DE102012219468B3

DE102012219468B3 - Method for transmitting data by users to receiver in e.g. sensor network, involves combining non-interference-afflicted part of replica with non-interference-afflicted part of another replica of same data packet to assemble another packet

Info

Publication number: DE102012219468B3
Application number: DE201210219468
Authority: DE
Inventors: Federico Clazzer; Christian Kissling
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-10-25

Abstract

The method involves receiver-side assembling of a data packet from two or multiple partial interference-affected replicas of a same data packet of users, where a transmission channel is commonly exploited to a receiver by the users and the replicas are combined within frames. A non-interference-afflicted part of one replica is combined with a non-interference-afflicted part of another replica of the same data packet to assemble the former data packet. A composite data packet is decoded by a receiver-side decoder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei ein Übertragungskanal zu einem Empfänger von mehreren Nutzern gemeinsam genutzt wird.The invention relates to a method for transmitting data, wherein a transmission channel to a receiver is shared by a plurality of users.

Greifen die Nutzer ohne eine Koordination auf den gemeinsamen Kanal zu (Random Access Channel), können Kollisionen zwischen den einzelnen Nutzern auf dem Kanal entstehen. Aufgrund dieser Kollisionen können Datenpakete verloren gehen. Es ist bekannt, sogenannte Successive Interference Cancellation(SIC)-Verfahren anzuwenden, um beschädigte Pakete dadurch wieder herzustellen, dass die durch einzelne Pakete verursachte Interferenz beseitigt wird. Hierzu werden innerhalb eines Frames mehrere Replikas eines Datenpakets übermittelt. Diese Replikas beinhalten einen Pointer zu allen anderen Replikas desselben Datenpakets. Wird eine der Replikas erfolgreich empfangen, kann für alle Kopien die von Ihnen verursachte Interferenz aus dem jeweiligen Gesamtsignal entfernt werden. Hierdurch werden gegebenenfalls andere Pakete, welche vorher einer Interferenz unterlagen, dekodierbar. Die Dekodierung findet somit durch iteratives Entfernen von Interferenzen statt.If the users access the common channel without any coordination (random access channel), collisions can occur between the individual users on the channel. Due to these collisions, data packets can be lost. It is known to apply so-called Successive Interference Cancellation (SIC) methods to recover damaged packets by eliminating the interference caused by individual packets. For this purpose, several replicas of a data packet are transmitted within a frame. These replicas contain a pointer to all other replicas of the same data package. If one of the replicas is received successfully, the interference caused by you can be removed from the respective total signal for all copies. As a result, if necessary, other packets that were previously subject to interference, can be decoded. The decoding thus takes place by iterative removal of interference.

Ein Verfahren, das wie oben dargestellt funktioniert, ist das Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA-Verfahren (CRDSA). Hierbei ist ein Frame in eine Vielzahl von Zeit- oder Frequenzschlitzen aufgeteilt. Es existieren jedoch auch Verfahren, in denen ein Frame nicht in Zeit- oder Frequenzschlitze aufgeteilt wird. Im Gegensatz zu Slotted ALOHA-Verfahren werden diese Verfahren als Pure ALOHA-Verfahren bezeichnet. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist Contention Resolution ALOHA (CRA). Bei einem solchen Verfahren kann eine lediglich teilweise Interferenz in einem Paket vorliegen, die dennoch groß genug ist, dass ein Dekodieren dieses interferenzbehafteten Pakets nicht möglich ist. In einer solchen Situation ist ein Fortführen des Dekodiervorgangs nicht mehr möglich.One method that works as outlined above is the Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA Method (CRDSA). Here, a frame is divided into a plurality of time or frequency slots. However, there are also methods in which a frame is not divided into time or frequency slots. Unlike Slotted ALOHA processes, these processes are referred to as Pure ALOHA processes. An example of such a method is Contention Resolution ALOHA (CRA). In such a method, there may be only partial interference in a packet that is still large enough that decoding this interference-prone packet is not possible. In such a situation, a continuation of the decoding process is no longer possible.

In 1 ist ein sehr einfaches Beispiel für ein Contention Resolution ALOHA-Verfahren dargestellt. In dieser Figur ist ein Frame dargestellt, der eine bestimmte Anfangs- und Endzeit hat. Innerhalb dieses Frames versuchen vier Nutzer ihre Datenpakete zu übertragen. Während der Übertragung interferieren die einzelnen Datenpakete untereinander. Die interferenzbehafteten Teile der Datenpakete sind in der Figur mit einem Kreuz gekennzeichnet. Jedes der Pakete wird im dargestellten Beispiel innerhalb des Frames zweimal übermittelt. So ist es möglich, dass das Paket 1 des ersten Nutzers dekodiert werden kann. Hierdurch kann die durch Paket 7 des Nutzers 1 hervorgerufene Interferenz entfernt werden. Hierdurch kann Paket 8 des Nutzers 2 dekodiert werden. Dies gilt ebenfalls für seine Replika (Paket 2 des Nutzers 2). Hierdurch ist es wiederum möglich, Paket 3 des Nutzers 3 und Paket 6 des Nutzers 3 zu dekodieren. Somit ist es schließlich möglich, die Pakete aller Nutzer zu dekodieren.In 1 is shown a very simple example of a Contention Resolution ALOHA method. In this figure, a frame is shown having a certain start and end time. Within this frame, four users try to transfer their data packets. During transmission, the individual data packets interfere with each other. The interference-prone parts of the data packets are marked with a cross in the figure. Each of the packets is transmitted twice within the frame in the example shown. Thus it is possible that the packet 1 of the first user can be decoded. As a result, caused by the packet 7 of the user 1 interference can be removed. As a result, packet 8 of the user 2 can be decoded. This also applies to his replica (package 2 of user 2). This makes it possible again to decode package 3 of the user 3 and package 6 of the user 3. Thus, it is finally possible to decode the packages of all users.

