DE19503528A1 - Verfahren zum Übertragen oder Speichern von faltungscodierten Datensignalen - Google Patents

Description

Um in der digitalen Übertragungstechnik die Kanalkapazität optimal zu nutzen, ist man bemüht, die Leistungsfähigkeit der Kanalcodierung an die unterschiedlichen Schutzerfordernisse (Signifikanzstufen) der einzelnen Komponenten innerhalb des zu codierenden Quelldatenstroms anzupassen (ungleichmäßiger Fehlerschutz). Ordnet man in einem rahmenweise übertragenen Bitstrom die Bits abschnittsweise verschiedenen Schutzklassen zu, so kann der unterschiedliche Fehlerschutz unter Anwendung punktierter Faltungscodes durch Umschaltung zwischen verschiedenen Punktierungsvorschriften und damit verschiedenen Coderaten erreicht werden [DE 38 05 169 C2]. Dabei wird bei Vorwärts-Fehlerkorrektur-Verfahren (FEC-schemes) die Coderate in Sender und Empfänger innerhalb des Übertragungsrahmens synchron umgeschaltet. Bei der Anwendung ratenkompatibler punktierter Faltungscodes (RCPC Codes) braucht ausgehend von einem schwachen Fehlerschutz beim Übergang zu stärkerem Fehlerschutz nur die zusätzliche Redundanz übertragen zu werden [IEEE Transactions on Communications, Vol. 36, No.4, April 1988, p. 389-400].

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei Beschränkung auf zwei Signifikanzstufen und auf Codierung der ersten Signifikanzstufe (wichtigere Daten) stets mit der Muttercoderate r_M des punktierten Faltungscodes, auf eine Ratenkompatibilität des Codes zu verzichten. Erfindungsgemäß läßt sich ein ungleichmäßiger Fehlerschutz mit zwei Signifikanzstufen auf der Basis beliebiger punktierter Faltungscodes erzielen, wobei sich der stärkere Fehlerschutz aus dem den schwächeren Fehlerschutz repräsentierenden Datenstrom plus eines geschlossenen Blocks an zusätzlicher Redundanzinformation ergibt (systematische Struktur). Die Stärke des Fehlerschutzes für die zweite Signifikanzstufe (weniger wichtigere Daten) kann durch die Auswahl einer der für diesen Code vorgegebenen Punktierungsvorschriften beliebig bestimmt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Coders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des entsprechenden Decoders.

Fig. 1 zeigt die Anordnung in einem funktionalen Blockschaltbild. Ausgehend von einem in fester Rahmenstruktur vorliegendem Quelldatenstrom I, dessen Inhalt in zwei Signifikanzbereiche I1 und I2 und unterteilt werden kann, durchlaufen die Informationsbits zunächst einen Faltungscoder 10 der Muttercodrate r_M. In der folgenden Punktierungseinheit 11 werden die Codebits C entsprechend der Punktierungsvorschrift in zwei Bitströme L und H aufgeteilt. Die nicht punktierten (in der Punktierungsmatrix mit "1" gekennzeichneten) Bits stellen den schwächeren Fehlerschutz L (Basisinformation) dar und werden zur direkten Übertragung einem Ausgangsmultiplexer 14 zugeführt. Die punktierten (in der Punktierungsmatrix mit "0" gekennzeichneten) und zu Teil I1 des Informationsbitstroms gehörenden Codebits H1 werden nun nicht gelöscht, sondern mittels eines Demultiplexers 12 selektiert und als zusammenhängender Block zur Übertragung dem Ausgangsmultiplexer 14 zugeführt. Die zu Teil I2 gehörenden Bits H2 werden der eigentlichen Idee der Punktierung folgend nicht gesendet, sondern vom Demultiplexer 12 einer Senke 13 zugeführt. Da auf diese Weise alle zu den entsprechenden Informationsbits I1 gehörenden Codebits C1 übertragen werden (unter Beachtung der Einflußlänge des Coders), entspricht dies einer unpunktierten Übertragung bzw. einer Übertragung mit der Muttercoderate r_M für die Daten I1. Die Codebits H1 ergänzen die bereits gesendeten Codebits L1 und bewirken somit einen stärkeren Fehlerschutz für den Teil I1 der Quelldaten. Die zuvor, entsprechend der Punktierungsmatrix für den schwächeren Code, gesendeten Bits L bilden somit im Bereich L1 eine Teilmenge aller Codebits des stärkeren Codes. Daraus folgt, daß jeder punktierte Faltungscode durch einen separaten Block H1 an zusätzlicher Redundanz zu dem leistungsfähigeren Code mit der Muttercoderate r_M aufgewertet werden kann.

