DE102015226703B4 - Verfahren zum Übertragen von Daten - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger, mit den Schritten:Codieren der Daten durch einen mit dem Sender verbundenen Encoder, so dass ein Codewort x entsteht,Übertragen der Daten durch einen verlustbehafteten Übertragungskanal, wobei der vom Empfänger empfangene Informationsvektor als y bezeichnet wird,Decodieren des Informationsvektors y durch einen mit dem Empfänger verbundenen Decoder,wobei beim Decodieren beschädigte Daten wiederhergestellt werden,wobei der nach dem Decodieren entstandene Informationsvektor als x' bezeichnet wird,wobei nach dem Decodieren eine Fehlererkennung durchgeführt wird, um decodierte Daten, die mit hoher Wahrscheinlichkeit fehlerhaft sind, zu verwerfen,wobei die Fehlererkennung wie folgt durchgeführt wird:Verwerfen des decodierten Informationsvektors x' als fehlerhaft, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist:wobei p(y|x) die Kanaltransitionswahrscheinlichkeit ist, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass y empfangen wurde, wenn x gesendet wurde,n die Blocklänge bezeichnet und T einen einstellbaren Grenzwert bezeichnet zum Einstellen der geforderten Zuverlässigkeit, um ein Codewort als richtig zu akzeptieren,wobei der Decoder ein List-Type-Decoder ist,wobei die Summe im Nenner der obigen Gleichung gebildet wird aus den Codewörtern der Ausgabeliste des List-Type-Decoders.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger.
• Zum Wiederherstellen verloren gegangener Daten ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Fehlerkorrekturcodes zu verwenden. Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, ein Informationsvektor zusätzlich über einen Cyclic Redundancy Code (CRC) zu schützen. Nach der Fehlerkorrektur beim Empfänger wird die Integrität der decodierten Nachricht geprüft, indem geprüft wird, ob die Nachricht die CRC-Bedingungen erfüllt.
• Das Verwenden eines CRC erfordert, dass den Nutzdaten zusätzliche Daten hinzugefügt werden. Hierbei handelt es sich typischerweise um 16 oder 32 Zusatzbits. Während dieser Overhead für Daten mit großen Blocklängen vernachlässigbar ist, ist dies bei kleineren Blocklängen nicht der Fall. Besteht beispielsweise eine Nachricht aus k = 64 Informationsbits, so würde ein Overhead von 16 Bit durch den CRC ein Viertel der Nutzdaten ausmachen.
• Informationen zum Stand der Technik können den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:
1. [1] F. Zhai, I.J. Fair, „Techniques for Early Stopping and Error Detection in Turbo Decoding“, IEEE Trans. Comm., Oct. 2003.
2. [2] A. S. Tanenbaum, Computer Networks, 3rd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1996, pp. 186-190.
3. [3] F. Zhai and I. J. Fair, „Efficient cyclic redundancy checks for turbo coding" in Proc. IASTED Int. Conf. Wireless and Optical Communications, Banff, AB, Canada, 2002, pp. 102-107.
4. [4] N. Merhav, „Error Exponents of Erasure/List Decoding Revisited Via Moments of Distance Enumerators", IEEE Tran. Inf. Theory, Oct. 2008.
• Die Druckschrift WEINBERGER, N.; MERHAV, N.: Simplified Erasure/List Decoding. In: IEEE International Symposium on Information Theory, Juni 2015, beschreibt ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Sender zu einem Empfänger über einen verlustbehafteten Übertragungskanal. Nach dem Dekodieren wird eine Fehlererkennung durchgeführt, um dekodierte Daten, die mit hoher Wahrscheinlichkeit fehlerhaft sind, zu verwerfen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger über einen verlustbehafteten Übertragungskanal bereitzustellen, das eine verbesserte Leistungsfähigkeit für kurze Blocklängen bietet.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger umfasst die folgenden Schritte:
• Codieren der Daten durch einen mit dem Sender verbundenen Encoder, so dass ein Codewort x entsteht,
• Übertragen der Daten durch einen verlustbehafteten Übertragungskanal, wobei der vom Empfänger empfangene Informationsvektor als y bezeichnet wird,
• Decodieren des Informationsvektors y durch einen mit dem Empfänger verbundenen Decoder,
• wobei beim Decodieren beschädigte Daten wiederhergestellt werden,
• wobei der nach dem Decodieren entstandene Informationsvektor als x' bezeichnet wird,
• wobei nach dem Decodieren eine Fehlererkennung durchgeführt wird, um decodierte Daten, die mit hoher Wahrscheinlichkeit fehlerhaft sind, zu verwerfen,
• wobei die Fehlererkennung wie folgt durchgeführt wird:
• Verwerfen des decodierten Informationsvektors x' als fehlerhaft, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist: $$\frac{p\left(y|x\text{'}\right)}{{\displaystyle \sum {}_{x\ne x\text{'}}p\left(y|x\text{'}\right)}}<\text{exp}nT$$

