Turbocodierung für Mobilfunkkanäle

Diplomarbeit von Mathias Lachmund

Einleitung:

Die digitale Nachrichtenübertragung gehört zu den wichtigsten Wachstumsbereichen der Industrie. Nicht zuletzt der Wunsch vieler Menschen nach größerer Mobilität führt dazu, dass Sprache, Bilder oder Daten in digitaler Form über Funkstrecken zu den einzelnen mobilen Empfängern übertragen werden. Um den höheren Anforderungen an eine drahtlose Kommunikation gerecht zuwerden, bedarf es einer immer leistungsfähigeren Kanalcodierung. Dazu werden seit Anfang der neunziger Jahre binäre parallel verkettete rekursive systematische Faltungscodes untersucht, die als Turbocodes bezeichnet werden. Durch Verwenden von Turbocodes anstelle von Faltungscodes lässt sich insbesondere beim Übertragen von großen Blöcken von Bits, ein erheblich besserer Fehlerschutz erzielen, der nahe an die theoretische Grenze der Kanalkapazität heranreicht. Eine wichtige Voraussetzung für diesen verbesserten Fehlerschutz ist die Decodierung mit MAP-Symbolschätzern.

In dieser Diplomarbeit wurde ein Simulationstool für Turbocodes erstellt. Die praktische Ausführung erfolgt unter "Matlab", Visualisierung und Bedienung mit Hilfe der graphischen Oberfläche "Simulink". Alle Module der Turbo Toolbox© sind vollständig kompatibel zur Communication-Toolbox erstellt worden, um in schon vorhandene Simulink- Modelle integriert werden zu können. Insbesondere die im Rahmen der Studienarbeit "Entwurf einer interaktiven Simulation zur codierten Nachrichtenübertragung" geschaffenen Praktikumversuche sind problemlos damit erweiterbar. Die Turbo- Toolbox enthält alle zur Turbocodierung notwendigen Baugruppen, wie zum Beispiel Codierer, Decodierer, Quelle, Kanäle und Interleaver. Darüber hinaus sind spezielle Mess- und Anzeigegeräte enthalten.

Um möglichst viele Parameter der Codierung erfassen zu können, bietet die Software zahlreiche Einstellmöglichkeiten. So können der Decodieralgorithmus (SOVA/MAP), die Blocklänge, die Anzahl an Iterationen, die Rate und die Generatoren frei gewählt werden. Der umfangreiche Theorieteil der vorliegenden Arbeit dient zur Vorbereitung. Beginnend mit Themen zur Kanalcodierung werden alle relevanten Sachgebiete angesprochen. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einer wissenschaftlichen Nutzung gerecht zu werden, dennoch sollen Neueinsteiger diese Software bzw. die Dokumentation als Basis für ihre Aktivitäten verwenden können. Um jedem Nutzer eine ständig verfügbare Dokumentation anbieten zu können, ist diese online in jedem Block der Turbo Toolbox© enthalten.

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