DE102019200483A1 - Process for the transmission of data - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Datenübertragung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Übertragen durch eine Übertragungsvorrichtung von Daten über einen Übertragungskanal mit unbekannten Kanalkoeffizienten, die durch Rauschen beeinflusst werden, Empfangen von Daten durch eine Empfangsvorrichtung und Schätzen der Kanalkoeffizienten unter Verwendung eines Schätzalgorithmus, Berechnen einer Dekodiermetrik basierend auf den geschätzten Kanalkoeffizienten, gekennzeichnet durch Modifizieren der Dekodiermetrik basierend auf einer Unsicherheit der Kanalschätzung.A method of data transmission, the method comprising the steps of: transmitting by a transmission device data over a transmission channel with unknown channel coefficients affected by noise, receiving data by a receiving device and estimating the channel coefficients using an estimation algorithm, calculating a decoding metric based on the estimated channel coefficients, characterized by modifying the decoding metric based on an uncertainty in the channel estimate.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten über einen Übertragungskanal mit unbekannten Kanalkoeffizienten, die durch Rauschen beeinflusst werden.The invention relates to a method for transmitting data over a transmission channel with unknown channel coefficients, which are influenced by noise.
Es wird davon ausgegangen, dass der Kanalkoeffizient für nc Kanalverwendungen konstant bleibt und sich unabhängig entlang von ℓ Koherenzblöcken verändert, die auch diversity branches genannt werden. Daher ist die Paketgröße n = ℓnc. Der Kanalkoeffizient kann zufällig oder vorherbestimmbar sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in beiden Fällen angewandt werden.It is assumed that the channel coefficient remains constant for n c channel uses and changes independently along ℓ coherence blocks, which are also called diversity branches. Therefore the packet size is n = ℓn c . The channel coefficient can be random or predeterminable. The method according to the invention can be used in both cases.
Die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsdaten auf dem Kanal für den i-ten Koherenzblocks gegeben durch
In Gleichung (1) sind hi die unbekannten komplexen Kanalkoeffizienten. Beim Empfänger existiert kein Wissen über die Wahrscheinlichkeitsverteilung hi. Um das Dekodieren durchzuführen, muss der Wert für hi bekannt sein. Wenn hi beim Empfänger bekannt ist, kann optimales Decoding (d. h. Maximum-Likelihood-Decoding) durchgeführt werden gemäß
Durch einige algebraische Manipulationen kann Gleichung (2) umgeformt werden zu
Hierbei bezeichnet * das komplexe Konjugat. Here * denotes the complex conjugate.
Um dem Decoder eine Schätzung der Kanalkoeffizienten hi zuzuführen, wird üblicherweise eine Präambel wi bestehend aus m Symbolen an jeden Koherenzblock im Codewort angehängt. Die Präambel ist eine bekannte Sequenz von +/- 1 und wird beim Empfänger verwendet, um die Werte für hi zu schätzen. Da jedoch die Präambel über den rauschbehafteten Übertragungskanal übertragen wird, wird die Schätzung ĥi von hi durch einen Fehler beeinflusst sein, der die Dekodierfehlerwahrscheinlichkeit erhöhen wird. Der Fehler |ĥi - hi| wird durchschnittlich kleiner sein, wenn die Präambel lang ist (d.h. wenn m groß ist). Jedoch geht eine lange Präambel zu Lasten der Übertragungseffizienz, da in ihr keine Nutzdaten übertragen werden. Es ist daher vorteilhaft, die Länge der Präambel m im Vergleich zu der Codewortlänge n kurz zu halten.In order to supply the decoder with an estimate of the channel coefficients h i , a preamble w i consisting of m symbols is usually appended to each coherence block in the code word. The preamble is a known sequence of +/- 1 and is used by the recipient to estimate the values for h i . However, since the preamble is transmitted over the noisy transmission channel, the estimate ĥ i of h i will be influenced by an error that will increase the probability of decoding errors. The error | ĥ i - h i | will be smaller on average if the preamble is long (ie if m is large). However, a long preamble comes at the expense of transmission efficiency, since no user data is transmitted in it. It is therefore advantageous to keep the length of the preamble m short compared to the code word length n.
