DE102004021308A1

DE102004021308A1 - Verfahren zur Fehlerkorrektur von Paketdaten

Info

Publication number: DE102004021308A1
Application number: DE102004021308A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Koch; Frank Hofmann; Gerald Spreitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: SG184761A1; US7793193B2; US20080307290A1; WO2005093983A1; CN1934816A; SG151293A1; EP1733497A1; DE102004021308B4; CA2552990A1; KR100984269B1; KR20070011325A; CA2552990C; CN1934816B

Abstract

Zur Fehlerkorrektur von Paketdaten, insbesondere DAB-Datenpaketen, wobei Codewörter über mehrere Datenpakete genutzt werden, wird vorgeschlagen, Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Paketdatenstruktur hinzuzufügen, und zwar auf Kosten eines freien Datenfeldes oder eines Nutzdatenfeldes. Der Zyklus des Fehlerschutzes wird als Vielfaches einer Mindestgröße für eine Paketlänge gewählt.

Description

Stand der Technik
Für die Datenübertragung in Paketform spezifiziert beispielsweise der DAB (Digital Audio Broadcasting) Standard ein Verfahren wie Daten im Paketmode übertragen werden. Dieses Verfahren sieht eine Methode zur Fehlererkennung vor, um fehlerhaft übertragene Datenpakete zu erkennen (CRC-Verfahren). Da die einzelnen Pakete zu Datengruppen und weiter zu Datenfiles zusammengesetzt werden, kann ein einzelnes falsches Bit die Übertragung großer Datenmengen zunichte machen. Der Fehlerschutz bei DAB wird über einen Faltungscode erreicht. Die Zielsetzung dabei war, eine Bitfehlerrate von 10^(-4) zu erreichen. Die praktische Erfahrung hat aber gezeigt, dass die Bitfehlerrate zwar für Audio ausreichend gering ist, aber für die Übertragung von Datendiensten zu hoch ist.
Beim DVB-T Verfahren wird ein verketteter Code aus Faltungscode und Blockcode verwendet. Hierdurch lassen sich sehr geringe Bitfehlerragen in der Größenordnung 10^(-8) erreichen.
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1, wobei Codewörter über mehrere Datenpakete genutzt werden, Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Paketdatenstruktur hinzugefügt wird und zwar auf Kosten eines freien Datenfeldes bzw. eines Stopfdatenfeldes oder eines Nutzdatenfeldes und wobei der Zyklus des Fehlerschutzes, insbesondere seiner Codewortlänge, als Vielfaches einer Mindestgröße für eine Paketlänge gewählt wird, können Fehler korrigiert werden, ohne dass z.B. ein DAB-Empfänger Kenntnis über dieses Verfahren haben muss, die Daten trotzdem als gültige DAB-Paketmode-Daten erkennt und mit einem üblichen Fehlererkennungsverfahren (CRC) verarbeiten kann. Höherwertige Empfänger, die das Fehlerkorrekturverfahren nach der Erfindung beherrschen, können dieses anwenden und liefern somit öfter bzw. schneller korrekte Datenfiles.
Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Struktur von Datenpaketen nach dem DAB-Paketmode,
2 die Einfügung von Redundanzinformation im Padding-Feld der Pakete,
3 die Anordnung von Paketen gemäß 2 in einem zusammenhängenden Datenstrom,
4 die Einfügung von Redundanzinformation in ein einzelnes Paket ohne Nutzdaten,
5 die Anordnung von Paketdaten gemäß 4 in einem zusammenhängenden Datenstrom,
6 eine verbesserte Struktur der Pakete zur Burstfehlerverteilung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In 1 ist der Aufbau eines Datenpaketes nach dem DAB Paket Mode gezeigt. Im Paketkopf (Paket Header) sind Angaben zur Paketlänge (paket length), ein Kontinuitätsindex (continuity index), First/Last, ein Adressfeld, ein Command-Feld und Angaben zur Nutzdatenlänge (useful data length) untergebracht. An diesen Paketkopf schließt sich das Paketdatenfeld (paket data filed) mit den Nutzdaten (useful data field) und dem Feld für Padding-Daten, z.B. Stopfdaten, an. Anschließend folgt ein 16 Bit Feld zur Fehlererkennung (paket CRC)
Gültige Längen für Pakete sind 24, 48, 72 oder 96 Byte. Diese Struktur muss bei der erfindungsgemäßen Lösung erhalten bleiben, um herkömmlichen Empfängern die Decodierung zu ermöglichen.
Zur Fehlerkorrektur kann ein beliebiges Verfahren angewandt werden, welches einen systematischen Code benutzt. Das heißt, die zu schützenden Daten bleiben unverändert erhalten und es wird nur zusätzlich Redundanzinformation in Form von zusätzlichen Bytes zugefügt, die zur Fehlerkorrektur dienen. Als Beispiel soll ein REED-Solomon-Code RS (255, 239) benutzt werden, der auf die eingesetzten Paketgrößen gekürzt wird. Die Codekürzung ist ein bekanntes Verfahren für diese Codes.
Erfindungsgemäß werden zwei Ausführungsformen vorgeschlagen für die Einfügung der Redundanzinformation:

