöcke von m Bits konstant.When transmitting over the blockwise coherent AWGN channel, the received signal is given by
Figure DE102012223040B3_0002
where y t is the received vector of length t, x t is the modulated transmitted vector of length t and n t is the Gaussian noise vector of length t samples. It should be noted that x t is obtained from the non-binary codeword symbol by assigning it to a binary sequence and modulating it. The noise samples are circular symmetric Gaussian random variables with a variance of 2σ 2 and zero mean. The phase θ t is constant for blocks of m bits.

Jedes nicht binäre Symbol des Galois-Feldes der Ordnung q wird einer Sequenz von p = log2(q) Bits zugeordnet, wobei seine Polynom-Darstellung verwendet wird. Diese Bits werden dann moduliert und auf dem Kanal gesendet. Der Vektor xt der Länge t Bits enthält die binäre Darstellung von t/p Galois-Feld-Symbolen, wobei im Folgenden der Einfachheit halber davon ausgegangen wird, dass t ein Vielfaches von p ist.Each non-binary symbol of the Galois field of order q is assigned to a sequence of p = log 2 (q) bits, using its polynomial representation. These bits are then modulated and sent on the channel. The vector x t of length t bits contains the binary representation of t / p Galois field symbols, wherein in the following it is assumed for the sake of simplicity that t is a multiple of p.

Das Dekodieren der MR-Codes wird folgendermaßen ausgeführt. Für jedes VN wird das q-dimensionale PMF P(β) berechnet, wobei β ein generisches Feldelement des Galois-Feldes der Ordnung q ist.The decoding of the MR codes is performed as follows. For each VN, the q-dimensional PMF P (β) is calculated, where β is a generic field element of the Galois field of order q.

Figure DE102012223040B3_0003
Figure DE102012223040B3_0003

Hier ist I0 die modifizierte Bessel-Funktion der ersten Art und der Ordnung null. Die PMF dient als anfängliche Kanalnachricht um das Dekodieren des Tanner-Graphen des Codes zu beginnen. Here I 0 is the modified Bessel function of the first kind and the order zero. The PMF serves as an initial channel message to begin decoding the Tanner graph of the code.

Um die Komplexität zu verringern, ist es möglich anstelle von BP bei dem gesamten Tanner-Graph den ersten Dekodierschritt wie folgt durchzuführen. In jedem Grad übermittelt ein VN (Wiederholung der VNs im Muttercode) seine Kanalnachricht (Wahrscheinlichkeiten) zu seinem Root (VN des Muttercodes), wo eine neue Wahrscheinlichkeit berechnet wird (neue, virtuelle Kanalnachricht). Dann wird das Dekodieren des Muttercodes ausgeführt unter Verwendung der neuen Kanalnachricht. Dies kann mit der gleichen Performance geschehen wie das Dekodieren über dem gesamten Graphen, da VNs mit einem Grad von 1 keine Wahrscheinlichkeiten außer Ihrer eigenen übermitteln.In order to reduce the complexity, it is possible to perform the first decoding step instead of BP on the entire Tanner graph as follows. In each degree, a VN (repeat of the VNs in the mother code) transmits its channel message (probabilities) to its root (VN of the mother code) where a new probability is calculated (new virtual channel message). Then, the decoding of the mother code is performed using the new channel message. This can be done with the same performance as decoding across the entire graph, because VNs with a degree of 1 do not transmit any probabilities other than their own.

Ratenkompatible nicht binäre LDPC-Codes, die mit multiplikativen Wiederholungscodes konkateniert sind weisen eine exzellente Leistungsfähigkeit auf für verschiedene Coderaten auf Gaußschen Kanälen. Jedoch erfahren sie bei einer Betrachtung von blockweisen nicht kohärenten AWGN-Kanälen – die tatsächlich für eine Anzahl von Kommunikationssystemen von Interesse sind – einen bemerkenswerten Verlust im Hinblick auf die Kanalkapazität. Der Grund hierfür ist, dass sie nicht die Tatsache ausnutzen, dass die Kanalphase über einen Block von Modulationssymbolen konstant bleibt.Rate-compatible non-binary LDPC codes concatenated with multiplicative repetition codes exhibit excellent performance for various code rates on Gaussian channels. However, when considering blockwise non-coherent AWGN channels - which are actually of interest to a number of communication systems - they experience a notable loss in terms of channel capacity. The reason for this is that they do not exploit the fact that the channel phase remains constant over a block of modulation symbols.