Der Schätzer der üblicherweise verwendet wird, ist ein Maximum-Likelihood-Schätzer, der die folgenden Schätzung berechnet:
Hierbei ist w̃i die rauschbehaftete Version von wi. Unter Verwendung der rauschbehafteten Schätzung ĥi findet das Dekodieren statt gemäß
Zusammenfassend findet somit im Stand der Technik der Prozess beim Empfänger wie folgt statt: es wird eine Schätzung der Kanalkoeffizienten hi ermittelt unter Verwendung eines bekannten Schätzalgorithmus (zum Beispiel Maximum-Likelihood-Schätzung). Dann gibt es zwei Optionen: es kann der Schätzwert ĥi an Stelle des Wertes h zum Berechnen der folgenden Dekodiermetrik verwendet werden:
Die Nachteile des Standes der Technik werden im Folgenden anhand eines Beispiels einer Übertragung mit einem (24,12) binären Golay linear Blockcode dargestellt. Die Übertragung erfolgt über einen parallelen AWGN-Kanal mit ℓ = 2,nc = 16 und m = 4. Das Signalrauschspannungsverhältnis wird bezeichnet durch
Hierbei ist Es die Symbolenergie. N0 ist die einseitige Rauschleistungsspektraldichte. Die Leistungsfähigkeit des Codes ist in
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Übertragen von Daten über einen rauschbehafteten Übertragungskanal und insbesondere ein Dekodierverfahren bereitzustellen, das die genannten Nachteile reduziert.The object of the invention is to provide a method for transmitting data over a noisy transmission channel and in particular a decoding method which reduces the disadvantages mentioned.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenübertragung umfasst die folgenden Schritte:
- Übertragen durch eine Übertragungsvorrichtung von Daten über einen Übertragungskanal mit unbekannten Kanalkoeffizienten, die durch Rauschen beeinflusst werden,
- Empfangen von Daten durch eine Empfangsvorrichtung und Schätzen der Kanalkoeffizienten unter Verwendung eines Schätzalgorithmus,
- Berechnen einer Dekodiermetrik basierend auf den geschätzten Kanalkoeffizienten.
- Transmitting by a transmission device data over a transmission channel with unknown channel coefficients affected by noise,
- Receiving data by a receiving device and estimating the channel coefficients using an estimation algorithm,
- Calculate a decoding metric based on the estimated channel coefficients.
Erfindungsgemäß erfolgt ein modifizieren der Dekodiermetrik basierend auf einer Unisicherheit der Kanalschätzung. Durch das Anpassen der Dekodiermetrik ist es möglich, die Leistungsfähigkeit des Decoders im Vergleich zum Stand der Technik zu verbessern.According to the invention, the decoding metric is modified based on an uncertainty in the channel estimate. By adapting the decoding metric, it is possible to improve the performance of the decoder compared to the prior art.
Es ist bevorzugt, dass der Schätzalgorithmus eine Maximum-Likelihood-Schätzung ist.It is preferred that the estimation algorithm is a maximum likelihood estimate.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Modifizierungsschritt die folgenden Schritte umfasst:
- Bit-weises Berechnen von Log-Likelihood-Ratios basierend auf den geschätzten Kanalkoeffizienten,
- Erstellen einer Liste von möglichen Codewörtern, insbesondere unter Verwendung eines List-Decoding-Verfahrens mit niedriger Komplexität und Auswählen der finalen Codeworte aus der Liste.
- Bit-by-bit calculation of log likelihood ratios based on the estimated channel coefficients,
- Creation of a list of possible code words, in particular using a list decoding method with low complexity and selection of the final code words from the list.