Empfangsseitig (Fig. 2) fügt die Depunktierungseinheit 21 entsprechend der Punktierungsvorschrift für jeden Übertragungsrahmen vor der Decodierung im Viterbi-Decoder 20 zunächst die Daten aus dem zusätzlich übertragenen Redundanzblock H1 in den Datenstrom L ein, um die bereits gesendete Information L im Bereich L1 zu ergänzen und einen stärkeren Fehlerschutz für die Daten I1 zu bewirken. Dann wird ein Block Nullwerte H2 aus der Quelle 23 für die schwächer zu schützenden Daten 12 eingefügt, also eine übliche Depunktierung im Bereich L2 durchgeführt. Die Umschaltung zwischen den Blöcken H1 und H2 sowie deren Zusammenführung wird durch den Multiplexer 22 bewirkt. Zuvor wird der empfangene Datenstrom im Eingangsmultiplexer 24 in die den schwächeren Fehlerschutz darstellenden Codebits L und die Zusatzredundanzinformation H1 aufgeteilt.

Einfache Decoder, die zwar den vereinbarten punktierten Faltungscode verwenden, aber nicht imstande sind die zusätzliche Redundanzinformation H1 einzufügen, führen die Depunktierung über den gesamtem Bitstrom L mit Nullwerten durch; dies entspricht dem schwächeren Fehlerschutz für alle Informationsbits I. Diese Decoder müßten lediglich in der Lage sein, den für sie nicht auswertbaren Datenblock H1 zu ignorieren (z. B. über einen einfachen Eingangsdemultiplexer).

Anwendungsbedarf besteht grundsätzlich in den digitalen Übertragungssystemen, in denen ein ungleichmäßiger zweistufiger Fehlerschutz innerhalb eines übertragenen Datenpakets gefordert ist. Im besonderen ist das Verfahren dort einsetzbar, wo bereits ein Fehlerschutz auf der Basis eines punktierten Faltungscodes vorgegeben ist und dieser Fehlerschutz für einen bestimmten Teil der Quellinformation unter Beibehaltung der bisher empfangenen Datensequenz als Basisinformation (Kompatibilität!) aufgewertet werden soll. Einen aktuellen Anwendungsfall stellen die Überlegungen für einen stärkeren Schutz der Packetköpfe im DVB-S (Digital Video Broadcasting-Satellite)-System dar. Durch die blockweise Trennung von fehlergeschützter Information und der diesen Fehlerschutz aufwertenden zusätzlichen Redundanz läßt sich die Leistungsfähigkeit des Fehlerschutzes an die Qualität des Übertragungskanals anpassen. Für die Übertragung über den störempfindlicheren Kanal ist lediglich der Block an Zusatzredundanzinformation Zusatzinformation hinzuzufügen. Weiterhin ist sogar eine Trennung der Übertragungswege für die Basis- und Zusatzinformation denkbar.

Claims (1)

1. Verfahren zum Übertragen oder Speichern von faltungscodierten Datensignalen, insbesondere digitalisierten Bild- und/oder Tonsignalen, welche in Blöcke unterschiedlicher Wichtigkeit unterteilt sind, bei dem sich coderseitig an die Faltungscodierung eine Punktierung anschließt, welche decoderseitig durch die Punktierung rückgängig gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung beliebiger Punktierungsvorschriften und zweier unterschiedlicher Wichtigkeiten (I1, I2) der Datenblöcke

   • a) coderseitig die punktierten Bits (H1) des Blocks mit der höheren Wichtigkeit (I1) abgetrennt und als zusätzlicher Block (H1) zusammen mit den nicht­ punktierten Bits beider Blöcke übertragen bzw. gespeichert werden, und
   • b) decoderseitig die Bits des zusätzlich übertragenen bzw. gespeicherten Blocks (H1) für die Rekonstruierung des Blocks mit der höheren Wichtigkeit (I1) bei der Depunktierung verwendet werden.