1. Einfügen der Redundanzinformation im Padding-Feld der Pakete. Ein normaler Paketmode-Decoder wird es als Padding werten und ignorieren.
2. Einfügen der Redundanzinformation in ein einzelnes Paket ohne zusätzliche Nutzdaten, so dass der normale Paketmode-Decoder dieses Paket einfach ignorieren kann.

2 zeigt die Struktur für die erste Alternative. Der Paketkopf (Paket Header) benötigt 3 Byte. Es schließt sich ein Nutzdatenfeld von 0 bis 74 Byte an gefolgt von einem Padding-Feld, dem SYNC-Feld, der Redundanzinformation mit 16 Byte und 2 Byte zur Fehlererkennung (CRC).
Das SYNC-Byte dient zur Erkennung von Paketen, die Redundanz-Bytes enthalten. Alternativ kann in solchen Paketen das Command-Bit (Bit 7) aus dem Paket Header gesetzt werden.
Die Anordnung der Pakete nach 1 in einem zusammenhängenden Datenstrom zeigt 3. In diesem Beispiel wird der Code auf die Codewortlänge (192/176) gekürzt. Dabei ist der erste Wert, 192, die gesamte Codewortlänge des REED-Salomon-Codes und der zweite Wert, 176, die Länge der zu schützenden Nutzdaten. Die Berechnung der Redundanz-Bytes des Codewortes enthält nicht den CRC des aktuellen Paketes mit Redundanz-Bytes, sondern den des vorherigen Paketes mit den Redundanz-Bytes. Der CRC des aktuellen Paketes wird dann mit den Redundanz-Bytes berechnet. So ist sowohl die Codewortlänge = 192 als auch die Summe der Paketlängen. Der Paketkopf ist hier mit PH bezeichnet, S sind die Synchrondaten und R die Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur.
Bei dieser Ausführungsform stimmt der Zyklus des Fehlerschutzes mit dem der Pakete überein. Das heißt die Codewortlänge des zusätzlichen Fehlerschutzes muss ein Vielfaches der Mindestgröße für eine Paketlänge, hier 24, sein. So sind z.B. auch Codewortlängen von 168, 192, 216 und 240 neben anderen denkbar. Die gewählte Codewortlänge wird dann mit einer ganzzahligen Kombination der vier möglichen Paketgrößen gefüllt.
Um den CRC des Paketes berechnen zu können, das die zusätzliche Redundanzinformation enthält, werden die CRC-Bytes im jeweils nächsten Codewort behandelt. Falls sie im gleichen Codewort liegen würden, ist die CRC-Berechnung nicht möglich, da die Redundanz-Bytes des RS-Codes auch mit den CRC-Bytes berechnet werden müssten, die aber wiederum erst berechnet werden können, sobald die RS-Bytes feststehen. So werden also zuerst die RS-Bytes berechnet und in das Paket eingefügt. Danach die CRC-Bytes berechnet und angehängt. Das sie nicht im selben RS-Codewort sind, verändert dies die RS-Bytes nicht.
Die zweite Alternative für die Einfügung der Redundanzinformation zeigt 4.
Im Paket Header wird eine definierte Adresse eingesetzt, um zu erkennen, dass Redundanz-Bytes vorhanden sind. Ein SYNC-Byte kann auch dazu benutzt werden. Hierbei können keine Nutzdaten im Paket transportiert werden.
In einem zusammenhängenden Datenstrom ergibt sich für diese Alternative die Anordnung gemäß 5.
In diesem Beispiel wird der Code auf die Länge (208/192) gekürzt. Das Codewort wird nicht über den Paket Header PH und das Padding P berechnet.
Bei dieser Ausführungsform muss der Zyklus der Fehlerschutznutzdatenlänge mit dem der Pakete übereinstimmen, d.h. die Nutzdatenlänge des Codewortes des zusätzlichen Fehlerschutzes muss ein Vielfaches der Mindestgröße für eine Paketlänge, hier 24, sein. Die gewählte Nutzdatenlänge wird dann mit einer ganzzahligen Kombination der vier möglichen Paketgrößen gefüllt. Das Paket mit der Redundanzinformation R wird daran angehängt. Bei der Decodierung werden aus dem Redundanzpaket nur die Redundanz-Bytes benutzt und der Rest komplett verworfen (PHc, P, CRC).
Ein weitere erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeigt 6. Hier wird der gleiche Reed-Solomon Muttercode RS (255, 239) wie bei DVB und DMB Video benutzt. Er wird soweit erforderlich gekürzt durch Hinzufügen von Nullen bevor die Schutzbytes berechnet werden. Die Pakete werde in Zeilen angeordnet. Nach beispielsweise 188 Zeilen werden die Codewörter in Spalten berechnet. Dies führt zu einer verbesserten Fehlerkorrektur-Performance, da Burstfehler innerhalb der Pakete über mehrere Codeworte verteilt werden.
Auch die RS redundancy bytes (in 6 RS Bytes) werden in der DAB Paketstruktur untergebracht. Um den Overhead zu reduzieren, wird nur ein gekürzter Paketkopf benutzt. Das Steuerbit ist nicht notwendig und für die Redundanzbytes wird stets die volle Paketlänge benutzt. Aus 6 ist ersichtlich, dass die RS Redundanzbytes der ersten beiden Spalten an das Ende der RS Pakete gestellt werden. Somit wird die im gekürzten Paketkopf freigewordene Datenkapazität durch RS Redundanzbytes ersetzt. Fehlerschutz über die CRC Spalten sind nicht erforderlich.
Eine voll rückwärtskompatible (Level 2) Lösung einer Fehlerkorrektur für DAB Paketmode mit impliziertem Interleaving lässt sich hiermit erreichen.

