DE10296698B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Kodieren und Dekodieren von Daten mit unterschiedlichen Modulationsschemata und Kodierungen und einem ARQ-Protokoll - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kodieren und Dekodieren von Daten mit unterschiedlichen Modulationsschemata und Kodierungen und einem ARQ-Protokoll Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Daten mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Kodieren von Informationsbits an der Quelle zu Symbolen;
b) Übertragen der kodierten Symbole von einer Quelle zu einem Bestimmungsort;
c) entsprechendes Berechnen eines logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisses für jedes der Informationsbits auf der Basis der kodierten am Bestimmungsort empfangenen Symbole;
d) rekursives Akkumulieren der berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Informationsbits, wobei der Beitrag von jedem der kodierten Symbole in dem Akkumulierungsschritt fakturiert wird;
e) Dekodieren jedes der Informationsbits entsprechend den akkumulierten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnissen;
f) entsprechendes Durchführen einer Fehlerprüfung für einen Block von dekodierten Informationsbits;
g) Feststellen, ob die Fehlerprüfung für den Block dekodierter Informationsbits bestanden wurde;
h) falls in Schritt g festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung bestanden ist, Senden einer Bestätigung (ACK) zu der Quelle für den Block dekodierter Informationsbits, welche die Fehlerprüfung bestanden haben;
i) falls in Schritt g festgestellt wird,...

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich allgemein mit dem Kodieren und Dekodieren bei Datenkommunikationen und insbesondere mit einem neuen Kodier- und Dekodierverfahren und dazugehörigen Architekturen zum Verarbeiten von Informationsbits mit unterschiedlichen Modulationen und Kodierungen.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Bei drahtlosen Kommunikationen kann die dynamische Einstellung oder das Schalten von Modulationsschemata und Kanalkodierungen eine bessere Leistung oder Systemdurchsatz ergeben, wenn die Zustände des Kanals (oder Datenweges) variieren. Wenn die Zustände des Kanals vergleichsweise schlecht sind, wird die Modulation bzw. die Kodierung zu Modulationsschemata niedrigerer Ordnung und einer Kodierung geringerer Raten verstellt. Umgekehrt werden, wenn die Kanalbedingungen vergleichsweise günstig sind, Modulation bzw. Kodierung entsprechend zu Modulationsschemata höherer Ordnung und Kodierungen höherer Rate verstellt. Beispielhafte Modulationsschemata niedrigerer Ordnung auf dem Gebiet der Technik schließen die quaternäre Phasenver schiebungsverschlüsselung oder QPSK ein. Beispiele von Modulationsschemata höherer Ordnung schließen die Quadratur-Amplitudenmodulation oder QAM ein. Während eine Information zwischen einer Quelle (beispielsweise einer Basisstation) und einem Bestimmungsort (beispielsweise einer mobilen Einrichtung) übertragen wird, werden die Kanalzustände überwacht, um zu bestimmen, ob eine Verstellung der Modulation oder der Kodierung erforderlich ist.
  • Ähnlich wie bei der Datenübertragung mittels Leitung kann die drahtlose Übertragung eines speziellen Pakets oder Daten aufgrund der Interferenz in dem Kanal beim ersten Versuch nicht erfolgreich sein. Mehrfache Übertragungen der gleichen Daten kann die Leistung des Systems insbesondere dann verbessern, wenn der Empfänger mehrfache Übertragungen zur Demodulation und zum Entschlüsseln der Signale kombinieren kann. Ein derartiges Kombinieren betrifft nach dem Stand der Technik jedoch lediglich Signale mit den gleichen Schemata der Modulation und der Kanalkodierung. Folglich besteht hier ein Dilemma, dass entweder 1. der Sender die Modulation und/oder die Kodierung entsprechend den Kanalzuständen ändern muss, wobei der Empfänger die zuvor empfangenen Signale der gleichen Information verliert, oder 2. dass der Sender die gleiche Modulation und Kodierung aufrechterhalten muss, bis das Paket oder der Satz an Daten erfolgreich empfangen wurde.
  • Der allgemeine Stand der Technik zu der vorliegenden Erfindung wird am Besten durch das Lehrbuch "Analyse und Entwurf digitaler Mobilfunksysteme" von Dr. Peter Jung, B.G. Teubner Verlag Stuttgart 1997 beschrieben. Dort finden sich auch die im Laufe der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Fachausdrücke und Abkürzungen mit den entsprechenden Erläuterungen.
  • Des weiteren ist aus der FR 2792476 B1 bereits ein Verfahren zur Übertragung von Daten mittels Turbokodes und einem ARQ-Protokoll bekannt.
  • Weiterhin ist aus der DE 197 49 148 A1 ebenfalls ein Verfahren zur Datenübertragung in einem digitalen Übertragungssystem mit einem ARQ-Protokoll und einer Wiederverwertung der Informationen aus den früheren, erfolglosen Datenübertragungen bei der Dekodierung der erneuten Datenübertragung bekannt.
