DE102015205290B4 - Verfahren zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal, insbesondere über einen optischen Freiraum-Datenübertragungskanal - Google Patents

Verfahren zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal, insbesondere über einen optischen Freiraum-Datenübertragungskanal Download PDF

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Abstract

Das Verfahren dient zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal, bei dem es sich insbesondere um einen atmosphärischen, optischen Freiraum-Datenübertragungskanal handelt und bei dem für eine angenommene Beeinträchtigungszeitdauer von einer Verschlechterung oder gar dem kompletten Verlust der Datenübertragung ausgegangen werden muss. Bei diesem Verfahren werden zu übertragene binäre Daten framebasiert übertragen, wobei ein Datenframe eine Anzahl von Daten umfasst, für deren Übertragung eine um mindestens eine Größenordnung kleinere Zeitspanne als die Zeitdauer der zu berücksichtigenden potentiellen Beeinträchtigungszeitdauer benötigt wird. Ferner werden bei diesem Verfahren sequentiell zu übertragende binäre Daten in einzelne sequentielle Datenframes einer Ausgangsreihenfolge mit jeweils einer vorgebbaren Anzahl von Bits unterteilt und die sequentiellen Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert. Die Datenframes werden sequentiell derart umsortiert, dass jeweils mindestens zwei sequentielle Datenframes um mindestens die Beeinträchtigungszeitdauer zeitlich voneinander beabstandet und die binären Daten jedes Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert. Des Weiteren werden die umsortierten Datenframes von FEC-kodierten binären Daten nacheinander über den Datenübertragungskanal übertragen und jedem übertragenen Datenframe ein Qualitätsmerkmal, welches die Qualität der übertragenen Daten eines Datenframes beschreibt, zugeordnet. Schließlich werden bei dem Verfahren die FEC-kodierten binären Daten jedes übertragenen Datenframes der Vorwärts-Fehlerkorrektur unterzogen, die übertragenen Datenframes mit ihren fehlerkorrigierten binären Daten wieder in die Ausgangsreihenfolge vor ihrer Umsortierung gebracht und die Datenframes der Vorwärts-Fehlerkorrektur unterzogen, wobei das Qualitätsmerkmal eines Datenframes jedem Bit der betreffenden Datenframes zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal, bei dem es sich insbesondere um einen atmosphärischen, optischen Freiraum-Datenübertragungskanal (Free Space Optical Communication – FSO) handelt und bei dem für eine angenommene Beeinträchtigungszeitdauer von einer Verschlechterung oder gar dem kompletten Verlust der Datenübertragung ausgegangen werden muss.
  • Optische Freiraum-Datenübertragungskanäle müssen den erhöhten Anforderungen hinsichtlich Beeinträchtigungen der Datenübertragung durch die Atmosphäre genügen. Variationen des Brechungsindexes in der Atmosphäre resultieren in Variationen der Empfangsleistung der Daten, die im Allgemeinen mit dem Szintillations-Index beschrieben werden. Demzufolge sind optische Freiraum-Datenübertragungskanäle der Gefahr des Verlustes großer Datenfragmente ausgesetzt.
  • Es existieren verschiedene Strategien, um verlorene Daten wieder aufzufinden bzw. wieder herzustellen. Eine dieser Strategien betrifft eine Vorwärts-Fehlerkorrektur (Forward Error Correction – FEC) auf Paket- bzw. Datenrahmenbasis (Packet Level – PL), um verloren gegangene Daten, ohne dass die Datenübertragung wiederholt werden muss, wieder aufzufinden.
