Autor: René Habendorf

Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Verfahren zur sendeseitigen Vorentzerrung für die drahtlose Datenübertragung von einem Sender zu mehreren nicht kooperierenden Empfängern. Ein praktischer Anwendungsfall ist die Abwärtsstrecke eines Mehrnutzer-Kommunikationssystems mit zentralen Zugangsknoten wie z. B. Mobilfunksysteme oder WLAN-Netze. Bei der linearen Vorentzerrung werden häufig indirekte Kenngrößen für die Übertragungsqualität, wie z. B. der mittlere quadratische Fehler der vom Detektor beobachteten modulierten Symbole, optimiert. In der Arbeit werden das Kriterium einer direkten sendeseitigen Minimierung der Bitfehlerrate unter Ausnutzung der Randbereiche begrenzter Signalkonstellationen untersucht und effiziente Methoden für die rechentechnische Umsetzung entwickelt. Dem Paradigma der Dirty-Paper-Codierung folgend wird in der nichtlinearen Vorcodierung eine zyklisch erweiterte Konstellation durch den Einsatz einer Modulo-Operation am Eingang des Detektors realisiert. Der Entwurf effektiver Verfahren zur Berechnung eines vorentzerrten Sendesignals für Modulo-Empfänger bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Es werden Baumsuchverfahren für eine effiziente Lösung des Gitter-Decodierproblems zur Bestimmung optimaler Signalrepräsentanten in der erweiterten Konstellation untersucht. Durch Anpassung der Baumsuche an die statistischen Eigenschaften der Modulo-Operation können erhebliche Verbesserungen des Verhältnisses von Aufwand und Komplexität erzielt werden. Für den Einsatz der sendeseitigen Vorentzerrung in praktischen Systemen ist deren Leistungsfähigkeit in Verbindung mit Kanalcodierung und frequenzselektiven Mobilfunkkanälen entscheidend. Es wird gezeigt, dass die nichtlineare Vorcodierung für zyklisch erweiterte Konstellationen sehr gute Ergebnisse erzielt. In Verbindung mit räumlich korrelierten Kanälen kann die Leistungsfähigkeit der Vorcodierung zudem durch Anwendung der Gitterbasisreduktion erheblich gesteigert werden. Die für die Realisierung der sendeseitigen Kanalkenntnis in TDD-Systemen gewünschte Reziprozität des Übertragungskanals ist in praktischen Systemen aufgrund unterschiedlicher Sende- und Empfangskomponenten im Allgemeinen nicht gegeben und erfordert entsprechende Kalibrierungsmethoden. In der Arbeit wird eine robuste Vorentzerrung unter Einbeziehung der statistischen Eigenschaften des Kalibrierungsfehlers entworfen. In Mehrträgersystemen stellt der große Dynamikbereich hohe Anforderungen an die Hochfrequenzkomponenten der Sender und Empfänger. Daher wird ein auf die Vorcodierung aufbauendes Verfahren zur Reduzierung der Spitzenleistung in Mehrträgersystemen unter Ausnutzung der zyklisch erweiterten Konstellation vorgestellt. Numerische Ergebnisse zeigen eine erhebliche Reduktion des Dynamikbereichs.