    •
  • Es besteht folglich ein Bedarf für ein neues Verfahren und die dazugehörigen Architekturen zum Verarbeiten von Daten mit unterschiedlichen Modulationen und Kodierungen, welche in vorteilhafter Weise die Probleme der Signalkombination und die anderen mit dem Stand der Technik verbundenen und hier beschriebenen Probleme löst.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein neues Verfahren und die dazugehörigen Architekturen zur Verarbeitung von Daten unterschiedlicher Modulation und Kodierung. Gemäß einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung werden die Daten in kodierten Symbolen von einer Quelle zu einem Bestimmungsort übertragen. Die Informationsbits werden an der Quelle kodiert, welche ein einzelner Sender oder eine Vielzahl von Sendern sein kann. Die kodierten Symbole können mit Raumdiversität (d.h. von einer Vielzahl von Sendern an der Quelle) oder ohne Raumdiversität (d.h. von einem einzelnen Sender an der Quelle) über tragen werden. Die kodierten Symbole können ferner in unterschiedlichen Zeitabständen d.h. mit Zeitdiversität übertragen werden. Ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis wird entsprechend für jedes der Informationsbits auf der Basis der empfangenen kodierten Symbole berechnet. Die berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Informationsbits werden akkumuliert, wobei der Beitrag von jedem der kodierten Symbole in dem Akkumulierungsschritt berücksichtigt oder fakturiert wird. Jedes der Informationsbits wird entsprechend den akkumulierten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnissen dekodiert. Eine Fehlerprüfung (z. B. eine zyklische Redundanzprüfung) wird jeweils für einen Block der dekodierten Informationsbits durchgeführt. Falls festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung bestanden ist, wird eine Bestätigung (ACK) zur Quelle für den Block der dekodierten Informationsbits, welche die Fehlerprüfung bestanden haben, geschickt. Falls festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung nicht bestanden wurde, wird eine negative Bestätigung (NACK) zur Quelle für den Block der dekodierten Informationsbits gesandt, welche die Fehlerprüfung nicht bestanden haben. Nachdem die Quelle die negative Bestätigung (NACK) empfangen hat, werden die kodierten Symbole nochmals zum Bestimmungsort gesendet.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die obenstehenden und weiteren Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen (nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet). Es zeigt:
  • 1 ein Flussdiagramm, welches allgemein das Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Daten nach einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm, welches allgemein eine Empfängerarchitektur zum Empfangen und Dekodieren der Daten nach einer speziellen Ausführungsform zeigt;
  • 3 ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer Architektur an der Quelle zeigt, welche eine Vielzahl von Sendern zum Übertragen und Kodieren der Daten gemäß der Erfindung aufweist; und
  • 4 ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer Architektur am Bestimmungsort zeigt, die eine Vielzahl von Empfängern zum Empfangen und Dekodieren der Daten entsprechend der Erfindung aufweist.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die 1 und 2 zeigen ein Ablaufdiagramm bzw. ein Blockdiagramm, welche allgemein das Verfahren und die Empfängerarchitektur zum Übertragen von Daten nach einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulichen. Während das Informationsbit b von einer Quelle zu einem Bestimmungsort (Schritt 101) übertragen wird, wird das Informationsbit an der Quelle in kodierte Symbole X1, X2, X3, ... Xk (Schritt 102) kodiert. An dem Rechenwerk oder Prozessor 201 in dem Empfänger werden die logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse Λb(Xk) für jedes Informationsbit b auf der Basis der empfangenen kodierten Symbole entsprechend berechnet (Schritt 103). An dem Akkumulator 202 werden die logarithmischen a- Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse Λb(Xk), die an dem Prozessor 201 für das Informationsbit b berechnet wurden, akkumuliert und gespeichert (Schritt 104). An dem Dekoder 203 wird das Informationsbit b entsprechend den akkumulierten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnissen (Schritt 105) dekodiert. Die Akkumulierung der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse erfolgt rekursiv, so dass die Demodulation des Informationsbits b die empfangenen Mehrfachsendungen der kodierten Symbole benutzen kann, welche in dem Informationsbit b eingebettete Informationen aufweisen. Nachdem der das Datenbit b enthaltende Informationsblock die Fehlerprüfung (CRC) bestanden hat, wobei ein ACK gesendet wird, werden die logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse somit auf Null zurückgesetzt und es besteht Bereitschaft, neue Datengruppen zu dekodieren.