Die Druckschrift GORGOGLIONE, M.; SAVIN, V.; DECLERQ, D.: Full Diversity NB-LDPC Coding with Non-Binary Repetition Symbols over the Block-Fading Channel. In: International Symposium on Wireless Communication Systems, August 2012, S. 969–973. – ISSN 2154-0217 beschreibt ein Verfahren zum Wiederherstellen beschädigter Daten wobei die Daten unter Verwendung eines nicht binären LDPC-Codes kodiert werden und über einen verlustbehafteten-Übertragungskanal an einen Empfänger gesendet werden. Die Daten werden unter Verwendung des LDPC-Codes dekodiert. Hierbei wird ein nicht binärer LDPC-Code verwendet. Der Übertragungskanal ist ein nicht kohärenter Kanal.The publication GORGOGLIONE, M .; SAVIN, V .; DECLERQ, D .: Full Diversity NB-LDPC Coding with Non-Binary Repetition Symbols over the Block Fading Channel. In: International Symposium on Wireless Communication Systems, August 2012, pp. 969-973. ISSN 2154-0217 describes a method for recovering corrupted data where the data is encoded using a non-binary LDPC code and sent to a receiver over a lossy transmission channel. The data is decoded using the LDPC code. A non-binary LDPC code is used here. The transmission channel is a non-coherent channel.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wiederherstellung verloren gegangener und/oder beschädigter Daten, die durch einen nicht kohärenten Kanal übertragen wurden, bereitzustellen, wobei das Verfahren einen verbesserten Datendurchsatz erlaubt.It is an object of the present invention to provide a method for recovering lost and / or corrupted data transmitted through a non-coherent channel, the method allowing for improved data throughput.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruch 1 der Erfindung.This object is achieved by the features of claim 1 of the invention.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Daten von einer Sendevorrichtung zu einer Empfangsvorrichtung übermittelt. Vor der Übermittlung werden die Daten unter Verwendung eines Encoders, der mit der Sendevorrichtung verbunden ist kodiert. Daten werden über einen nicht kohärenten Übertragungskanal übermittelt und anschließend unter Verwendung eines mit der Empfangsvorrichtung verbundenen Decoders dekodiert. Hierbei werden verloren gegangene und/oder beschädigte Daten während des Dekodierens wiederhergestellt.In the method according to the invention, data is transmitted from a transmitting device to a receiving device. Prior to transmission, the data is encoded using an encoder connected to the transmitting device. Data is transmitted over a non-coherent transmission channel and then decoded using a decoder connected to the receiving device. This will restore lost and / or corrupted data during decoding.

Das Kodieren wird durchgeführt unter Verwendung eines nicht binären LDPC Codes mit Werten, die einem Galois-Feld (GF) entnommen sind und das Dekodieren Dekodiermatrix des Codes definiert wird.The coding is performed using a non-binary LDPC code with values taken from a Galois field (GF) and defining the decode decoding matrix of the code.

Erfindungsgemäß ist der Übertragungskanal ein nicht kohärenter Kanal, was bedeutet, dass die Phase des sinusförmigen Trägersignals des übermittelten Signals sich über die Zeit verändert, jedoch in bestimmten Zeiten teilweise konstant ist, wie dies beispielsweise für Frequency Hopping Systeme der Fall ist.According to the invention, the transmission channel is a noncoherent channel, which means that the phase of the sinusoidal carrier signal of the transmitted signal changes over time, but is partially constant at certain times, as is the case for frequency hopping systems, for example.