Allerdings existieren Situationen, in denen das in 1 dargestellte Verfahren nicht zum Erfolg führt. Eine solche Situation ist in 2 dargestellt. Das erste Paket des Nutzers 1 interferiert mit dem ersten Paket des zweiten Nutzers und kann somit nicht dekodiert werden. Ebenso verhält es sich mit dem jeweils zweiten Paket der beiden Nutzer. Somit wird ein sogenannter Loop gebildet, der dazu führt, dass keines der Pakete dekodiert werden kann. In 2 ist ein sehr einfaches Beispiel für einen solchen Loop dargestellt. In der Realität existieren weitaus komplexere Loops, die zu einer signifikanten Einschränkung der Leistungsfähigkeit des CRA-Verfahrens führen.However, there are situations where the in 1 does not lead to success. Such a situation is in 2 shown. The first packet of the user 1 interferes with the first packet of the second user and thus can not be decoded. The same applies to the respective second packet of the two users. Thus, a so-called loop is formed, which means that none of the packets can be decoded. In 2 is a very simple example of such a loop. In reality, there are much more complex loops that significantly limit the performance of the CRA process.

Eine Beschreibung des ALOHA-Verfahrens sowie seiner oben beschriebenen Weiterentwicklungen ist in folgenden Veröffentlichungen zu finden:

[1] N. Abramson, ”The ALOHA System – Another Alternative for Computer Communications”, in Proc. 1970 Fall Joint Computer Conference, vol. 37, AFIPS Press, 1970, pp. 281–285.
[2] L. G. Roberts, ”ALOHA packet systems with and without slots and capture”, ARPANET System Note 8 (NIC 11290), June, 1972.
[3] N. Abramson, ”The Throughput of Packet Broadcasting Channels” IEEE Transactions an Communications, col. COM-25, no. 1, pp. 117–128, January 1977.
[4] O. del Rio Herrero, R. D. Gaudenzi, ”A High-Performance MAC Protocol for Consumer Broadband Satellite Systems”, in Proc. 27^th AIAA International Communications Satellite Systems Conference (ICSSC), Edinburgh (UK), June 2009.
[5] O. del Rio Herrero, R. D. Gaudenzi, ”A High Efficiency Scheme for Quasi-Rail-Time Satellite Mobile Messaging Systems”, 10^th International Workshop an Signal Processing for Space Communications, 2008.
[6] G. Liva, ”A Slotted ALOHA Scheme Based an Bipartite Graph Optimization”, ITG Source and Channel Coding Conference, Siegen (Germany) January 2010.
[7] G. Liva, ”Graph-based Analysis and Optimization of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA”, International ITG Conference on Source and Channel Coding, Siegen, Jan, 2010.
[8] E. Casini, R. D. Gandenzi, O. d. Rio Herrero, ”Contention Resolution Diversity Slotted Aloha (CRDSA). An Enhanced Random Access Scheme for Satellite Access Packet Networks”, Wireless Communications, IEEE Transactions on 2007 6, 1408–1419.
[9] C. Kissling, ”Performance Enhancements for Asynchronous Random Access Protocols over Satellite”, in: Proceedings of the ICC 2011, International Conference on Communication, ICC, 5.–9. Juni 2011, Kyoto.

A description of the ALOHA process and its developments described above can be found in the following publications:

[1] N. Abramson, "The ALOHA System - Another Alternative for Computer Communications", in Proc. 1970 Case Joint Computer Conference, vol. 37, AFIPS Press, 1970, pp. 281-285.
[2] LG Roberts, "ALOHA packet systems with and without slot and capture", ARPANET System Note 8 (NIC 11290), June, 1972.
[3] N. Abramson, "The Throughput of Packet Broadcasting Channels" IEEE Transactions on Communications, col. COM-25, no. 1, pp. 117-128, January 1977.
[4] O. del Rio Herrero, RD Gaudenzi, "A High-Performance MAC Protocol for Consumer Broadband Satellite Systems," in Proc. 27 ^th AIAA International Communications Satellite Systems Conference (ICSSC), Edinburgh (UK), June of 2009.
[5] O. del Rio Herrero, RD Gaudenzi, "A High Efficiency Scheme for quasi-Rail-Time Satellite Mobile Messaging System", 10 ^th International Workshop on Signal Processing for Space Communications, of 2008.
[6] G. Liva, "A Slotted ALOHA Scheme Based on Bipartite Graph Optimization," ITG Source and Channel Coding Conference, Siegen (Germany) January 2010.
[7] G. Liva, "Graph-based Analysis and Optimization of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA," International ITG Conference on Source and Channel Coding, Siegen, Jan, 2010.
[8] E. Casini, RD Gandenzi, O. d. Rio Herrero, "Contention Resolution Diversity Slotted Aloha (CRDSA). An Enhanced Random Access Scheme for Satellite Access Packet Networks, "Wireless Communications, IEEE Transactions on 2007 6, 1408-1419.
[9] C. Kissling, "Performance Enhancements for Asynchronous Random Access Protocols over Satellite," in: Proceedings of the ICC 2011, International Conference on Communication, ICC, 5-9. June 2011, Kyoto.