  • Das Dekodieren des Informationsbits b kann entsprechend der rekursiven Faltungskodierung oder Turbokodierung erfolgen. Turbokodes ermöglichen kodierte Modulationsschemata für Datenübertragungen, welche nahe der Shannon-Kapazität auf in der Bandbreite limitierten Datenkanälen betrieben werden. Ein Turbokode wird durch zwei Faltungskodierer gebildet, welche parallel zueinander angeordnet und durch einen Verschachtler oder Permutierer voneinander getrennt sind. Ein Faltungskodierer wandelt einen Strom oder Block von Informationsbits in einen Block kodierter Bits um. Die Funktion des Verschachtlers besteht darin, jeden ankommenden Block von Daten oder Informationsbits aufzunehmen und diese in einer pseudozufälligen Weise neu anzuordnen, ehe das Kodieren durch den zweiten Faltungskodierer erfolgt. Zum Dekodieren des Turbokodes wird ein Dekoder verwendet, der zwei Soft-Input- Soft-Output- (SISO) Module enthält, die durch einen Verschachtler und einen iterativen Algorithmus miteinander verbunden sind, welcher von einem SISO-Modul zu dem anderen SISO-Modul wechselt. Ein SISO-Algorithmus ist einer, welcher eine Primärinformation an seinem Eingang empfängt und eine Posterioriinformation an seinem Ausgang erzeugt. Iteratives Dekodieren macht es erforderlich, dass die einzelnen Dekoder nicht nur die mit größter Wahrscheinlichkeit übertragene Sequenz von Informationsbits feststellen, sondern gleichzeitig eine weiche Entscheidung liefern, welche ein Maß für die Wahrscheinlichkeit oder das Vertrauen für jedes Bit in dieser Sequenz darstellt. Ein SISO-Dekoder stellt einen Blockdekodierungsalgorithmus mit weicher Entscheidung und einer weichen Ausgabeinformation dar. Für die Turbodekodierung werden vielfache Wiederholungen der Dekodierung mit weicher Entscheidung durchgeführt. Der erste SISO-Dekoder gibt die dekodierten Daten oder Informationsbits aus, sowie ein Zuverlässigkeitsmaß, das mit jedem Informationsbit für die weiche Entscheidung verbunden ist. Das Zuverlässigkeitsmaß legt fest, wie zuverlässig die weiche Entscheidung bei jedem der dekodierten Bits ist. Nach dem Verschachteln oder der Permutation wird das Zuverlässigkeitsmaß in den zweiten SISO-Dekoder eingespeist, um die Zuverlässigkeit der dekodierten Bits zu verbessern. Das Zuverlässigkeitsmaß von dem zweiten SISO-Dekoder wird dann in den ersten SISO-Dekoder eingespeist, wo dieser Vorgang wiederholt durchgeführt wird.
  • Bei dem Fehlerprüfer 204 werden Fehlerprüfungen (beispielsweise eine zyklische Redundanzprüfung oder CRC) für einen Block von Informationsbits durchgeführt (Schritt 106). Eine CRC ist ein mathematisches Verfahren, welches es erlaubt, dass Fehler in langen Datenläufen mit einem sehr hohen Grad der Genauigkeit erkannt werden. Entsprechend der CRC wird der gesamte Datenblock als eine lange binäre Zahl oder Polynom behandelt, welche durch eine zweckdienlich kleine Zahl dividiert wird, wobei der Rest als Prüfwert verwendet wird, welcher an das Ende des Datenblocks angefügt wird. Die Wahl einer Primzahl als Divisor liefert eine exzellente Fehlererfassung. Die Zahl oder das Polynom, welches den vollständigen Block repräsentiert (Hauptdaten plus CRC-Wert) ist immer ein Vielfaches des ursprünglichen Divisors, so dass die Verwendung des gleichen Divisors immer zu einem neuen Rest von Null führt. Dies bedeutet, dass der gleiche Divisionsvorgang verwendet werden kann, um eintreffende Daten zu prüfen, wie er verwendet wird, um den CRC-Wert für die ausgehenden Daten zu erzeugen. Am Sender ist der Rest (üblicherweise) nicht Null und wird unmittelbar nach den tatsächlichen Daten gesendet. Am Empfänger wird der gesamte Datenblock geprüft und falls der Rest Null ist, dann wird die Datenübertragung bestätigt.
  • An der logischen Steuerung 205 wird ermittelt, ob eine Fehlerprüfung bestanden oder nicht bestanden wurde (Schritt 107). Falls die Fehlerprüfung bestanden ist, wird eine Bestätigung (ACK) von einem ACK-Sender 206 gesendet (Schritt 108). Nachdem die ACK von dem ACK-Sender 206 gesendet wurde, wird der Schalter S' zum Addieren oder Aufsummieren der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse zurückgesetzt oder auf Null gestellt. Falls die Fehlerprüfung nicht bestanden wurde, wird eine negative Bestätigung (NACK) von einem NACK-Sender 207 gesendet (Schritt 109). Nachdem die NACK an der Quelle empfangen wurde, werden die kodierten Symbole nochmals zum Bestimmungsort gesendet (Schritt 110).