  • Problematisch bei der optischen Freiraum-Datenübertragung ist das sogenannte Fading des Übertragungskanals. Dabei bedeutet ”Fade” eine vorübergehende Verschlechterung oder den kompletten Verlust der Übertragung durch einen Leistungseinbruch. Wenn die typische Fadinglänge sehr viel länger als die Bit-Übertragungszeiten sind, spricht man von ”Slow-Fading”. In den hier beispielhaft betrachteten Anwendungen ist die Datenrate typischerweise 1 Gbps bis 10 Gbps und die Fadezeit 1 ms bis 10 ms; damit gehen in einem Fade 1 Mio bis 100 Mio Datenbits verloren. Ein solcher Datenverlust kann nicht durch übliche sequentielle FEC-Maßnahmen (Forward Error Correction) wiedergewonnen werden (weil Codewortlängen auf klassischerweise 10.000 Bits begrenzt sind und weil nach einem langen Fade normalerweise ein Synchronisationsverlust auf dem Bitstrom vorliegt). Stattdessen kann man die Ausgangsreihenfolge der Daten aber vor der Übertragung so umsortieren (Interleaven), dass aufeinanderfolgende Datenabschnitte, die zeitlich aufeinanderfolgen, nicht mehr fehlen, sondern sich diese Lücken gleichmäßig über ein noch deutlich längeres Intervall (typ. zehnmal so lange wie die typische Fadelänge, also bei uns typisch 100 ms) erstrecken (siehe [1] [2]). Nach dem Empfang müssen die Daten im Empfänger zurücksortiert werden. Dann kann mit üblichen FEC-Maßnahmen die dann gleichverteilten Fehler korrigiert, d. h. die fehlenden Daten zurückgewonnen werden. Zur Resynchronisierung des Datenstroms müssen trotzdem Maßnahmen ergriffen werden, typischerweise dergestalt, dass man den seriellen Datenstrom in Pakete (Frames) aufteilt und den Anfang jedes Frames durch eine Synchronisations-Preambel erkennt.
  • Nach der Datenübertragung müssen die übertragenen Datenrahmen wieder zurück in die Ausgangsreihenfolge umsortiert werden (sogenanntes De-Interleaving). Bei den konventionellen De-Interleaver(DIL)- und Decoderstrukturen ist ein großer Speicherbereich erforderlich, um die Datensymbole einzufüllen und zurückzusortieren. Dabei kommt es leicht zu Synchronisationsverlusten, welche zu Fehlerfortpflanzung führen, womit noch – eigentlich korrekte – weitere Datenabschnitte verworfen werden müssen. Zudem wird zu den einzelnen de-interleavten Symbolen keine Empfangsqualität mitgespeichert, da dies viel zu aufwendig wäre (nochmal so viel Speicherbedarf wie für den DIL alleine). Damit müssen die nachfolgenden FEC-DeCoder konventionell ”brute-force” auf den DIL-Datenstrom angewendet werden (ohne Kenntnis der Datenqualität), was Effizienz kostet.
  • Aus LABRADOR, J. G.: Design an implementation of 1 Gbps Laser Ethernet Transceiver (LET) for Free-Space Optical communications. MSc Thesis, KTH Royal Institute of Technology, Space and Plasma Physics Department, 2014. URL: http://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A750057&dswid=-2251 [abgerufen am 29.01.2016] (siehe Kapitel 2 und 6) ist ein Verfahren bekannt zur Übertragung von binären Daten über einen atmosphärischen, optischen Freiraum-Datenübertragungskanal, bei dem für eine angenommene Beeinträchtigungszeitdauer von einer Verschlechterung oder gar dem kompletten Verlust der Datenübertragung ausgegangen werden muss, wobei bei dem Verfahren,
    • – zu übertragene binäre Daten framebasiert übertragen werden, wobei ein Datenframe eine Anzahl von Daten umfasst, für deren Übertragung eine um mindestens eine Größenordnung kleinere Zeitspanne als die Zeitdauer der zu berücksichtigenden potentiellen Beeinträchtigungszeitdauer benötigt wird,
    • – sequentiell zu übertragende binäre Daten in einzelne sequentielle Datenframes einer Ausgangsreihenfolge mit jeweils einer vorgebbaren Anzahl von Bits unterteil werden,
    • – die sequentiellen Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert werden,
    • – die binären Daten jedes Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert werden,
    • – die Datenframes von FEC-kodierten binären Daten nacheinander über den Datenübertragungskanal übertragen werden,
    • – die FEC-kodierten binären Daten jedes übertragenen Datenframes der Vorwärts-Fehlerkorrekturt unterzogen werden.