US 2010/0054131 A1 beschreibt ein Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei ein Übertragungskanal zu einem Empfänger von mehreren Nutzern gemeinsam genutzt wird. Zum Wiederherstellen von beschädigten Datenpaketen können ähnlich dem ”Soft Combining” Signale aus replizierten Nachrichten miteinander kombiniert werden. US 2010/0054131 A1 describes a method for transmitting data, wherein a transmission channel to a receiver is shared by multiple users. To recover corrupted data packets, signals from replicated messages can be combined in a similar way to "soft combining".

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Übertragen von Daten über einen von mehreren Nutzern gemeinsam genutzten Übertragungskanal bereitzustellen, wobei der Datendurchsatz erhöht werden kann, ohne dass eine Synchronisierung oder Koordination der Nutzer untereinander notwendig ist.The object of the invention is to provide a method for transmitting data via a transmission channel shared by several users, wherein the data throughput can be increased without the need for synchronization or coordination of the users with each other.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren nutzen mehrere Nutzer gemeinsam einen Übertragungskanal zu einem Empfänger. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Satellitenverbindung zu einem Satelliten handeln, an den mehrere Satellitenterminals Daten übertragen wollen. Erfindungsgemäß werden die Daten von den Nutzern unter Verwendung eines Verfahrens, das nicht auf einer Einteilung eines Frames in Zeit- und/oder Frequenzschlitze basiert, zum Empfänger übermittelt. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Contention Resolution ALOHA-Verfahren handeln. Erfindungsgemäß können jedoch auch andere nicht zeit- oder freuquenzschlitzbasierte Verfahren verwendet werden, bei denen der Zeit- oder Frequenzbereich in Frames aufgeteilt wird und innerhalb eines Frames mehrere Replikas eines Datenpakets von einem Nutzer an den Empfänger übermittelt werden. Bei dem verwendeten Verfahren handelt es sich bevorzugt um ein Successive Interferance Cancellation (SIC) Verfahren.In the method according to the invention, several users share a transmission channel with a receiver. This may, for example, be a satellite connection to a satellite to which several satellite terminals want to transmit data. According to the invention, the data is transmitted to the receiver by the users using a method that is not based on a division of a frame into time and / or frequency slots. This may be, for example, the contention resolution ALOHA method. According to the invention, however, other non-time or frequency slot based methods may be used in which the time or frequency domain is divided into frames and within a frame, multiple replicas of a data packet are transmitted from a user to the receiver. The method used is preferably a Successive Interference Cancellation (SIC) method.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch ein empfängerseitiges Zusammensetzen eines neuen Datenpakets aus mindestens zwei teilweise interferenzbehafteten Replikas desselben Datenpakets eines Nutzers. Hierbei wird ein nicht interferenzbehafteter Teil einer ersten Replika mit einem nicht interferenzbehafteten Teil mindestens einer weiteren Replika desselben Datenpakets kombiniert, um das neue Datenpaket zusammenzusetzen. Das neu zusammengesetzte Datenpaket wird anschließend durch einen empfängerseitigen Decoder dekodiert.The inventive method is characterized by a receiver-side assembling a new data packet from at least two partially interference-prone replicas of the same data packet of a user. Here, a non-interference-prone portion of a first replica is combined with a non-interference portion of at least one other replica of the same data packet to assemble the new data packet. The newly assembled data packet is then decoded by a receiver-side decoder.

Anstatt somit teilweise interferenzbehaftete Replikas eines Datenpakets zu verwerfen und den Successive Interference Cancellation Prozess zu beenden, was zu einem nicht erfolgreichen Dekodieren von Datenpaketen führen würde, werden erfindungsgemäß die nicht-interferenzbehafteten Teile der Replikas eines Datenpakets dazu verwendet, ein neues Datenpaket zusammenzusetzen. Hierbei wird genutzt, dass aufgrund der Tatsache, dass in jedem Frame mehrere Replikas desselben Datenpakets übermittelt wurden, die Informationen, die dieses Datenpaket betreffen, in redundanter Weise vorliegen. Möglicherweise sind somit in den verschiedenen Replikas genügend nicht interferenzbehaftete Daten vorhanden, die dasselbe Datenpaket betreffen, um dieses Datenpaket erfolgreich zu dekodieren. Anstatt diese vorhandenen redundanten Daten zu verwerfen, sollen diese erfindungsgemäß durch das Zusammensetzen eines neuen Datenpakets weiterverwendet werden.Thus, rather than discarding partial interference-prone replicas of a data packet and ending the successive interference cancellation process, which would result in unsuccessful decoding of data packets, the non-interference portions of the replicas of a data packet are used to assemble a new data packet. Here it is used that due to the fact that in each frame several replicas of the same data packet were transmitted, the information concerning this data packet exist in a redundant way. Thus, there may be enough non-interference data in the various replicas pertaining to the same data packet to successfully decode that data packet. Instead of discarding these existing redundant data, these should be used according to the invention by assembling a new data packet.