  • 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer Architektur an der Quelle veranschaulicht, welche entsprechend der Erfindung eine Vielzahl von Sendern zum Übertragen und Kodieren von Daten enthält. 4 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Ausführungsform einer Architektur am Bestimmungsort veranschaulicht, welche gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Empfängern zum Empfangen und Dekodieren der Daten enthält. Während die Daten in kodierten Symbolen X1, X2, X3, ... Xk von einer Quelle mit einer Datenquelle 301, welche eine Vielzahl von Sendern Tx 1, ... Tx N aufweist, zu einem Bestimmungsort übertragen werden, werden die Informationsbits an dem Kodierer 302 in kodierte Symbole für die Übertragung 303 kodiert, welche mit den Sendern (Tx 1, ... Tx N) gekoppelt sind, zum Bestimmungsort übertragen, welcher eine Vielzahl von Empfängern Rx 1, Rx 2, ... Rx M enthält. Für die Turbokodierung kann die Kodierung die Modulation und das Verschachteln an dem Kodierer 302 in Verbindung mit der Entscheidungslogik 304 für die Kodierung, Modulation der Zeitabstimmung der Übertragung und die Dauer der Verarbeitung erfolgen. Die Entscheidungslogik 304 empfängt ebenfalls die ACK und NACK Botschaften vom Bestimmungsort.
  • An dem Rechenwerk oder Prozessor (401, 411 ...), das zu jedem Empfänger (Rx 1, ... Rx M) gehört, wird das logarithmische a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis Λb(Xk) für jedes Informationsbit b entsprechend berechnet. An dem Akkumulator (402, 412, ...) der zu jedem Empfänger (Rx 1, ... Rx M) gehört, wird das logarithmische a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis Λb(X1, X2, X3, ... Xk), welches am Rechenwerk oder Prozessor (401, 411, ...) für das Informationsbit berechnet wurde, akkumuliert und ge speichert. Am Dekoder 403 wird das Informationsbit b entsprechend den akkumulierten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnissen dekodiert. Die Akkumulation erfolgt in rekursiver Weise, wobei die logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse, die zu jedem Empfänger (Rx 1, ... Rx M) gehören, wie sie berechnet und akkumuliert wurden, mit den ankommenden logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnissen von dem entsprechenden Prozessor (401, 411, ...) addiert oder aufsummiert werden.
  • Das Dekodieren des Informationsbits b kann entsprechend der rekursiven Faltungskodierung oder Turbokodierung am Dekoder 403 durchgeführt werden.
  • Am Fehlerprüfer 404 werden Fehlerprüfungen (beispielsweise zyklische Redundanzprüfungen oder CRC) für jeden Block der dekodierten Informationsbits durchgeführt. An der logischen Steuerung 405 wird ermittelt, ob eine Fehlerprüfung bestanden oder nicht bestanden wurde. Falls die Fehlerprüfung bestanden ist, wird eine Bestätigung (ACK) von einem ACK-Sender 406 gesendet und die dekodierten Informationsbits können an einen Stimmdekoder oder andere Datenverwendungen 408 für eine weitere Datenverarbeitung ausgegeben werden. Nachdem die ACK von dem ACK-Sender 406 gesendet wurde, wird mittels des zu dem jeweiligen Empfänger gehörenden Schalters (S', S'' ...) der Akkumulator (402, 412, ...) zum Addieren oder Aufsummieren der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse wieder zurück oder auf Null gesetzt. Falls die Fehlerprüfung nicht bestanden wurde, wird eine Negativbestätigung (NACK) von einem NACK-Sender 407 gesendet. Nachdem die NACK an der Entscheidungslogik 304 der Quelle empfangen wurde, werden die kodierten Symbole erneut an den Bestimmungsort gesandt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird in näheren Einzelheiten mit mathematischen Darstellungen in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben.
  • Angenommen, das Informationsbit b ist in die kodierten Symbole eingebettet und übertragen, so wird das kodierte (und modulierte, falls erforderlich) Symbol X an einem Empfänger und ein anderes kodiertes Symbol Y am gleichen Empfänger zur unterschiedlichen Zeit oder an einem anderen Empfänger zur gleichen Zeit oder zur unterschiedlichen Zeit empfangen. Das empfangene kodierte Symbol Y kann die gleiche oder eine andere Kodierung und/oder Modulation wie das empfangene kodierte Symbol X aufweisen. Ferner kann das empfangene kodierte Symbol Y vom gleichen oder einem anderen Sender oder einer Vielzahl von Sendern an der Quelle gesendet werden, beispielsweise in räumlicher Verschiedenheit. Zur räumlichen Verschiedenheit oder Verschiebung im Raum wird, falls ein Empfänger mehrere Antennen aufweist, die Entfernung zwischen den Empfangsantennen groß genug gemacht, um ein unabhängiges Fading zu gewährleisten, wenn eine Vielzahl von Übertragungswegen oder Kanälen verfügbar ist, um die nicht korrelierte und allgemein identische Nachricht oder Information mit unabhängigen Fadingeigenschaften zu übertragen und zu empfangen.