Der für das Kodieren und Dekodieren verwendete LDPC Code ist konkateniert mit einem Multiplicative Repetition Code, was bedeutet, dass ein Codewort, das durch einen Variable Node der Tanner-Graph Darstellung des Mutter-LDPC-Codes dargestellt wird, multipliziert wird mit einem Koeffizienten, der dem Galois-Feld (GF) des nicht-binären LDPC-Codes entnommen ist, und erneut zur Empfangsvorrichtung übermittelt wird, um die Redundanz der übertragenen Daten zu erhöhen.The LDPC code used for coding and decoding is concatenated with a multiplicative repetition code, which means that a codeword represented by a variable Node of the Tanner-Graph representation of the mother LDPC code is multiplied by a coefficient which is taken from the Galois field (GF) of the non-binary LDPC code and transmitted again to the receiving device to increase the redundancy of the transmitted data.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Variable Node (VN)m des Mutter LDPC-Codes einen bestimmten Wert aus dem Galois-Feld (GF) hat, blockweise berechnet wird für Variable Nodes, mit einer konstanten Phase.The invention is characterized in that the probability that a variable Node (VN) m of the mother LDPC code has a certain value from the Galois field (GF) is calculated block by block for variable nodes having a constant phase.

In einfachen Worten nutzt das erfindungsgemäße Verfahren die Tatsache, dass die Kanalphase für einige der korrespondierenden Variable Nodes konstant ist (d. h. die Phase ändert sich zwischen diesen Variable Nodes nicht). Diese Information wird verwendet für das blockweise Berechnen der Wahrscheinlichkeit, dass ein Variable Node einen bestimmten Wert hat, was bedeutet, dass diese Wahrscheinlichkeit nicht individuell für jeden Variable Node berechnet wird, sondern für mehr als einen Variable Node. Es ist bevorzugt, diese Wahrscheinlichkeit blockweise für alle Variable Nodes mit dergleichen Phase zu berechnen.In simple terms, the inventive method uses the fact that the channel phase is constant for some of the corresponding variable nodes (ie, the phase does not change between these variable nodes). This information is used to calculate, in blocks, the probability that a variable Node has a particular value, which means that this probability is not individual is calculated for each variable Node, but for more than one variable Node. It is preferable to calculate this probability block by block for all variable nodes having the same phase.

Im Folgenden wird ein Algorithmus, der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann, detaillierter beschrieben. Zur Vereinfachung werden symmetrische Modulationskonstellationen betrachtet. Dann können für einen bestimmten SNR und einen bestimmten VN die ersten zwei Terme (alles außer der Bessel-Funktion) in (1) als Skalierungsfaktoren betrachtet werden, die für jedes Feldelement β gleich sind und somit vernachlässigt werden können. Es ist zu beachten, dass die Wahrscheinlichkeiten im BP Decoder immer auf 1 normalisiert sind. Als Ergebnis hiervon betrachten wir die Bessel-Funktion, d. h. P(β) ∝ I0( 1 / σ²|(xp (β), yp)|) (2) In the following, an algorithm which can be used for the method according to the invention will be described in more detail. For simplicity, symmetric modulation constellations are considered. Then, for a given SNR and a particular VN, the first two terms (anything except the Bessel function) in (1) can be considered scaling factors that are equal for each field element β and thus negligible. It should be noted that the probabilities in the BP decoder are always normalized to 1. As a result, we consider the Bessel function, ie P (β) α I 0 (1 / σ² | (x p (β) , y p ) |) (2)

Das innere Produkt im Argument der Bessel-Funktion in (2) entspricht einer (komplexen) Korrelationsberechnung zwischen yp und xp. Diese Berechnung wird für jeden VN separat durchgeführt. Da t/p Symbole die gleiche Kanalphase haben, berücksichtigt die Berechnung in (2) nicht die Information, die aus der konstanten Kanalphase über t/p Symbolen resultiert.The inner product in the argument of the Bessel function in (2) corresponds to a (complex) correlation calculation between y p and x p . This calculation is performed separately for each VN. Since t / p symbols have the same channel phase, the calculation in (2) does not take into account the information resulting from the constant channel phase over t / p symbols.