Claims

Verfahren zur Fehlerkorrektur von Paketdaten, wobei Codewörter über mehrere Datenpakete genutzt werden, mit folgenden Schritten: – Es wird Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur unter Beibehaltung der ursprünglichen Paketdatenstruktur hinzugefügt und zwar auf Kosten eines freien Datenfeldes bzw. eines Stopfdatenfeldes oder eines Nutzdatenfeldes, – Der Zyklus des Fehlerschutzes, insbesondere seiner Codewortlänge, wird als Vielfaches einer Mindestgröße für eine Paketlänge gewählt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Paketdaten DAB-Datenpakete verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Codewortlänge als Vielfaches von 24 Byte oder eine innere Codewortlänge als Vielfaches von 24 Byte vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennungsinformation des Datenpakets, das die Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur enthält, dem jeweils nächsten Codewort zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung, dass Redundanzinformation zur Fehlerkorrektur in einem Datenpaket enthalten ist und/oder zum Auffinden der Position des Codewortes im Datenstrom eine entsprechende Kennzeichnung im Paketkopf, z.B. ein gesetztes Command-Bit, oder im Synchronwort vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlerkorrektur ein REED-Solomon-Code verwendet wird, der insbesondere auf die verwendeten Paketlängen gekürzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Redundanzinformation ein eigenes Datenpaket vorgesehen wird, welches an die Datenpakete für Nutzinformation angehängt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Decodierung des Datenpaketes mit der Redundanzinformation nur die Redundanzinformation ausgewertet wird und der Rest verworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenpakete in Zeilen angeordnet werden und die Codewörter in Spalten.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Burstfehler innerhalb von Paketen über mehrere Codewörter verteilt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein gekürzter Paketkopf benutzt wird, wobei die durch Kürzung entstandene Datenkapazität mit Redundanzbytes aufgefüllt wird.