  
• wobei p(y|x) die Kanaltransitionswahrscheinlichkeit ist, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass y empfangen wurde, wenn x gesendet wurde,
• n die Blocklänge bezeichnet und T einen einstellbaren Grenzwert bezeichnet zum Einstellen der geforderten Zuverlässigkeit um ein Codewort als richtig zu akzeptieren.
• Bis zu diesem Punkt entspricht das erfindungsgemäße Verfahren der Veröffentlichung [4].
• Allerdings wird die Summe in der obengenannten Gleichung nicht aus allen möglichen Codewörtern (außer demjenigen, das ausgewählt wurde) gebildet, sondern nur aus den Codewörtern der Ausgabeliste des Decoders, wobei es sich bei dem Decoder um ein List-Type-Decoder handelt.
• Das Bilden der Summe aus allen möglichen Codewörtern ist häufig nicht durchführbar, da die Anzahl der möglichen Codewörter selbst für kurze Codes sehr groß sein kann, da sie 2^k entspricht. Geht man beispielsweise von k = 64 aus, so wäre die Anzahl aller möglichen Codewörter 2⁶⁴ (was ungefähr 10¹⁸ entspricht). Insofern bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine Vereinfachung zur Berechnung der Summe im Nenner, indem diese nur aus einer Teilmenge aller möglichen Codewörter gebildet wird.
• Wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung gezeigt wird, kann hierdurch eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Decoders erreicht werden.
• Es ist bevorzugt, dass der Wert p(y|x) im Decoder bekannt ist.
• Weiterhin ist bevorzugt, dass der zum Codieren verwendete Code ein linearer Blockcode ist.
• Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Blocklänge des verwendeten Codes < 1.000 Bits ist. Auch für derartige kurze Blocklängen bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Leistungsfähigkeit, da für die Fehlererkennung im Gegensatz zur Verwendung eines CRC kein Overhead mehr generiert wird. Die Verwendung eines CRC ist erfindungsgemäß nicht mehr notwendig, so dass die Fehlererkennung bevorzugt ohne CRC stattfindet.
• Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Zusammenhang mit einer Figur näher erläutert:
• Die Figur zeigt die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen (128, 64) extended BCH-Code. Es ist die Frame-Fehlerrate (d. h. die Wahrscheinlichkeit eines Decodierfehlers) in Abhängigkeit vom Signalrauschspannungsverhältnis dargestellt. Die verwendete Modulation ist BPSK. Es werden zwei Arten von Fehlern berücksichtigt:
• unbemerkte Fehler (d. h. Situationen in denen die Fehlererkennung ein richtiges Codewort meldet, aber das Codewort tatsächlich falsch ist) und
• erkannte Fehler.
• Der erste Fehlertyp ist besonders gefährlich, da die decodierte Nachricht am Receiver als korrekt angenommen wird, obwohl sie es nicht ist.
• Der verwendete Decodieralgorithmus produziert für jeden empfangenen Block eine Liste von 43.745 Codewörtern. Hierbei handelt es sich um die Ausgabeliste des List-Type-Decoders.
• Die Summe im Nenner der obengenannten Gleichung wird gebildet aus diesen 43.745 Codewörtern in der Liste. Dies ist vom Berechnungsaufwand her durchführbar, während eine Summierung von 2⁶⁴ Codewörtern nicht durchführbar wäre.
• Die in der Legende als erste genannte Kurve stellt die Leistungsfähigkeit dar, wenn keine Fehlererkennung durchgeführt wurde. Alle Ausgaben des Decoders werden akzeptiert. In diesem Fall ist die gesamte Frame-Fehlerrate identisch mit der Fehlerrate für unbemerkte Fehler.
• Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Grenzwert von T = 0,02 kann annähernd dieselbe Gesamtframe-Fehlerrate erreicht werden. Jedoch ist die Rate der nicht erkannten Fehler um eine Größenordnung gesunken.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Arten von drahtlosen Übertragungssystemen eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Sender zu einem Empfänger, mit den Schritten: Codieren der Daten durch einen mit dem Sender verbundenen Encoder, so dass ein Codewort x entsteht, Übertragen der Daten durch einen verlustbehafteten Übertragungskanal, wobei der vom Empfänger empfangene Informationsvektor als y bezeichnet wird, Decodieren des Informationsvektors y durch einen mit dem Empfänger verbundenen Decoder, wobei beim Decodieren beschädigte Daten wiederhergestellt werden, wobei der nach dem Decodieren entstandene Informationsvektor als x' bezeichnet wird, wobei nach dem Decodieren eine Fehlererkennung durchgeführt wird, um decodierte Daten, die mit hoher Wahrscheinlichkeit fehlerhaft sind, zu verwerfen, wobei die Fehlererkennung wie folgt durchgeführt wird: Verwerfen des decodierten Informationsvektors x' als fehlerhaft, wenn die folgende Gleichung erfüllt ist: $$\frac{p\left(y|x\text{'}\right)}{{\displaystyle \sum {}_{x\ne x\text{'}}p\left(y|x\text{'}\right)}}<\text{exp}nT$$

   

   wobei p(y|x) die Kanaltransitionswahrscheinlichkeit ist, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass y empfangen wurde, wenn x gesendet wurde, n die Blocklänge bezeichnet und T einen einstellbaren Grenzwert bezeichnet zum Einstellen der geforderten Zuverlässigkeit, um ein Codewort als richtig zu akzeptieren, wobei der Decoder ein List-Type-Decoder ist, wobei die Summe im Nenner der obigen Gleichung gebildet wird aus den Codewörtern der Ausgabeliste des List-Type-Decoders.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert p(y|x) im Decoder bekannt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Codieren verwendete Code ein linearer Blockcode ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blocklänge des Codes < 1.000 Bits ist.

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