  • Eine a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) für die Information b wird für die Basis der maximalen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (MAP) hierfür berechnet. MAP ist eine Schätzung, dass das wahrscheinlichste Informationsbit in einer kodierten Sequenz der Information übertragen wurde. Eine a-Posteriori Information ist die weiche Ausgabe eines SISO-Dekoders. Die a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit oder APP, die Basis für MAP, kann wie folgt beschrieben werden:
    Figure 00120001
  • Die Information b wird aus den empfangenen kodierten Symbolen X und Y derart ausgewählt, dass die APP oder P(b\X,Y) maximiert ist, was mathematisch durch die folgende Gleichung 2 wiedergegeben ist:
    Figure 00120002
    wobei der erste Ausdruck P(b\X) die extrinsische Information bezüglich der Information b über das kodierte Symbol X liefert, und der zweite Ausdruck P(Y\b) die Wahrscheinlichkeit darstellt, das kodierte Symbol Y unter der Hypothese zu empfangen, dass b übertragen wird.
  • Die empfangenen kodierten Symbole können weiter in eine Reihe mathematischer Beobachtungen erweitert werden, um APP entsprechend dem Beitrag jeder dieser Beobachtungen zu erhalten. Während die empfangenen kodierten Symbole zu einer Reihe mathematischer Beobachtungen erweitert werden, wird eine Aufzeichnung der konditionellen Wahrscheinlichkeit getrennt für jede der Beobachtungen berechnet. Die berechneten Aufzeichnungen der konditionellen oder bedingten Wahrscheinlichkeit für die Beobachtungen werden akkumuliert oder aufsummiert, um APP zu erhalten, welches die Basis für MAP ist. D. h. die empfangenen kodierten Symbole X können zu einer Reihe von Beobachtungen X1, X2, ..., XM erweitert werden, um MAP in der folgenden mathematischen Darstellung in Gleichung 3 zu erhalten:
    Figure 00130001
  • Die beiden letzten Formen von Gleichung 3 stellen zwei Methodiken der Verwirklichung nach der Erfindung dar. Entsprechend der Summierung
    Figure 00130002
    wird der Logarithmus der bedingten Wahrscheinlichkeit der mathematischen Beobachtungen mit der gegebenen Information b, ln[P(Xk\b)], für jede der Beobachtungen Xk berechnet, welche dann aufsummiert werden. Entsprechend kann der Beitrag für jede Beobachtung Xk getrennt berechnet werden. Die Summierung von ln[P(b\X1, ..., XM-1)] und ln[P(XM\b)] ermöglicht es, dass die Aufzeichnung für die a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) in einer akkumulierten Weise berechnet werden kann, indem der Beitrag jeder neuen mathematischen Beobachtung zu der akkumulierten Summe addiert wird.
  • Im Falle, dass die vorherige Kenntnis der Information b, d.h. P(b) unbekannt ist oder dass die Information b gleichermaßen wahrscheinlich ist, wird MAP somit als
    Figure 00140001
    erhalten.
  • Bei digitalen Kommunikationen werden häufig binäre Darstellungen verwendet. Die logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse der Information b mit der mathematischen Beobachtung Xk kann in binärer Darstellung als
    Figure 00140002
    erhalten werden, wobei bei der Kodevielfach-Modulation oder CDMA ein Rakeempfänger mit L Pfaden oder Mehrfachantennen (oder Fingern) verwendet wird, welche die gleiche Modulation und Kodierung verwenden,
    Xk,l ist das empfangene Signal an dem Lten Pfad in der Beobachtung Xk und Xk = [Xk,l, ..., Xk,l]
    Wk,l ist die multiplikative Verzerrung (d.h. Fade) am Lten Pfad verbunden mit der Beobachtung Xk und ^wk,l ist deren Schätzung,
    NT ist der Spreizfaktor (Chips pro Symbol),
    AT(k,l) ist die übertragene Amplitude am Lten Pfad verbunden mit der Beobachtung Xk und ÂT(k,l) ist deren Schätzung
    Qj ist das angenommene modulierte Symbol (beispielsweise 3-j in 16QAM), welches zu der durch ein angenommenes Bit b bestimmten Gruppe gehört,
    Sb=1 ist die angenommene Gruppe modulierter Symbole dessen dazugehöriges Bit b = 1 ist,
    Sb=–1 ist die angenommene Gruppe modulierter Symbole deren dazugehöriges Bit b = –1 ist,
    Vk,l ist die Variante am Lten Pfad, verbunden mit der Beobachtung Xk,
    Figure 00150001
    J(k,l) ist die pro Chip vorliegende Interferenzdichte am Lten Pfad verbunden mit der Beobachtung Xk und ist gleich
    Figure 00150002
    Ioc(k) ist die pro Chip Interferenzdichte der Übertragung von der Quelle (beispielsweise Basisstationen) verbunden mit der Beobachtung Xk,
    Figure 00160001
    stellt die Interferenzenergie von anderen Pfaden dar,
    (jedoch der gleichen Quelle oder Basisstation) verbunden mit der Beobachtung Xk.