  • Aus EP 1 947 795 A1 (siehe 7 iVm [0042–0048]) ist ein Verfahren bekannt zur Übertragung von binären Daten über einen optischen Datenübertragungskanal, bei dem für eine angenommene Beeinträchtigungszeitdauer von einer Verschlechterung oder gar dem kompletten Verlust der Datenübertragung ausgegangen werden muss, wobei bei dem Verfahren
    • – zu übertragene binäre Daten framebasiert übertragen werden, wobei ein Datenframe eine Anzahl von Daten umfasst, für deren Übertragung eine um mindestens eine Größenordnung kleinere Zeitspanne als die Zeitdauer der zu berücksichtigenden potentiellen Beeinträchtigungszeitdauer benötigt wird,
    • – sequentiell zu übertragene binäre Daten in einzelne sequentielle Datenframes einer Ausgangsreihenfolge mit jeweils einer vorgebbaren Anzahl von Bits unterteilt werden,
    • – die sequentiellen Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert werden,
    • – die Datenframes sequentiell umsortiert werden,
    • – die binären Daten jedes Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert werden,
    • – die Datenframes von FEC-kodierten binären Daten nacheinander über den Datenübertragungskanal übertragen werden,
    • – die FEC-kodierten binären Daten jedes übertragenen Datenframes der Vorwärts-Fehlerkorrektur unterzogen werden,
    • – die übertragenen Datenframes mit ihren fehlerkorrigierten binären Daten wieder in die Ausgangsreihenfolge vor ihrer Umsortierung gebracht werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal, insbesondere über einen optischen Freiraum-Datenübertragungskanal, zu schaffen, und zwar unter Verwendung eines Datenpaket- bzw. Datenrahmen basiertem Umsortieren der Ausgangsreihenfolge der Daten vor deren Datenübertragung in Kombination mit einer Vorwärts-Fehlerkorrektur, insbesondere bei einem im Vergleich zur Datenübertragungszeit eines Datenrahmens langsam fadenden Kanal, wobei die Fehlerdecodier-Leistungsfähigkeit des Verfahrens verbessert ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal vorgeschlagen, bei dem es sich insbesondere um einen atmosphärischen, optischen Freiraum-Datenübertragungskanal handelt und bei dem für eine angenommene Beeinträchtigungszeitdauer von einer Verschlechterung oder gar dem kompletten Verlust der Datenübertragung ausgegangen werden muss. Einzelne Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Durch den erfindungsgemäßen Ansatz ist die Fehlerwahrscheinlichkeit nach der Umsortierung der übertragenen Datenframes in die Ausgangsreihenfolge (also nach dem De-Interleaving) auf viele Bits verteilt, die wiederum in verschiedenen, zu decodierenden/korrigierenden Datenframes verteilt ist. Damit kann das Datenbit mit der jeweils größten Fehlerwahrscheinlichkeit erkannt werden. Der Vorzug des erfindungsgemäßen Vorgehens ist, dass die Fehlerwahrscheinlichkeitsinformation für jedes Datenbit vorliegt, aber eben nicht für jedes Bit gespeichert werden muss. Hintergrund hierfür ist, dass viele Datenbits die gleiche Fehlerwahrscheinlichkeit aufweisen, mithin also nur vergleichsweise wenig Information gespeichert werden muss, wobei anhand des De-Interleaving diese Information dann jedem Bit zugeordnet werden kann. Bei entsprechender optimierter Dimensionierung mit dem Fading-Zeitverhalten des Übertragungskanals kann die Qualitätsinformation und damit die Fehlerwahrscheinlichkeit für beispielsweise 1 Mrd. (oder mehr) Bits nur lediglich tausend Werte betragen.