Wie später im Detail dargestellt wird, ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren gelungen, den Datendurchsatz zu erhöhen, ohne dass eine Synchronisierung oder Koordination der einzelnen Nutzer untereinander notwendig ist.As will be shown in detail later, it has been possible by the inventive method to increase the data throughput, without a synchronization or coordination of the individual users with each other is necessary.

Erfindungsgemäß ist es möglich, so viele Replikas eines Datenpakets wie notwendig innerhalb eines Frames zu kombinieren, bis das neue Datenpaket vollständig zusammengesetzt wurde. Es können somit mehr als zwei Replikas eines Datenpakets innerhalb eines Frames zu einem neuen Datenpaket kombiniert werden. Eine Obergrenze für die Anzahl von Replikas, die zu einem neuen Datenpaket zusammengesetzt werden können, ist selbstverständlich gegeben durch die Gesamtanzahl der Replikas, die innerhalb eines Frames von einem Datenpaket übermittelt werden. Es ist bevorzugt, dass sämtliche Replikas, die einen nicht-interferenzbehafteten Teil aufweisen, d. h. nicht vollständig durch eine Interferenz gestört sind, dazu verwendet werden, ein neues Datenpaket zusammenzusetzen.According to the invention, it is possible to combine as many replicas of a data packet as necessary within a frame until the new data packet has been completely assembled. Thus, more than two replicas of a data packet within a frame can be combined to form a new data packet. Of course, an upper limit on the number of replicas that can be assembled into a new data packet is given by the total number of replicas transmitted by a data packet within a frame. It is preferred that all replicas that have a non-interference part, i.e., that have a non-interference feature, are d. H. are not completely disturbed by interference, used to assemble a new data packet.

Es ist bevorzugt, dass interferenzfreie Symbole innerhalb einer teilweise interferenzbehafteten Replika dadurch von interferenzbehafteten Symbolen in derselben Replika unterschieden werden, dass eine sprunghafte Veränderung des Signal to Noise plus Interference Ratio (SNIR) und/oder eine sprunghafte Veränderung der Phase der zu den Symbolen gehörenden Signalen detektiert wird.It is preferred that interference-free symbols within a partially interference-prone replica be distinguished from interference-prone symbols in the same replica by a sudden change in signal to noise plus interference ratio (SNIR) and / or a transient change in the phase of the signals associated with the symbols is detected.

Die Position der Replikas eines Datenpakets innerhalb eines Frames ist im Header oder in den Nutzdaten jeder Replika gespeichert, so dass sobald dieser Teil einer Replika erfolgreich dekodiert wurde, der Empfänger die Position aller Replikas dieses Datenpakets innerhalb des Frames kennt.The position of the replicas of a data packet within a frame is stored in the header or payload of each replica so that once that part of a replica has been successfully decoded, the receiver knows the location of all replicas of that data packet within the frame.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die nicht-interferenzbehafteten Teile von teilweise interferenzbehafteten Replikas, die zu einem neuen Datenpaket zusammengesetzt werden sollen, durch die folgenden Schritte identifiziert werden:

a) Zunächst erfolgt ein iteratives Kombinieren verschiedener Teile teilweise interferenzbehafteter Replikas, die in Summe ein komplettes neues Datenpaket ergeben, zu einem neuen Versuchsdatenpaket. Beispielsweise wird das erste Symbol einer ersten Replika mit den Symbolen 2 – N einer zweiten Replika zu einem neuen Datenpaket kombiniert, dass eine Gesamtlänge von N Symbolen aufweist. Zu diesem Zeitpunkt ist nicht bekannt, ob diese Teile der Replikas, die zu einem neuen Datenpaket zusammengesetzt wurden, interferenzbehaftet sind oder nicht. Im Rahmen dieses Verfahrensschritts a) werden somit verschiedene Teile teilweise interferenzbehafteter Replikas in zufälliger Weise miteinander kombiniert, ohne zu wissen, ob hieraus ein dekodierbares neues Datenpaket entsteht oder nicht.
b) Anschließend wird versucht, dieses Versuchsdatenpaket zu dekodieren. Bei einer erfolgreichen Dekodierung dieses Versuchsdatenpakets war das Zusammensetzen des neuen Datenpakets aus interferenzfreien Teilen mehrerer Replikas erfolgreich, da in diesem Fall davon ausgegangen werden kann, dass alle verwendeten Datenteile dieser Replikas nicht interferenzbehaftet waren oder zumindest ausreichend nicht interferenzbehaftete Datenteile vorhanden waren, um ein erfolgreiches Dekodieren des Versuchsdatenpakets zu ermöglichen.
c) Wenn das Versuchsdatenpaket nicht erfolgreich dekodiert werden konnte, wird es verworfen. Die Verfahrensschritte a) und b) werden iterativ wiederholt, indem andere Teile derselben teilweise interferenzhafteten Replikas iterativ miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können nun die ersten zwei Symbole der ersten Replika mit den Symbolen 3 – N der zweiten Replika zu einem neuen Datenpaket der Gesamtlänge N kombiniert werden. Auch ist es möglich, Teile weiterer, teilweise interferenzbehafteter Replikas für die Kombination zu einem neuen Datenpaket zu verwenden. Dieser Vorgang wird iterativ solange wiederholt, bis das Dekodieren des Versuchsdatenpakets erfolgreich war.