  • Da die Summierung in Gleichung 6 auf der Basis exponentieller Ausdrücke erfolgt, kann eine Näherung des logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisses verbunden mit der Beobachtung Xk als
    Figure 00160002
    erhalten werden.
  • Eine weitere Vereinfachung der Gleichung 9 kann ebenfalls durchgeführt werden. Da die Kanalschätzung eine hohe Qualität aufweist, kann Vk,l in Gleichung 8 als Vk,l = NT(k,l) genähert werden, wobei:
    Figure 00170001
  • Für die Kombination weicher Entscheidungen im Rake-Empfänger werden lediglich die Mehrfachantennen oder Finger innerhalb weniger Dezibel (dB) des stärksten Fingers kombiniert, so dass J(k,l) relativ dicht für alle L ist, und zwar wie folgt:
    Figure 00170002
    wobei Cx(k) ein Wichtungskoeffizient für die Beobachtung Xk ist und umgekehrt proportional zu J(k,l) in Gleichung 8 ist. Beispielsweise kann man unter der Annahme, dass L Pfade etwa eine gleiche durchschnittliche Energie aufweisen, erhalten
    Figure 00170003
  • Man sieht, dass das Verhältnis Loc(k)/Lor(k), in welchem Lor(k) die von der sendenden Basisstation empfangene Energie darstellt, das größere Interferenzszenario zum Zeitpunkt der Beobachtung Xk zeigt.
  • Das resultierende logarithmische a-Posteriori-Wahrscheinlichkeisverhältnis für alle Beobachtungen (X1, X2, ..., XM) kann dann erhalten werden als
    Figure 00180001
    wobei beide der individuellen Summierungs- und Akkumulierungsformen durchgeführt werden.
  • Falls der zweitstärkste Ausdruck so dicht an dem stärksten Ausdruck liegt, dass die Näherung in Gleichung 9 nicht verwendet werden kann, kann eine zweigliedrige Lösung wie folgt verwendet werden:
    Figure 00180002
    wobei
    max2nd die Funktionsausbeutung des zweitgrößten Gliedes in einer Reihe
    min2nd die Funktionsausbeutung des zweitkleinsten Gliedes in einer Reihe,
    N die Anzahl der Verkürzungen der Taylor-Reihen für Exponentialglieder
    Figure 00190001
    ist.
  • In ähnlicher Weise können Näherungen mit einer Vielzahl von Gliedern (mehr als 2 Glieder), welche sehr dicht an dem stärksten Glied liegen, aus Gleichung 14 gewonnen werden. Bemerke ferner, dass die Näherung unter Verwendung von Vk,l = NTJ(k,l) und die Näherung unter Verwendung von Cx(k) ebenfalls bei Gleichung 14 und Gleichung 15 angewandt werden können.

Claims (50)

  1. Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Daten mit folgenden Verfahrensschritten: a) Kodieren von Informationsbits an der Quelle zu Symbolen; b) Übertragen der kodierten Symbole von einer Quelle zu einem Bestimmungsort; c) entsprechendes Berechnen eines logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisses für jedes der Informationsbits auf der Basis der kodierten am Bestimmungsort empfangenen Symbole; d) rekursives Akkumulieren der berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Informationsbits, wobei der Beitrag von jedem der kodierten Symbole in dem Akkumulierungsschritt fakturiert wird; e) Dekodieren jedes der Informationsbits entsprechend den akkumulierten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnissen; f) entsprechendes Durchführen einer Fehlerprüfung für einen Block von dekodierten Informationsbits; g) Feststellen, ob die Fehlerprüfung für den Block dekodierter Informationsbits bestanden wurde; h) falls in Schritt g festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung bestanden ist, Senden einer Bestätigung (ACK) zu der Quelle für den Block dekodierter Informationsbits, welche die Fehlerprüfung bestanden haben; i) falls in Schritt g festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung nicht bestanden wurde, Senden einer Negativbestätigung (NACK) zur Quelle für den Block dekodierter Informationsbits, welcher die Fehlerprüfung nicht bestanden hat; j) nachdem die Quelle die Negativbestätigung (NACK), die in Schritt i gesendet wurde, empfangen hat, erneutes Senden der kodierten Symbole zum Bestimmungsort.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerprüfung eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kodieren ein Turbokodieren ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Rückstellens der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse auf Null, falls in Schritt g festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung bestanden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kodierten Symbole in Raumdiversität übertragen werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kodierten Symbole in Zeitdiversität übertragen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte von: Modulieren der Informationsbits; und Demodulieren der Informationsbits.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Berechnens einer a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) für die Informationsbits.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Berechnens einer a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) für die kodierten Informationsbit gemäß einer Formel
    Figure 00220001
    wobei P eine a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit darstellt, b eines der übertragenen Informationsbits darstellt, X ein empfangenes kodiertes Symbol und Y ein anderes empfangenes kodiertes Symbol darstellen.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt des Auswählens des Informationsbits b, durch Maximieren der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt des Auswählens des Informationsbits b, durch Maximieren der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP), wobei die maximierte a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) äquivalent entsprechend einer Gleichung
    Figure 00220002
    ist, wobei P(b/X) eine extrinsische Information bezüglich des Informationsbits b aus den empfangenen kodierten Symbolen X liefert und P(Y/b) die Wahrscheinlichkeit darstellt, die kodierten Symbole Y zu empfangen auf der Hypothese, dass b das eingebettete übertragene Informationsbit ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Erweitern der kodierten Symbole zu einer Reihe mathematischer Beobachtungen; und Erhalten der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit entsprechend dem Beitrag jeder der Beobachtungen.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Erweitern der kodierten Symbole zu einer Reihe mathematischer Beobachtungen; getrenntes Berechnen eines Logarithmus einer bedingten Wahrscheinlichkeit für jede der Beobachtungen; und Summieren der berechneten Logarithmen bedingter Wahrscheinlichkeit für die Beobachtungen zum Erlangen der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit.