Die Idee in der vorliegenden Patentanmeldung ist die Berechnung der Korrelationen über mehrere Symbole zu modifizieren. Dafür wird das Dekodieren des Multiplicative Repetition LDPC Codes in zwei Schritte eingeteilt. Im ersten werden die Korrelationen über mehrere Symbole ermittelt und aus diesen die Wahrscheinlichkeitsfunktion für die Variable Nodes im Muttergraph ermittelt. In einem zweiten Schritt wird BP auf dem Muttergraph ausgeführt.The idea in the present patent application is to modify the calculation of the correlations over several symbols. For this, the decoding of the multiplicative repetition LDPC code is divided into two steps. In the first, the correlations are determined over several symbols and from these the probability function for the variable Nodes in the mother graph is determined. In a second step BP is executed on the mother graph.

Es wird eine VN m im Muttercode und seine r Wiederholungen berücksichtigt, wobei r die Wiederholungslänge darstellt. Nur zum Zwecke der Darstellung wird davon ausgegangen, dass der Mutter VN nicht übermittelt (punktiert) wird, sondern lediglich seine r Replika. Es ist zu beachten, dass wenn VN m nicht punktiert sein soll, es identisch zu einer der Replika gemacht werden kann. Aus diesen r VNs werden die VNs Vi identifiziert, die die gleiche Kanal-phase θj haben. Sie bilden das Set Sj. Da sich die Phase innerhalb von r Code Symbolen verändern kann, können mehrere Sets Sj existieren, wobei jedes von diesen einer anderen Phase zugeordnet ist. Sie bilden das Set S. Für jedes β des Galois Feldes wird die q dimensionale Korrelation berechnet fi(β) := (xp (β), yp (i)) für i, so dass Vi in Sj. Hier bezeichnet der Vektor xp (β) mit der Länge p die modulierte Sequenz, die dem Galois-Feld Codesymbol β zugeordnet ist und yp (i) bezeichnet die empfangene Sequenz für den VN Vi.It takes into account a VN m in the parent code and its r repetitions, where r represents the repetition length. For the purpose of illustration only, it is assumed that the mother VN is not transmitted (punctured) but only his / her replica. It should be noted that if VN m is not to be punctured, it can be made identical to one of the replicas. From these r VNs, the VNs V i are identified which have the same channel phase θ j . They form the set S j . Since the phase may vary within r code symbols, multiple sets S j may exist, each of which is associated with a different phase. They form the set S. For every β of the Galois field the q dimensional correlation is calculated f i (β): = (x p (β) , y p (i) ) for i, so that V i in S j . Here, the vector x p (β) of length p denotes the modulated sequence associated with the Galois field code symbol β and y p (i) denotes the received sequence for the VN V i .

Die nicht binären Koeffizienten der Parity Check Matrix führen zu einer Permutation der Graphnachrichten, die an die r Wiederholungen gehen. Die Permutation dieser Wiederholungen wird definiert als ω = πi(β) und ihre Inverse als β = πi –1(ω). Dann wird die kumulative Korrelation für alle yp (i) erhalten, so dass Vi in Sj ist

Figure DE102012223040B3_0004
The non-binary coefficients of the Parity Check Matrix result in a permutation of the Graphnachrichten, which go to the r repetitions. The permutation of these repetitions is defined as ω = π i (β) and their inverse as β = π i -1 (ω). Then, the cumulative correlation is obtained for all y p (i) such that V i is in S j
Figure DE102012223040B3_0004

Ferner wird die Wahrscheinlichkeitsfunktion, die Sj zugeordnet ist, definiert als Pj(β) ∝ I0( 1 / σ²|Fj(β)|), wobei die gesamte Wahrscheinlichkeitsfunktion für den Mutter-VN m ist:

Figure DE102012223040B3_0005
Furthermore, the probability function assigned to S j is defined as P j (β) α I 0 (1 / σ 2 | F j (β) |), where the total probability function for the parent VN is m:
Figure DE102012223040B3_0005

Die obige Multiplikation schließt alle Wahrscheinlichkeitsfunktionen Pj ein, die den unterschiedlichen Sets Sj in S zugeordnet sind. Nun kann fortgefahren werden mit Standard BP über dem Muttergraph, wobei P(β) als neue (virtuelle) Kanalnachrichten am Mutter-VN m angenommen werden.The above multiplication includes all probability functions P j associated with the different sets S j in S. Now it is possible to continue with standard BP over the mother graph, assuming P (β) as new (virtual) channel messages at mother VN m.