It is further preferred that the non-interference parts of partially interference-related replicas to be assembled into a new data packet by identifying the following steps:

a) First, an iterative combination of different parts of partially interference-prone replicas, which together yield a complete new data packet, takes place to a new experimental data packet. For example, the first symbol of a first replica is combined with the symbols 2-N of a second replica into a new data packet having a total length of N symbols. At this time, it is not known whether or not these parts of the replicas that have been assembled into a new data packet are subject to interference. In the context of this method step a), various parts of partially interference-prone replicas are thus randomly combined with one another, without knowing whether or not a decodable new data packet results from this.
b) Subsequently, an attempt is made to decode this experimental data packet. Successful decoding of this experimental data packet succeeded in assembling the new data packet from interference free portions of multiple replicas, since in this case it can be assumed that all of the used data portions of these replicas were non-interference or at least sufficient non-interference data portions were present for successful decoding of the trial data packet.
c) If the trial data packet could not be successfully decoded, it will be discarded. Method steps a) and b) are repeated iteratively by iteratively combining other parts of the same partially interference-adhered replicas. For example, the first two symbols of the first replica can now be combined with the symbols 3 -N of the second replica to form a new data package of the total length N. It is also possible to use parts of further, partially interference-prone replicas for combination into a new data packet. This process is repeated iteratively until the decoding of the trial data packet was successful.

Hierbei können falsch dekodierte Versuchsdatenpakete durch einen Cyclic Redundence Check identifiziert werden.Incorrectly decoded experimental data packets can be identified by a Cyclic Redundancy Check.

Es ist bevorzugt, dass vor dem Zusammensetzen eines neuen Datenpakets erfolgreich dekodierte Replikas aus einem Frame entfernt werden, wobei insbesondere ein Successive Interference Cancellation-Verfahren, z. B. Contention Resolution ALOHA verwendet wird, um möglichst viele Replikas vor dem Zusammensetzen eines neuen Datenpakets zu dekodieren und zu entfernen.It is preferred that before assembling a new data packet successfully decoded replicas are removed from a frame, wherein in particular a Successive Interference Cancellation method, eg. B. Contention Resolution ALOHA is used to decode and remove as many replicas before assembling a new data packet.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass z. B. zuerst versucht wird, ein neues Datenpaket aus derjenigen Gruppe von Replikas zu bilden, die die Replika mit dem höchsten SNIR beinhaltet.Furthermore, it is preferred that z. For example, it is first attempted to form a new data packet from the group of replicas that includes the replica with the highest SNIR.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass basierend auf Header-Informationen in den Replikas versucht wird, die Position so vieler Replikas desselben Datenpakets wie möglich in einem Frame herauszufinden und die Signale aller dieser teilweise interferenzbehafteten Replikas zu einem neuen Datenpaket zu kombinieren. Es ist bevorzugt, dass basierend auf Header-Informationen in den Replikas versucht wird, die Position aller Replikas aller Datenpakete in einem Frame herauszufinden. Hierzu können die Header in besonderer Weise kodiert werden, so dass eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass die Header korrekt dekodierbar sind. Basierend auf den Header-Informationen ist es möglich, die Gesamtkomposition des Frames einschließlich der Positionen der Replikas aller Datenpakte herauszufinden, so dass ermittelt werden kann, welche Teile der Replikas interferenzfrei sind. Diese Teile können dann zu einem neuen Datenpaket kombiniert werden.Furthermore, it is preferred that based on header information in the replicas, one seeks to find out the position of as many replicas of the same data packet as possible in one frame and to combine the signals of all these partially interference-prone replicas into a new data packet. It is preferred that based on header information in the replicas, one tries to find out the position of all replicas of all data packets in a frame. For this purpose, the headers can be encoded in a special way, so that there is a high probability that the headers are correctly decodable. Based on the header information, it is possible to find out the overall composition of the frame, including the positions of the replicas of all data packets, so that it can be determined which parts of the replicas are interference free. These parts can then be combined into a new data packet.