  14. System zum Kodieren und Dekodieren von Daten mit folgenden Bestandteilen: eine Quelle, welche Informationsbits in kodierten Symbolen überträgt; ein Bestimmungsort, welcher die kodierten Symbole von der Quelle empfängt; einen Kodierer an der Quelle, welcher die Informationsbits kodiert; ein Rechner am Bestimmungsort, welcher ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis für jedes Informationsbit auf der Basis der empfangenen kodierten Symbole berechnet; ein Akkumulator am Bestimmungsort, welcher rekursiv die errechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Informationsbits akkumuliert und diese als Beitrag von jedem der empfangenen kodierten Symbole fakturiert; ein Dekoder am Bestimmungsort, welcher die übertragenen kodierten Symbole dekodiert; ein Fehlerprüfer am Bestimmungsort, welcher entsprechend eine Fehlerprüfung für einen Block von dekodierten Informationsbits durchführt; wobei eine Bestätigung (ACK) zur Quelle für jeden Block der dekodierten Informationsbits, welche die Fehlerprüfung bestehen, gesendet wird und eine Negativbestätigung (NACK) zur Quelle für jeden Block der dekodierten Informationsbits, welche die Fehlerprüfung nicht bestehen, gesendet wird.
  15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle kodierte Symbole erneut zum Bestimmungsort nach Empfang der Negativbestätigung (NACK) vom Bestimmungsort sendet.
  16. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle ferner eine Vielzahl von Sendern und der Bestimmungsort ferner eine Vielzahl von Empfängern umfasst.
  17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sender eine Entscheidungslogik zum Empfangen der Bestätigung und der negativen Bestätigung vom Bestimmungsort umfasst.
  18. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sender einen Kodierer zum Kodieren, Modulieren oder Verschachteln der Informationsbits für die Übertragung durch den Sender aufweist.
  19. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Empfänger einen Demodulator zum Demodulieren der am Empfänger empfangenen Informationsbits aufweist.
  20. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Empfänger einen Rechner aufweist, um ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis für jedes der Informationsbits auf der Basis der am Empfänger empfangenen kodierten Symbole zu berechnen.
  21. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Empfänger einen Akkumulator aufweist, der die berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die am Empfänger empfangenen Informationsbits akkumuliert und als Beitrag von jedem der kodierten am Empfänger empfangenen Symbole fakturiert.
  22. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reinitialisierungsschalter zum Summieren der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse vorgesehen ist.
  23. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Empfänger einen Reinitialisierungsschalter zum Summieren der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die am Empfänger empfangenen Informationsbits aufweist.
  24. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerprüfer ein zyklischer Redundanzprüfer (CRC) ist.
  25. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung eine Turbokodierung ist.
  26. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse auf Null zurückgesetzt werden, falls festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung bestanden ist.
  27. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsbits in räumlicher Verschiebung übertragen werden.
  28. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsbits in zeitlicher Verschiebung übertragen werden.
  29. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Rechner zum Berechnen einer a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) für die kodierten Informationsbits vorgesehen ist.
  30. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Prozessor zum Maximieren der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) durch entsprechende Auswahl der kodierten Informationsbits vorgesehen ist.
  31. System nach Anspruch 29, ferner umfassend einen Prozessor zum Erweitern der kodierten Informationsbits zu einer Reihe von mathematischen Beobachtungen; und wobei die a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit entsprechend dem Beitrag jeder der Beobachtungen erhalten wird.
  32. System nach Anspruch 29, ferner umfassend einen Prozessor zum Erweitern der kodierten Informationsbits zu einer Reihe von mathematischen Beobachtungen; einen weiteren Rechner, welcher getrennt ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis für jede der Beobachtungen berechnet; und einen Summierer, welcher die berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Beobachtungen zum Erhalten der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit summiert.