  • Der Informationsaufwand kann weiter reduziert werden, da die Fehlerverteilungsfunktion (BER) nach der ”inneren” Datenframe-Decodierung einen sehr steilen Abfall aufweist. Damit kann die Entscheidung getroffen werden, ob ein Datenrahmen komplett korrigiert werden kann oder ob es diesbezüglich keinen Erfolg geben kann und der ganze Datenframe als quasi stark fehlerbehaftet gekennzeichnet werden kann. Eine nahezu binäre Information (d. h. eine Zwei-Bit-Granularität durch Unterteilung der Datenrahmen in ”schlechte” und ”gute”) ist hierfür ausreichend, so dass also nochmals deutlich weniger als 1 Byte an Information benötigt wird. Die ”äußere” Fehlerkorrektur (FEC) wirkt auf diese erste ”innere” Fehlerkorrektur (FEC) nach dem De-Interleaving quasi wie der zweite Versuch, das Problem der Fehlerkorrektur aus einer anderen Richtung (nämlich nach dem Zurücksortieren in die Ausgangsreihenfolge) zu lösen, diesmal aber zusätzlich mit der Information aus dem ersten (evtl. missglückten) Fehlerkorrekturversuch, und zwar mit der zusätzlichen Zwei-Bit-Qualitätsinformation (”schlechter” Datenframe, ”guter” Datenframe).
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht demnach vor, dass die fehlerkorrigierten Datenframes in Abhängigkeit von dem Erfolgsgrad der jeweiligen Fehlerkorrektur einer von mindestens zwei Gruppen zugeordnet werden und der Erfolgsgrad der jeweiligen Fehlerkorrektur als Datenframe-Qualitätsinformation in jeden Datenframe abgelegt wird.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Signalenergie, mit der die Datenframes übertragen werden, detektiert und in jeden übertragenen Datenframe als ggf. zusätzliche Datenframe-Qualitätsinformation abgelegt wird.
  • Schließlich ist es nach der Erfindung auch denkbar, dass die in einem Datenframe abgelegte Datenframe-Qualitätsinformation nach der Übertragung der Datenframes und deren Umsortierung zurück in die Ausgangsreihenfolge als einem jedem Bit zugeordnete Qualitätsinformation vorliegt und dass jeweils die Bits mit der schlechtesten Qualitätsinformation als wahrscheinliche Fehlerstellen im übertragenen Datenframe erkannt und, sofern möglich, einer Fehlerkorrektur unterzogen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
  • 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung der prinzipiellen Funktionsweise eines beispielhaften Ethernet-Transceivers für eine FSO-Übertragung,
  • 2 zwei BER-Kurven für codierte und nicht-codierte Bits und
  • 3 eine beispielhafte Implementierung (stark schematisiert) der Erfindung mit einem Delay-Line-Interleaver.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden bei einem vergleichsweise langsam fadenden Übertragungskanal Übertragungskanal-Statusinformationen und Fehlerrateninformationen für große Teile von Datensegmenten verwendet, um die Decodierungs- und Fehlerkorrektur-Leistungsfähigkeit des Empfängers zu verbessern. Dazu erfolgt die serielle optische Datenübertragung framebasiert, d. h. Daten (typ. 125 Datenbyte/1000 Datenbits) werden frameweise (Frame: Begriff aus der seriellen Datenübertragung, entspricht einem Datenpaket) übertragen (diese Datenabschnitte müssen im Sender zunächst FEC-codiert und dann interleaved werden, um dann mit einem Frame mit SyncPreambel abgeschickt zu werden). Dies erlaubt im Empfänger eine günstige Synchronisierung bei schwankender Empfangsleistung (robustes Datenformat) anhand der Frame-SyncPreambel, und zudem den Einbau einer zusätzlichen AWGN-FEC-Codierungsschicht (Einflusslänge auf die Paketlänge abgestimmt/beschränkt, also hier typisch 1000 Bit, was mit konventionellen Algorithmen heute Standard ist) – sog. ”innere” FEC. Hiermit werden einzelne Bitfehler bis zu typisch einer BER von z. B. 1E-2 (also 10 Fehler in einem 1000 Bit Frame) korrigiert [typische Größenordnungen, die in der Implementierung um Faktoren abweichen können].
