Optimum hybrid error correction scheme under strict delay constraints

Abstract

In packet-based wireless networks, media-based services often require a multicast-enabled transport that guarantees quasi error free transmission under strict delay constraints. Furthermore, both multicast and delay constraints deeply influence the architecture of erasure error recovery (EER). Therefore, we propose a general architecture of EER and study its optimization in this thesis. The architecture integrates overall existing important EER techniques: Automatic Repeat Request, Forward Error Correction and Hybrid ARQ techniques. Each of these EER techniques can be viewed as a special case of Hybrid Error Correction (HEC) schemes. Since the Gilbert-Elliott (GE) erasure error model has been proven to be valid for a wide range of packet based wireless networks, in this thesis, we present the general architecture and its optimization based on the GE channel model. The optimization target is to satisfy a certain target packet loss level under strict delay constraints efficiently. Through the optimization for a given real-time multicast scenario, the total needed redundancy information can be minimized by choosing the best HEC scheme automatically among the entire schemes included in the architecture. As a result, the performance of the optimum HEC scheme can approach the Shannon limit as closely as possible dynamically according to current channel state information.

In Paket-basierten drahtlosen Netzwerken benötigen Medien-basierte Dienste oft Multicast-fähigen Transport, der quasi-fehlerfreie Übertragung unter strikten Zeitgrenzen garantiert. Außerdem beeinflussen sowohl Multicast als auch Zeitbegrenzungen stark die Architektur von Auslöschungs-Fehlerschutz (Erasure Error Recovery, EER). Daher stellen wir eine allgemeine Architektur der EER vor und untersuchen ihre Optimierung in dieser Arbeit. Die Architektur integriert alle wichtigen EER-Techniken: Automatic Repeat Request, Forward Error Correction und Hybrid ARQ. Jede dieser EER-Techniken kann als Spezialfall der Hybrid Error Correction (HEC) angesehen werden. Da das Gilbert-Elliot (GE) Auslöschungs-Fehler-Modell für einen weiten Bereich von Paket-basierten drahtlosen Netzwerken als gültig erwiesen wurde, präsentieren wir in dieser Arbeit die allgemeine Architektur und deren Optimierung basierend auf dem GE Kanalmodell. Zweck der Optimierung ist es, eine gewisse Ziel-Paketfehlerrate unter strikten Zeitgrenzen effizient zu erreichen. Durch die Optimierung für ein gegebenes Echtzeit-Mutlicast-Szenario kann die insgesamt benötigte Redundanz-Information minimiert werden. Dies erfolgt durch automatische Auswahl des optimalen HEC Schemas unter all den Schemata, die in die Architektur integriert sind. Das optimale HEC-Schema kann die Shannon Grenze so nahe wie möglich, dynamisch, entsprechend dem derzeitigen Kanalzustand, erreichen.