  33. Eine Basisstation, welche Informationsbits in kodierten Symbolen an eine mobile Einrichtung überträgt, welche die kodierten Symbole von der Basisstation empfängt, wobei die Basisstation ferner folgende Bestandteile umfasst: einen Kodierer, welcher die Informationsbits kodiert; wobei die mobile Einrichtung ferner folgende Bestandteile umfasst: einen Rechner, welcher entsprechend ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis für jedes Informationsbit auf der Basis der empfangenen kodierten Symbole berechnet; einen Akkumulator, welcher rekursiv die berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Informationsbits akkumuliert und diese als Beitrag von jedem der empfangenen kodierten Symbole fakturiert; einen Dekoder, welcher die übertragenen kodierten Symbole dekodiert; einen Fehlerprüfer, welcher entsprechend eine Fehlerprüfung für einen Block der dekodierten Informationsbits durchführt; wobei eine Bestätigung (ACK) zu der Quelle für jeden Block dekodierter Informationsbits gesendet wird, welche die Fehlerprüfung bestehen und eine Negativbestätigung (NACK) zur Quelle für jeden Block dekodierter Informationsbits gesandt wird, die die Fehlerprüfung nicht bestehen.
  34. Basisstation nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation die kodierten Symbole zu der mobilen Einrichtung erneut nach Empfang der negativen Bestätigung (NACK) von der Mobileinrichtung überträgt.
  35. Basisstation nach Anspruch 33, wobei die Basisstation ferner eine Vielzahl von Sendern und die mobile Einrichtung ferner eine Vielzahl von Empfängern umfasst.
  36. Basisstation nach Anspruch 35, wobei jeder Sender ferner eine Entscheidungslogik zum Empfangen der Bestätigung und der negativen Bestätigung von der mobilen Einrichtung umfasst.
  37. Basisstation nach Anspruch 35, wobei jeder Sender ferner einen Kodierer zum Kodieren, Modulieren und Verschachteln der Informationsbits zum Übertragen durch den Sender aufweist.
  38. Basisstation nach Anspruch 35, wobei jeder Empfänger ferner einen Demodulator zum Demodulieren der am Empfänger empfangenen Informationsbits aufweist.
  39. Basisstation nach Anspruch 35, wobei jeder Empfänger ferner einen Rechner umfasst, um entsprechend ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis für jedes der Informationsbits auf der Basis der am Empfänger empfangenen kodierten Symbole zu berechnen.
  40. Basisstation nach Anspruch 35, wobei jeder Empfänger ferner einen Akkumulator umfasst, der die berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die am Empfänger empfangenen Informationsbits akkumuliert und diese als Beitrag von jedem der kodierten am Empfänger empfangenen Symbole fakturiert.
  41. Basisstation nach Anspruch 33, ferner umfassend einen Reinitialisierungsschalter zum Summieren der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse.
  42. Basisstation nach Anspruch 35, wobei jeder Empfänger ferner einen Reinitialisierungsschalter zum Summieren der logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die am Empfänger empfangenen kodierten Informationsbits umfasst.
  43. Basisstation nach Anspruch 33, wobei die Fehlerprüfung eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) ist und die Kodierung eine Turbokodierung ist.
  44. Basisstation nach Anspruch 33, wobei die logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse auf Null zurückgesetzt werden, falls festgestellt wird, dass die Fehlerprüfung bestanden ist.
  45. Basisstation nach Anspruch 33, wobei die Informationsbits in räumlicher Verschiebung übertragen werden.
  46. Basisstation nach Anspruch 33, wobei die Informationsbits in zeitlicher Verschiebung übertragen werden.
  47. Basisstation nach Anspruch 33, ferner umfassend einen Rechner zum Berechnen einer a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) für die kodierten Informationsbits.
  48. Basisstation nach Anspruch 47, ferner umfassend einen Prozessor zum Maximieren der a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit (APP) durch entsprechende Auswahl der kodierten Informationsbits.
  49. Basisstation nach Anspruch 47, ferner umfassend einen Prozessor, welcher die kodierten Informationsbits in eine Reihe von mathematischen Beobachtungen aufweitet; und wobei die a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit entsprechend dem Beitrag jeder der Beobachtungen erhalten wird.
  50. Basisstation nach Anspruch 47, umfassend: einen Prozessor, welcher die kodierten Informationsbits zu einer Reihe mathematischer Beobachtungen erweitert; einen weiteren Rechner, welcher separat ein logarithmisches a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnis für jede der Beobachtungen berechnet; und einen Summierer, welcher die berechneten logarithmischen a-Posteriori-Wahrscheinlichkeitsverhältnisse für die Beobachtungen summiert, um die a-Posteriori-Wahrscheinlichkeit zu erhalten.
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