Dann ist es bevorzugt, dass das List-Decoding-Verfahren mit niedriger Komplexität ein Ordered-Statistics Dekodierverfahren oder Successive-Cancelation-List-Decoding ist.It is then preferred that the list complexity with a low complexity is an ordered statistics decoding method or successful-cancellation-list decoding.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Auswahl des finalen Codewortes auf der folgenden Metrik basiert:
- wobei x̂ das Ergebnis des Dekodierens ist,
- L eine Liste der möglichen Codewörter ist und
- ℓ die Anzahl der Koherenzblöcke ist,
- yi die empfangenen Vektoren sind,
- ĥi die geschätzten Kanalkoeffizienten sind,
- xi das übermittelte Signal ist,
- a und b zwei Designparameter sind.
- where x̂ is the result of the decoding,
- L is a list of possible code words and
- ℓ is the number of coherence blocks,
- y i are the received vectors,
- ĥ i are the estimated channel coefficients,
- x i is the transmitted signal,
- a and b are two design parameters.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Designparameter a die Anzahl an Symbolen in der Präambel ist oder basierend auf der Anzahl an Symbolen in der Präambel berechnet wird.It is further preferred that the design parameter a is the number of symbols in the preamble or is calculated based on the number of symbols in the preamble.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Designparameter b eine positive Zahl ist.It is further preferred that the design parameter b is a positive number.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Designparameter a die Anzahl an Symbolen in der Präambel ist und der Designparameter b = 2.It is further preferred that the design parameter a is the number of symbols in the preamble and the design parameter b = 2.
Im Folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert: A specific exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below:
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kanalkoeffizienten hi bevorzugt, wie aus dem Stand der Technik bekannt, verwendet, um Bitweise die Log-Likelihood-Ratios zu berechnen. Anschließend wird ein List Decoding Verfahren mit niedriger Komplexität verwendet, um eine Liste der möglichen Codewörter zu erstellen. Anschließend wird eine modifizierte Metrik
Die optimalen Werte für a und b für den betrachteten Fall sind a = m (Anzahl von Symbolen in der Präambel) und b = 2.The optimal values for a and b for the case under consideration are a = m (number of symbols in the preamble) and b = 2.
Die Idee beruht darauf, einen List-Decoder zu verwenden, um eine Liste der möglichen Codewörter zu erstellen, um die Komplexität zu reduzieren. Wenn man versucht die Metrik für jedes Codewort im Codebook zu berechnen, dann ist die Komplexität proportional zu der Gesamtanzahl an Codewörtern in der Liste. Die Reduzierung der Leistungsfähigkeit des Decoders kann begrenzt werden, wenn die Listengröße groß genug ist. Die Komplexität kann weiterhin reduziert werden, indem die Anzahl an Pilotsymbolen erhöht wird.The idea is to use a list decoder to make a list of the possible code words to reduce complexity. When trying to calculate the metric for each codeword in the codebook, the complexity is proportional to the total number of codewords in the list. The reduction in the performance of the decoder can be limited if the list size is large enough. The complexity can be further reduced by increasing the number of pilot symbols.
Es wird somit ein List-Decoder verwendet, um eine Liste von Codewörtern zu generieren, deren Größe erheblich kleiner ist als die Größe des Codebooks, wobei ein Hard-Estimate der Kanalkoeffizienten, nämlich ĥi für i = 1, ...,ℓ bestimmt wird. Dann wird die oben genannten Metrik nur für die Codewörter in der Liste berechnet, d.h.
Um die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überprüfen, wurde eine Übertragung über einen AWGN-Kanal mit einem (24,12) Golay-Code simuliert (mit a = m und b =2). Das Ergebnis ist ebenfalls in
Claims (8)
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ÖSTMANN, J. [u.a.]: Short Packets Over Block-Memoryless Fading Channels: Pilot-Assisted or Noncoherent Transmission? In: IEEE Transactions on Communications, vol. 67, no. 2, February 2019, S. 1521 – 1536.DOI: 10.1109/TCOMM.2018.2874993Publikationsdatum: 09. Oktober 2018 * |
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