Es ist bevorzugt, dass die beschriebenen Merkmale wie folgt zu einem Verfahren miteinander kombiniert werden:
Empfängerseitiges Durchführen eines Successive Interference Cancellation-Dekodiervorgangs unter Verwendung der Contention Resolution ALOHA-Methode;
Entfernen der erfolgreich dekodierten Replikas aus dem Frame;
Versuch, ein neues Datenpaket aus derjenigen Gruppe von Replikas zu bilden, die die Replika mit dem höchsten SNIR beinhaltet, wobei das Zusammensetzen eines neuen Datenpakets aus teilweise interferenzbehafteten Replikas mindestens einen der folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Detektieren einer sprunghaften Veränderung des SNIR und/oder der Phase der zu den Symbolen gehörenden Signale und/oder
Versuch einer Identifizierung der nicht interferenzbehafteten Teile von teilweise interferenzbehafteten Replikas, gemäß den in Anspruch 4 genannten Verfahrensschritten; und/oder
Ermitteln der Positionen aller Replikas aller Datenpakete in einem Frame, basierend auf Header-Informationen in den Replikas;
Ermitteln der gesamten Komposition dieses Frames einschließlich aller Replikapositionen;
Ermitteln der interferenzfreien Teile aller Replikas in diesem Frame und/oder alle Replikas eines Datenpakets unabhängig davon, ob Kenntnis darüber besteht, ob sie interferenzbehaftet sind oder nicht, zu einem neuen Datenpaket kombiniert werden,
wobei sich die Signale der nicht interferenzbehafteten Symbole der Replikas gegenseitig verstärken, während die Signale der interferenzbehafteten Symbole kompensiert werden durch die Signale der entsprechenden nicht-interferenzbehafteten Replikas, deren Amplitude und/oder Phase sich von denen der interferenzbehafteten Symbole unterscheidet.It is preferred that the features described be combined with one another as follows:
Receiver side performing a Successive Interference Cancellation decoding using the Contention Resolution ALOHA method;
Removing the successfully decoded replicas from the frame;
Attempting to form a new data packet from the group of replicas containing the replica with the highest SNIR, wherein the assembling of a new data packet from partially interference replicas has at least one of the following process steps:
Detecting a sudden change in the SNIR and / or the phase of the signals belonging to the symbols and / or
Attempting to identify the non-interference parts of partially interference-prone replicas according to the method steps mentioned in claim 4; and or
Determining the positions of all replicas of all data packets in a frame based on header information in the replicas;
Determine the entire composition of this frame including all replica positions;
Determine the interference-free portions of all replicas in this frame and / or all replicas of a data packet, whether or not they know whether they are interference-based or not, to a new data packet.
wherein the signals of the non-interference-prone symbols of the replicas mutually reinforce each other while the signals of the interference-prone symbols be compensated by the signals of the corresponding non-interference replicas whose amplitude and / or phase is different from those of the interference-prone symbols.

Es ist bevorzugt zu versuchen, ein neues Datenpaket aus derjenigen Gruppe von Replikas zu bilden, die die Replika mit dem höchsten SNIR beinhaltet, da hier die Chancen auf eine erfolgreiche Dekodierung am höchsten sind. Außerdem stört das Paket mit dem höchsten SNIR am stärksten anderen Pakete, so dass sich ein Entfernen dieses Pakets stärker auf die Dekodierung anderer Pakete auswirken wird, als die Entfernung eines Pakets mit einem schwächeren SNIR, welches gegebenenfalls von einem anderen Paket mit starkem SNIR verdeckt wird. Weiterhin ist es bevorzugt, den Header des Pakets mit der höchsten SNIR zu betrachten, da dieser gegebenenfalls speziell geschützt werden kann (z. B. durch einen eigenen Code) und somit eine höhere Erkennungswahrscheinlichkeit besitzt als der Rest des Pakets. Die Header-Informationen würden dann die Möglichkeit bieten, die Struktur des gesamten Frames zu erhalten, so dass Kenntnis darüber erlangt werden kann, welcher Nutzer wann überträgt und welche Teile der Replikas sich überlappen. Unter Berücksichtigung dieser Informationen kann die Zusammensetzung der Versuchspakete optimiert werden.It is preferable to try to make a new data packet from the group of replicas that includes the replica with the highest SNIR, since the chances of successful decoding are highest here. In addition, the highest SNIR packet most interferes with other packets, so removing this packet will have more impact on decoding other packets than removing a packet with a weaker SNIR, which may be obscured by another strong SNIR packet , Furthermore, it is preferable to consider the header of the highest SNIR packet because it may be specially protected (eg, by its own code) and thus has a higher recognition probability than the rest of the packet. The header information would then provide the ability to preserve the structure of the entire frame so that knowledge can be obtained about which user is broadcasting when, and which parts of the replica overlap. Taking this information into account, the composition of the test packages can be optimized.

Bevor ein Signal vom Frame entfernt wird, wird es erneut codiert. Diese Re-Encodierung ist ein Teil des üblichen SIC-Prozesses, wie z. B. bei CRDSA oder CRA.Before a signal is removed from the frame, it is coded again. This re-encoding is part of the usual SIC process, such as: In CRDSA or CRA.