  • In bisherigen Lösungen werden nun die (nach der AWGN-Dekodierung der Frames) mehr oder wenig gut zurückgewonnene Daten bit- oder byte-weise in den De-Interleaver (DIL) einsortiert, zurücksortiert, und dann durch die äußere FEC so weit als möglich korrigiert. Dabei muss der Interleaver Bit- oder Byteweise arbeiten, d. h. er muss ein Datenvolumen von zehn Millionen bis um 1 Milliarde Datenpositionen adressieren.
    • (A) Die Granularität der atmosphärischen Fadingabschnitte (Fadingzeiten) ist sehr viel gröber als einzelne Datenbits oder Datensymbole, sie ist sogar deutlich gröber als die Datenframelänge. Diese Granularität ist mit 1 ms bis 10 ms vielmehr im Bereich vieler hundert bis tausend Frames (wenn ein Frame ca. tausend Bits enthält). Damit reicht es, den Interleaver/DeInterleaver nicht mit Bits oder Bytes, sondern mit ganzen Frames zu ”füttern”, um somit die Adresslänge um den Faktor ”bits-per-frames” zu reduzieren (um mind. Faktor 1000). Eine weitere Reduktion kann geschehen, wenn die Adresslänge im DIL-Speicher an die Fadingdauer angepasst wird (müsste ca. eine Größenordnung unter den Fadedauern liegen, also etwa nur 1000 Adressen um einen DIL mit 100 ms Länge zu adressieren, also mit Granularität 100 μs), indem mehrere aufeinanderfolgende Frames in eine Interleaver(IL-)Adresse einsortiert werden.
  • Damit reduziert sich der Aufwand für das Inerleavermanagement erheblich, und die speicherintensive Adressierung wird sehr viel effizienter – ohne dass damit eine Performance-Einbuße einhergeht.
    • (B) Der innere FEC-Code hat bereits zu einer steilen Klippe der resultierenden BER-Kurve der dekodierten Frames geführt (siehe 2). D. h. entweder konnte ein gestörtes Frame fehlerfrei decodiert werden, oder aber es waren zu viele Fehler, womit die innere FEC keinen Korrekturerfolg hatte und die Frames eine sehr hohe Bitfehlerrate behalten haben. Damit können die Frames in gute, und solche mit hoher Fehlerrate eingeteilt und markiert werden (Restfehler werden sicher anhand eines CRC/Parity-Check erkannt). Diese Information kann zusammen mit jedem Frame (im Frame-Header) gespeichert werden. Zusätzlich kann in dieser ”Frame-Quality-Information” (FQI) mit jedem Frame die Empfangsleistung (also der Fadingzustand des Kanals) während des Empfang dieses Frames vermerkt werden (z. B. anhand eines Byte-Wertes, wobei der Wert von 1 bis 254 den Empfangspegel wiedergibt, und z. B. eine ”0” als garantiert fehlerfrei, eine ”1” als leicht eingeschränkter Signalpegel mit Restfehlern im Frame, bis ”254” als sehr geringe Leistung, und ”255” als kompletter Signalverlust, evtl. durch Misspointing des Senders oder eben kompletter Linkverlust gilt – dieses Schema ist lediglich beispielhaft für die FQI). Die Qualitätsinformation von z. B. acht Bit gilt also immer für ein ganzes Frame (z. B. 1000 bits/125 Byte) und erzeugt damit kaum Speicheraufwand (im Gegensatz dazu, wenn für jedes Datenbyte bzw. Symbol diese Qualitätsinformation gespeichert werden müsste). Im weiteren Decodierungsprozess werden nach dem De-Interleaver (DIL) mit jedem DIL-Takt immer eine große Zahl p von Frames parallel aus dem DIL-Speicher geschoben und dann parallel dekodiert. Der FEC-Code greift dabei auf die Qualitätsinformation jedes Symbols zurück und kann damit sehr viel effizienter arbeiten, da ihm ja nun schon bekannt ist, welche Symbole wahrscheinlicher fehlerhaft sind (FQI von 1 bis 254), bzw. garantiert fehlerhaft sind (FQI = 255) bzw. garantiert korrekt sind (FQI = 0). Es kann z. B. eine Rangliste (vom Symbol mit höchstem FQI-Wert bis hin zum kleinsten) aufgestellt werden und immer die schlechtesten als wahrscheinliche Fehlerstellen im Codewort behandelt werden.