Wie später gezeigt wird, bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine signifikante Verbesserung der Performance.As will be shown later, the method of the invention provides a significant improvement in performance.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.In the following, preferred embodiments of the invention will be explained with reference to figures.

1 Zeigt das Grundkonzept eines MR LDPC Codes. 1 Shows the basic concept of an MR LDPC code.

2 Zeigt die Performance des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik. 2 Shows the performance of the method according to the invention in comparison to the prior art.

1 wurde bereits in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben. 1 has already been described in connection with the prior art.

Um den Performancegewinn aufgrund der beschriebenen Erfindung darzustellen, wurden die Grenzwerte für iteratives Decoding von MR-Codes über blockweise korrelierte Gaußsche Kanäle mit BPSK Modulation berechnet. Es werden die Ergebnisse für Galois-Felder der Ordnung 256 dargestellt, sowohl für Standard Decoding von MR-Codes und für den verbesserten. Decoding-Ansatz. Es wird angenommen, dass die Kanalphase über die r Wiederholungen konstant ist, wobei r die Repetitionslänge ist. Der betrachtete Muttercode ist ein nicht binärer regulärer (2,3) LDPC Code. Die nicht null Koeffizienten der Parity-Check Matrix wurden zufällig gewählt aus GF(q)\{0}. Die Wiederholungsrate wird variiert zwischen 1 und 6, was bedeutet, dass die Ergebnisse Coderaten zwischen 1/3 und 1/18 umfassen.To illustrate the performance gain from the described invention, the limits for iterative decoding of MR codes were calculated via block-wise correlated Gaussian channels with BPSK modulation. The results are presented for Galois fields of order 256, both for standard decoding of MR codes and for the improved. Decoding approach. It is assumed that the channel phase is constant over the r repetitions, where r is the repetition length. The considered mother code is a non-binary regular (2,3) LDPC code. The non-zero coefficients of the parity-check matrix were chosen randomly from GF (q) \ {0}. The repetition rate is varied between 1 and 6, which means that the results include code rates between 1/3 and 1/18.

Wie in 2 für R = 1/3 dargestellt, bieten beide Dekodieralgorithmen die gleiche Leistung, da die Kanalphase nur über einem Symbol konstant ist. Es besteht eine Wiederholungslänge von 1. Für R = 1/6 besteht eine Wiederholungslänge von 2 und die Phase ist derart gewählt, dass sie konstant über 2 Symbole ist. Hier kann der verbesserte Dekodieralgorithmus profitieren von der gemeinsamen Berechnung der Korrelation, wohingegen der Originaldekodieralgorithmus aus K. Kasai, D. Declercq, C. Poulliat, and K. Sakaniwa, ”Rate-compatible non-binary LDPC codes concatenated with multiplicative repetition codes,” in Proc. 2010 IEEE Int. Symp. an Information Theory, Austin, Texas, USA, Jun. 2010 dies nicht tut. Daher vergrößert sich die Lücke bezüglich der Kapazität für den letzteren mit steigender Repetitionslänge. Wird der verbesserte Dekodieralgorithmus betrachtet, sind die Grenzwerte für iteratives Decoding für die LDPC Code Ensembles immer nah an der Kanalkapazität und zeigen klare Vorteile verglichen zum Standarddecoding. Bspw. ist für eine Coderate von 0,11 die Verbesserung aufgrund des vorgeschlagenen Ansatzes nahezu 2 dB in Es/N0.As in 2 For R = 1/3, both decoding algorithms offer the same performance, since the channel phase is constant only over one symbol. There is a repetition length of 1. For R = 1/6, there is a repetition length of 2 and the phase is chosen to be constant over 2 symbols. Here, the improved decoding algorithm may benefit from the joint computation of the correlation, whereas the original decoding algorithm of K. Kasai, D. Declercq, C. Poulliat, and K. Sakaniwa, "Rate-compatible non-binary LDPC codes concatenated with multiplicative repetition codes," in proc. 2010 IEEE Int. Symp. At Information Theory, Austin, Texas, USA, Jun. 2010 does not do this. Therefore, the gap in capacity for the latter increases with increasing repetition length. Considering the improved decoding algorithm, the iterative decoding limits for the LDPC code ensembles are always close to the channel capacity and show clear advantages compared to standard decoding. For example. For example, for a code rate of 0.11, the improvement due to the proposed approach is nearly 2 dB in E s / N 0 .