Die dargestellten Verfahrensschritte können innerhalb eines Successive Interference Cancellation Prozesses iterativ wiederholt werden, solange noch interferenzbehaftete Replikas existieren. Eine Wiederholung ist bis zu einer definierbaren Anzahl von Iterationsschritten, die als Algorithmusparameter definiert werden kann, möglich.The illustrated method steps can be repeated iteratively within a successive interference cancellation process, as long as interference-prone replicas still exist. A repetition is possible until a definable number of iteration steps, which can be defined as algorithm parameters.

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.

Es zeigen:Show it:

1 das aus dem Stand der Technik bekannte CRA-Verfahren, 1 the CRA process known from the prior art,

2 eine vereinfachte Darstellung einer Situation, in der das CRA-Verfahren versagt, 2 a simplified account of a situation where the CRA procedure fails,

3 eine Darstellung des Datendurchsatzes des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a representation of the data throughput of the method according to the invention.

1 und 2 wurden bereits in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert. 1 and 2 have already been explained in connection with the prior art.

In 2 würde das erfindungsgemäße Verfahren dazu führen, dass der nicht-interferenzbehaftete zweite Teil des ersten Datenpakets des Nutzers 1 mit dem nicht-interferenzbehafteten ersten Teil des zweiten Datenpakets des ersten Nutzers zu einem neuen Datenpaket kombiniert wird, das erfolgreich dekodierbar ist. Entsprechend kann zusätzlich oder alternativ der erste Teil des ersten Datenpakets des zweiten Nutzers mit dem zweiten Teil des zweiten Datenpakets des zweiten Nutzers zu einem dekodierbaren neuen Datenpaket kombiniert werden.In 2 the method according to the invention would lead to the non-interference-related second part of the first data packet of the user 1 being combined with the non-interference-related first part of the second data packet of the first user to form a new data packet which is successfully decodable. Accordingly, additionally or alternatively, the first part of the first data packet of the second user can be combined with the second part of the second data packet of the second user to form a decodable new data packet.

In 3 ist die Performance des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierbei wird von einem nominalen SNR von 10 dB ausgegangen, der in identischer Weise für alle Nutzer angenommen wird. Die Dauer eines Frames ist Tf = 100 ms und die Dauer eines Symbols ist Ts = 1 μs. Die Paketlänge ist Ip = 1000 Bits und ist ferner für jeden Nutzer identisch. Dies stellt keine notwendige Bedingung dar, da die Pakete der einzelnen Nutzer auch unterschiedliche Längen aufweisen können. Die Anzahl der Replikas, die durch jeden Nutzer für jedes Datenpaket verwendet werden, ist d = 2. Die maximale Anzahl von SIC-Iterationen ist I = 10. Die Coderate R ist R=½·4 = Rc·M, wobei Rc die Coderate und M der Modulationsindex (4 = 16-QAM) ist.In 3 the performance of the method according to the invention is shown. This assumes a nominal SNR of 10 dB, which is assumed to be identical for all users. The duration of a frame is Tf = 100 ms and the duration of a symbol is Ts = 1 μs. The packet length is Ip = 1000 bits and is also identical for each user. This is not a necessary condition since the packets of the individual users may also have different lengths. The number of replicas used by each user for each data packet is d = 2. The maximum number of SIC iterations is I = 10. The code rate R is R = ½ × 4 = Rc × M, where Rc is the code rate and M is the modulation index (4 = 16-QAM).

Dies führt zu einer Länge des kodierten Pakets von Ls = 500 Symbolen.This results in a length of the coded packet of Ls = 500 symbols.

Für das Dekodieren wird die durchschnittliche SNIR für jede Replika berechnet, wobei der Grad der Interferenz, der durch die anderen Nutzer verursacht wird, berücksichtigt wird. Für das in 3 dargestellte Beispiel wird der Dekodiergrenzwert gemäß dem Shannon Bound angenommen. Dies stellt auch keine grundsätzliche Einschränkung des Verfahrens dar und dient nur der Anschaulichkeit. Wird tatsächlich ein Code in der Realität angewandt, z. B. ein Konvolutionscode oder ein Reed Solomon Code, so ergäben sich die Dekodiergrenzwerte direkt durch die Codeperformance.For decoding, the average SNIR is calculated for each replica, taking into account the degree of interference caused by the other users. For the in 3 For example, the decoding threshold according to the Shannon Bound is assumed. This does not constitute a fundamental limitation of the method and is only for illustrative purposes. Is actually a code applied in reality, for. For example, a convolutional code or a Reed Solomon code, the decoding limits would result directly from the code performance.

Wenn die durchschnittliche SNIR über dem Dekodiergrenzwert liegt, dann wird eine Replika als dekodierbar angesehen und der Signalbeitrag dieser Replika kann durch den SIC-Prozess entfernt werden. Wenn der durchschnittliche SNIR unter dem Dekodierschwellwert liegt, dann wird die Replika als verloren angesehen.If the average SNIR is above the decoder limit then a replica is considered decodable and the signal contribution of that replica can be removed by the SIC process. If the average SNIR is below the decode threshold, then the replica is considered lost.