  • FEC-Decodierverfahren arbeiten sehr viel effizienter (schneller, höhere Korrekturrate) wenn ihnen die fehlerhaften Symbole (diese werden dann ”Erasures” genannt) bereits bekannt sind (und benötigen dann auch weniger Overhead), als wenn sie den Ort der Fehler erst noch selber suchen müssen. Auch können bei gleichem FEC-Overhead immer deutlich mehr Erasures korrigiert werden als (positionsunbekannte) Fehler (genaue Performance hängt jeweils vom Decoderalgorithmus ab).
  • Auch hier kann das oben unter (A) beschriebene Konzept angewandt werden und die FQI gleich für einen größeren Datenabschnitt (viele Frames) angesetzt werden um Header-Overhead zu sparen. Allerdings wäre das damit verbundene Einsparpotential sehr begrenzt.
  • 3 zeigt eine Implementierung mit einem Delay-Line Interleaver. Der gesamte Interleaverspeicher beträgt hierbei n·p·p/2, also 500 Mio Bit wenn n = p, was für eine Übertragungsrate von 10 Gbps ausreichend wäre. Verschiedene andere Interleaver-Typen sind im Rahmen der Erfindung ebenso anwendbar.
  • Ein Frame mit n-bit Größe (z. B.: p = 1000) bleibt im IL-Speicher zusammen, so dass sämtliche Datenframes ”am Stück” den IL-Speicher durchlaufen. Die ersten Bits des Frames (sein Header) enthalten Informationen zur Empfangsqualität bzw. zum Ergebnis der inneren FEC-Decodierungs-Qualität. Erst nachdem das Frame den IL durchlaufen hat wird es (auf der rechten Seite des IL-Blocks dargestellt) bitweise nach unten ausgelesen, d. h. aus jedem der p Frames wird ein Bit entnommen und jeweils zu einem p-Bit langen Codeword des äußeren Codes zusammengesetzt, welches dementsprechend wiederum 1000 Bit lang ist und decodiert wird. Dabei kann jedem Bit dieses p-Bit-Codeworts immer noch anhand der Header-Informationen eine Fehlerwahrscheinlichkeit angegeben und zugeordnet werden, bzw. kann auch im Header vermerkt sein, dass das ganze Frame defekt ist oder dass es komplett korrekt ist. Durch diese zusätzliche Qualitätsinformation kann der äußere FEC-Decoder sehr viel effizienter arbeiten, als wenn er nichts über die jeweilige Qualität der einzelnen Bits in seinem p-Bit Codeword wüsste (was konventionell der Fall wäre).
    • (C) Die FQI kann weiterhin dazu verwendet werden, um ”Soft-Decision” Decoding-Algorithmen anzuwenden. Dabei wird für jedes zu decodierende Bit dessen Fehlerwahrscheinlichkeit berücksichtigt, um bei den wahrscheinlichsten Fehlerkandidaten ggf. eine Korrektur durchzuführen, während diejenigen Bits mit geringer Fehlerwahrscheinlichkeit als stabil angesehen werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere Anwendung finden in mobiler und/oder stationärer FSO, in optischen Satelliten-Downlinks, bei Inter-HAP(High Altitude Plattform)-Links und in Flugzeug-Downlinks.
  • ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
    • FSO
    Free Space Optical Communication; optische Freiraum-Datenübertragung,
    FEC
    Forward Error Correction; Vorwärts-Fehlerkorrektur,
    PL
    Packet Level; Datenpaket- bzw. Datenrahmenbasis,
    Gbps
    Giga bits per second,
    IL
    Interleaver,
    DIL
    De-Interleaving/De-Interleaver,
    AWGN
    Additive Whte Gaussian Noise,
    BER
    Bit Error Rate; Bit-Fehlerrate,
    CRC
    Cyclic Redundance Check; zyklische Redundanzüberprüfung,
    FQI
    Frame Quality Information; Datenrahmen-Qualitätsinformation,
    HAP
    High Altitude Plattform,
  • LITERATURVERZEICHNIS
    • [1] Equalization and FEC Techniques for Optical Transceivers, Kamran Azadet, Erich F. Haratsch, Helen Kim, Fadi Saibi, Jeffrey H. Saunders, Michael Shaffer, Leilei Song, Meng-Lin Yu, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 37, NO. 3, MARCH 2002, Seiten 317–327.
    • [2] A Reed-Solomon Product-Code (RS-PC) Decoder Chip for DVD Applications, Hsie-Chia Chang, C. Bernard Shung, Chen-Yi Lee, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 36, NO. 2, FEBRUARY 2001, Seiten 229–238.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Übertragung von binären Daten über einen Kanal, bei dem für eine angenommene Beeinträchtigungszeitdauer von einer Verschlechterung oder gar dem kompletten Verlust der Datenübertragung ausgegangen werden muss, wobei bei dem Verfahren, – zu übertragene binäre Daten framebasiert übertragen werden, wobei ein Datenframe eine Anzahl von Daten umfasst, für deren Übertragung eine um mindestens eine Größenordnung kleinere Zeitspanne als die Zeitdauer der zu berücksichtigenden potentiellen Beeinträchtigungszeitdauer benötigt wird, – sequentiell zu übertragende binäre Daten in einzelne sequentielle Datenframes einer Ausgangsreihenfolge mit jeweils einer vorgebbaren Anzahl von Bits unterteilt werden, – die sequentiellen Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert werden, – die Datenframes sequentiell derart umsortiert werden, dass jeweils mindestens zwei sequentielle Datenframes um mindestens die Beeinträchtigungszeitdauer zeitlich voneinander beabstandet werden, – die binären Daten jedes Datenframes zur späteren Durchführung einer Vorwärts-Fehlerkorrektur FEC-kodiert werden, – die umsortierten Datenframes von FEC-kodierten binären Daten nacheinander über den Datenübertragungskanal übertragen werden, – jedem übertragenen Datenframe ein Qualitätsmerkmal, welches die Qualität der übertragenen Daten eines Datenframes beschreibt, zugeordnet wird, – die FEC-kodierten binären Daten jedes übertragenen Datenframes der Vorwärts-Fehlerkorrektur unterzogen werden, – die übertragenen Datenframes mit ihren fehlerkorrigierten binären Daten wieder in die Ausgangsreihenfolge vor ihrer Umsortierung gebracht werden und – die Datenframes der Vorwärts-Fehlerkorrektur unterzogen werden, wobei das Qualitätsmerkmal eines Datenframes jedem Bit der betreffenden Datenframes zugeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlerkorrigierten Datenframes in Abhängigkeit von dem Erfolgsgrad der jeweiligen Fehlerkorrektur einer von mindestens zwei Gruppen zugeordnet werden und der Erfolgsgrad der jeweiligen Fehlerkorrektur als Datenframe-Qualitätsinformation in jeden Datenframe abgelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalenergie, mit der die Datenframes übertragen werden, detektiert und in jeden übertragenen Datenframe als zusätzliche Datenframe-Qualitätsinformation abgelegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Datenframe abgelegte Datenframe-Qualitätsinformation nach der Übertragung der Datenframes und deren Umsortierung zurück in die Ausgangsreihenfolge als einem jedem Bit zugeordnete Qualitätsinformation vorliegt und dass jeweils die Bits mit der schlechtesten Qualitätsinformation als wahrscheinliche Fehlerstellen im übertragenen Datenframe erkannt und, sofern möglich, einer Fehlerkorrektur unterzogen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kanal um einen atmosphärischen, optischen Freiraum-Datenübertragungskanal handelt.
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