Das vorgeschlagene Verfahren kann angewandt werden in allen Arten von drahtlosen und drahtgebundenen Übertragungssystemen. Alle Systeme, die besonders effiziente Kanalcodes über blockweise nicht kohärente AWGN Kanäle erfordern, können die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens nutzen.The proposed method can be used in all types of wireless and wired transmission systems. All systems that require particularly efficient channel codes over blockwise non-coherent AWGN channels can take advantage of the proposed method.

Claims (3)

Verfahren zum Wiederherstellen verloren gegangener und/oder beschädigter Daten, die von einer Sendevorrichtung zu einer Empfangsvorrichtung übermittelt wurden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Kodieren dieser Daten unter Verwendung eines mit der Sendevorrichtung verbundenen Encoders, Übermitteln dieser Daten von der Sendevorrichtung zu der Empfangsvorrichtung über einen Übertragungskanal und Dekodieren dieser Daten unter Verwendung eines mit der Empfangsvorrichtung verbundenen Decoders, wobei verloren gegangene und/oder beschädigte Daten während des Dekodierens wiederhergestellt werden, wobei das Kodieren durchgeführt wird unter Verwendung eines nicht binären LDPC-Codes mit Werten aus einem Galois-Feld (GF) und das Dekodieren durchgeführt wird durch Lösen des Gleichungssystems, das durch die Dekodiermatrix des Codes definiert wird, wobei der Übertragungskanal ein nicht kohärenter Kanal ist, was bedeutet, dass die Phase des sinusförmigen Trägersignals des übertragenen Signals sich über die Zeit ändert, jedoch in bestimmten Zeitintervallen konstant ist, wobei der für das Kodieren und Dekodieren verwendete LDPC-Code konkateniert ist mit einem multiplikativen Wiederholungscode, dadurch, dass ein Codewort, das durch einen Variable Node in der Tanner-Graph-Repräsentation des Mutter-LDPC-Codes dargestellt wird, multipliziert wird mit einem Koeffizienten, der dem Galois-Feld (GF) des nicht binären LDPC-Codes entnommen ist und erneut an die Empfangsvorrichtung übermittelt wird, um die Redundanz der übertragenen Daten zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Variable Node (VN)m des Mutter-LDPC-Codes einen bestimmten Wert aus dem Galois-Feld (GF) hat, blockweise für alle Variable Nodes mit einer konstanten Phase, berechnet wird.A method of restoring lost and / or corrupted data transmitted from a sending device to a receiving device, the method comprising the steps of: encoding said data using an encoder connected to the sending device, transmitting that data from the sending device to the receiving device via a transmission channel and decoding this data using a decoder connected to the receiving device, recovering lost and / or corrupted data during decoding, the encoding being performed using a non-binary LDPC code having values from a Galois field (GF) and the decoding is performed by solving the system of equations defined by the decoding matrix of the code, the transmission channel being a noncoherent channel, which means that the phase of the sinusoidal carrier signal of the transmitted signal changes over time, but is constant at certain time intervals, the LDPC code used for coding and decoding being concatenated with a multiplicative repetition code, in that a codeword generated by a variable Node in the Tanner graph Representation of the parent LDPC code is multiplied by a coefficient taken from the Galois field (GF) of the LDPC non-binary code and retransmitted to the receiving device to increase the redundancy of the transmitted data. characterized in that the probability that a variable Node (VN) m of the mother LDPC code has a certain value from the Galois field (GF) is calculated block by block for all variable nodes having a constant phase. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Auswählen der r Replikas eines Mutter-VN m oder alternativ VNm in dem Mutter-Code und seiner r – 1 Wiederholungen, wobei r die Wiederholungslänge darstellt, Identifizieren zwischen diesen r VN's VN's Vj, die die gleiche Kanalphase θj aufweisen, so dass diese ein Set Sj ausbilden, wobei für jedes β des Galoisfeldes die q-dimensionale Korrelation berechnet wird gemäß: fi(β) := (xp (β), yp (i)) für i, so dass Vj in Sj ist, was bedeutet, dass alle Vj dieselbe Phase haben, wobei der Vektor xp (β) mit der Länge p die modulierte Sequenz bezeichnet, die dem Galoisfeld Code Symbol β zugeordnet ist und yp (i) die empfangene Sequenz für das VN Vi, bezeichnet, wobei die nicht-binären Koeffizienten der Parity Check Matrix eine Permutation der Graphnachrichten, die an die Wiederholungen gehen, hervorruft, wobei die Permutation der Wiederholungen definiert ist als ω = πi(β) und ihre Inverse als β = πi –1(ω) und die Permutation für den Mutter Variable Node im nicht-punktierten Fall β = πi(β) ist, Bestimmen der kumulativen Korrelation für alle yp (i), so dass Vi in Sj ist
Figure DE102012223040B3_0006
Definieren der Wahrscheinlichkeitsfunktion, die Sj zugeordnet ist als Pj(β) ∝ I0( 1 / σ²|Fj(β)|), wobei die Gesamtwahrscheinlichkeitsfunktion für den Mutter Variable Node m ist
Figure DE102012223040B3_0007
wobei die obige Multiplikation ausgeführt wird über alle Pj, die den Sets Sj in S zugeordnet sind.
Method according to claim 1, characterized by the following method steps: selecting the r replicas of a parent VN m or alternatively VNm in the mother code and its r - 1 repeats, where r represents the repetition length, identifying between these r VN's VN's V j , which have the same channel phase θ j , so that they form a set S j , where for each β of the Galois field the q-dimensional correlation is calculated according to: f i (β): = (x p (β) , y p (i) ) for i such that V j in S j , which means that all V j have the same phase, where the vector x p (β) of length p denotes the modulated sequence associated with the Galois field code symbol β and y p (i) denotes the received sequence for the VN V i , wherein the non-binary coefficients of the parity check matrix cause a permutation of the graph messages which go to the repetitions, the permutation of the repetitions being defined as ω = π i (β) and its inverse as β = π i -1 (ω) and the permutation for the nut variable Node in the non-punctured case β = π i (β), determining the cumulative correlation for all y p (i) , so that V i is in S j
Figure DE102012223040B3_0006
Define the probability function associated with S j as P j (β) α I 0 (1 / σ 2 | F j (β) |), where the total probability function for the mother is variable Node m
Figure DE102012223040B3_0007
the above multiplication being carried out over all the P j associated with the sets S j in S.
Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Fortfahren mit einem Belief Propagation Algorithmus über dem Mutter-LDPC Graph, wobei P(β) als neue Kanalnachrichten angenommen werden.Process according to claim 2, characterized by the following additional process step: Continue with a belief propagation algorithm over the parent LDPC graph, assuming P (β) as new channel messages.
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GORGOGLIONE, M.; SAVIN, V.; DECLERQ, D.: Full Diversity NB-LDPC Coding with Non-Binary Repetition Symbols over the Block-Fading Channel. In: International Symposium on Wireless Communication Systems, August 2012, S. 969-973. - ISSN 2154-0217 *
GORGOGLIONE, M.; SAVIN, V.; DECLERQ, D.: Full Diversity NB-LDPC Coding with Non-Binary Repetition Symbols over the Block-Fading Channel. In: International Symposium on Wireless Communication Systems, August 2012, S. 969-973. – ISSN 2154-0217

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