Wann immer ein Replika nicht dekodiert werden kann, wird ein neues Datenpaket aus Replikas zusammengesetzt und die durchschnittliche SNIR wird für dieses Datenpaket berechnet.Whenever a replica can not be decoded, a new data packet is assembled from replicas and the average SNIR is calculated for that data packet.

3 zeigt den Gewinn, den das erfindungsgemäße Verfahren (ECRA-2) im Vergleich zu CRA-2 erzielen kann. 3 shows the gain that the inventive method (ECRA-2) can achieve compared to CRA-2.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden in der terrestrischen Kombination, z. B. Mobilfunk, Richtfunk, in Sensornetzwerken, in der Satellitenkommunikation, in der Luftfahrt zum Zweck des Datenaustausches, aber auch in jedem anderen Kommunikationskanal, bei dem mehrere Nutzer in zufälliger Weise auf einen gemeinsamen Übertragungskanal zugreifen.The method according to the invention can be used in the terrestrial combination, e.g. As mobile radio, microwave, in sensor networks, in satellite communications, in aviation for the purpose of data exchange, but also in any other communication channel in which multiple users access a common transmission channel in a random manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders interessant für Anwendungen, wo geringe Datenmengen durch eine große Anzahl von Nutzern übertragen werden sollen, ohne dass eine komplexe Synchronisation zwischen den Nutzern durchgeführt werden soll.The method according to the invention is particularly interesting for applications where small amounts of data are to be transmitted by a large number of users without the need for complex synchronization between the users.

Claims

A method of transmitting data, wherein a transmission channel to a receiver (60) is shared by a plurality of users (10, 20, 30, 40), the data being transmitted by the users (10, 20, 30, 40) to the receiver (60) using a method not based on a time-division and / or frequency-sliced frame, characterized by the following steps: Receiver-side assembling of a new data packet from at least two partially interference-prone replicas of the same data packet of a user (10, 20, 30, 40), wherein a non-interference-prone portion of a first replica is combined with a non-interference portion of at least one further replica of the same data packet to assemble the new data package; Decoding the newly assembled data packet by a receiver-side decoder.

A method according to claim 1, characterized in that as many replicas of a data packet are combined as necessary within a frame until the new data packet has been completely assembled.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that interference-free symbols within a partially interference-prone replica are distinguished from interference-prone symbols in the same replica by a sudden change in the SNIR (Signal to Interference plus Noise Ratio) and / or the phase of the Symbols belonging signals is detected.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the non-interference parts of partially interference-prone replicas to be assembled into a new data packet are identified by the following steps: a) Iteratively combining different parts of partially interference-prone replicas in sum, result in a complete new data packet, to a new trial data packet, with no prior knowledge as to whether or not these parts are interference-prone; b) attempting to decode this data packet, successfully assembling the new data packet from interference-free portions of multiple replicas having succeeded in decoding; c) wherein the trial data packet is discarded if it could not be successfully decoded and iterative iterative repeating steps a) and b) by iteratively combining other portions of the same partially-corrupted replicas and / or portions of other replicated replicas until decoding was successful.

A method according to claim 4, characterized in that incorrectly decoded experimental data packets are identified by a cyclic redundancy check.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that before assembling a new data packet successfully decoded replicas are removed from a frame, in particular a succesive interference cancellation method, z. B. Contention Resolution ALOHA is used.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is first attempted to form a new data packet from the group of replicas containing the replica with the highest SNIR.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized by the following method steps: Determining the positions of all replicas of all data packets in a frame based on header information in the replicas; Determine the entire composition of this frame including all replica positions; Determine the non-interference parts of all replicas in this frame.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that all replicas of a data packet are combined to form a new data packet, irrespective of whether they are aware of whether or not they are subject to interference, whereby the signals of the non-interference symbols of the replicas are mutually exclusive amplify while the signals of the interference-prone symbols be compensated by the signals of the corresponding non-interference replicas whose amplitude and / or phase is different from those of the interference-prone symbols.

Method according to claim 8 or 9, characterized by the following method steps: Receiver side performing a Successive Interference Cancellation decoding using the Contention Resolution ALOHA method; Removing the successfully decoded replicas from the frame; Attempting to form a new data packet from the group of replicas containing the replica with the highest SNIR, wherein the assembling of a new data packet from partially interference replicas has at least one of the following process steps: Detecting a sudden change in the SNIR and / or the phase of the signals belonging to the symbols and / or Attempting to identify the non-interference parts of partially interference-prone replicas according to the method steps mentioned in claim 4; and or Determining the positions of all replicas of all data packets in a frame based on header information in the replicas; Determine the entire composition of this frame including all replica positions; Determine the interference-free portions of all replicas in this frame and / or all replicas of a data packet regardless of whether they are aware of whether they are interference-based or not, and combine to form a new data packet. wherein the signals of the non-interference symbols of the replicas mutually amplify, while the signals of the interference-afflicted symbols are compensated by the signals of the corresponding non-interference replicas whose amplitude and / or phase differ from those of the interference-prone symbols.