DE19844140C1

DE19844140C1 - Kodier-/Dekodiervorrichtung zum Durchführen eines Block-Interleaving/Deinterleaving

Info

Publication number: DE19844140C1
Application number: DE1998144140
Authority: DE
Inventors: Andreas Falkenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kodier-/Dekodiervorrichtung zum Durchführen eines Block-Interleaving/Deinterleaving, bei der ein Speicher (1) und eine Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung (2) zum Kodieren/Dekodieren verwendet werden. In Abhängigkeit von einem Schreib-/Lesesignal r/w für den Speicher (1) werden die am Speicher anliegenden Adreßleitungen derart modifiziert, daß ein Einschreiben und Auslesen von Daten in bzw. aus dem Speicher (1) ein gewünschtes Block-Interleaving/Deinterleaving ergibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kodier- bzw. Dekodiervor richtung zum Durchführen eines Block-Interleaving bzw. eines Block-Deinterleaving.

Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kodier- bzw. Dekodiervorrichtung wie sie für die digitale Mo bilfunkübertragung verwendet wird, wobei zur Herabsetzung von Bitfehlerraten durch die Minimierung von Burstfehlern ein Block-Interleaving bzw. Deinterleaving verwendet wird.

Bei der digitalen Mobilfunkübertragung zwischen einer Basis station und einer Mobilstation gibt es in der Regel mehrere mögliche Ausbreitungswege. Reflexion und Streuung von Wellen an Gebäuden, Bergen, Bäumen und anderen Hindernissen führen dazu, daß sich die Empfangsfeldstärke aus mehreren, im allge meinen unterschiedlich starken und unterschiedlich verzöger ten Komponenten zusammensetzt. Die einzelnen Wellen können sich entweder konstruktiv oder destruktiv überlagern, wodurch sich in einem räumlichen Empfangsbereich stark wechselnde Pe gelverläufe ergeben. Durchfährt ein mobiler Empfänger einen derartigen Empfangsbereich, so führt dies zu ortsabhängig stark wechselnden Empfangspegeln, was als Fading bzw. als Fast Fading bezeichnet wird.

Diese Fading-Einbrüche erzeugen in einem mobilen Empfänger sogenannte Bündelfehler bzw. Burstfehler, wodurch sich eine bemerkbare Störung ergibt.

Zur Herabsetzung derartiger Burstfehler ist in vielen digita len Mobilfunkstandards Interleaving vorgesehen. Unter Inter leaving versteht man die Umordnung und zeitliche Spreizung von Symbolen auf eindeutige, deterministische Weise. Dadurch können Bündelfehler derart in einem Übertragungskanal ver teilt werden, daß dieser annähernd "gedächtnislos" wird, wo bei in Kombination mit Fehlererkennungsvorrichtungen Übertra gungsfehler auf ein geeignetes Maß reduziert werden können.

Für das Interleaving gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, wobei das diagonale Interleaving, daß Block-Interleaving und das Faltungs-Interleaving am bekanntesten sind.

Beim Block-Interleaving wird ein Datenstrom zeilenweise in eine x × y-Matrix geschrieben und anschließend spaltenweise wieder ausgelesen.
Einschreiben der Daten:

1 5 3 4 7 9 6 8 2

in eine x × y-Matrix ergibt den Block:

1 5 3
4 7 9
6 8 2.

Durch spaltenweises Auslesen dieses Blocks ergibt sich nun mehr ein kodierter Datenstrom:

1 4 6 5 7 8 3 9 2.

Bei Auftreten eines Burstfehlers, der beispielsweise die Da ten 4, 7 und 9 beschädigt und somit einen spürbaren Blockfeh ler verursacht, wird nach dem Block-Interleaving der Fehler im Datenstrom gespreizt bzw. verteilt, wodurch sich bei ge eigneter Fehlerkorrektur eine verbesserte Übertragungsquali tät erzielen läßt.

Das Block-Interleaving bzw. die Umsortierung der Daten ge schieht üblicherweise mit einer entsprechenden Softwarerouti ne, die eine spezielle Adreßberechnung durchführt, oder mit einer speziellen Hardware, die aus mehreren hintereinander angesteuerten Schieberegistern besteht.

Nachteilig ist hierbei jedoch der große Zeitbedarf und/oder Schaltungsaufwand für einen derartigen Block-Interleaver.

Aus der US 5,659,580 sind ein Datenspeicher, ein Zähler, ein Multiplexer und Mittel zur Vertauschung von Speicher-Adressen bekannt, wobei codierte Daten unter durch den Zähler erzeugte aufeinanderfolgenden zusammenhängende Speicher-Adressen ge speichert wird. Nachdem die codierten Daten vollständig ge speichert sind, verbindet der Multiplexer die Mittel zur Ver tauschung von Adressen, der unzusammenhängende bzw. nicht aufeinanderfolgende Adressen erzeugt, mit dem Datenspeicher, so daß die codierten Daten in einer unzusammehängenden Reihe folge ausgelesen werden können.

Aus der WO 89/01265 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der Daten temporär in einen Speicher gespeichert werden und das Auslesen der Daten erfolgt anschließend, in einer unzusammen hängen Reihenfolge, wobei eine Vielzahl von Zählern verwendet werden um Adressen zu generieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kodier- /Dekodiervorrichtung zum Durchführen eines Block-Interlea ving/Deinterleavings zu schaffen, die besonders kostengünstig herzustellen ist und ein schnelles Umsortieren der Daten er möglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Insbesondere durch die Verwendung einer Adreßleitungs-Modifi kationsvorrichtung, die in Abhängigkeit von einem Schreib- /Lesesignal eine Vielzahl von Eingangs-Adreßleitungen modifi ziert, kann durch ein Einschreiben der Daten unter Verwendung der nichtmodifizierten Adreßleitungen und dem Auslesen der Daten unter Verwendung der modifizierten Adreßleitungen ein sehr schnelles Block-Interleaving kostengünstig realisiert werden.

Dabei besteht die Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung aus einer Schaltvorrichtung mit zwei Eingängen und einem Ausgang, der mit einem Adreßeingang eines herkömmlichen RAM-Speichers verbunden ist. Die Schaltvorrichtung wird hierbei vom Schreib-Lesesignal des Speichers derart angesteuert, daß er entweder den ersten oder den zweiten Eingang mit dem Ausgang des Multiplexers und dem damit verbundenen Speicher verbin det. Die Vielzahl von Adreßleitungen werden hierbei entweder mit einem Eingang direkt verbunden oder mit dem anderen Ein gang derart verbunden, daß sich eine Rotationsverschiebung von den höherwertigen zu den niederwertigen Adreßleitungen ergibt. Dadurch wird beispielsweise beim Einlesen eine jewei lige Adresse direkt an den Speicher angelegt, während beim Auslesen der Daten aus dem Speicher durch die Rotation der Adreßleitungen dem Block-Interleaving entsprechend unsortier te Daten aus dem Speicher ausgelesen werden können. Aufgrund der Verwendung von herkömmlichen Hardwarekomponenten und dem sehr einfachen Aufbau ergibt sich eine außerordentliche Ko stenersparnis und darüber hinaus eine Verringerung des Strom bedarfs, der bei der Herstellung zukünftiger mobiler Endgerä te wesentlich ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Blockdarstellung einer Kodier-/Dekodiervorrich tung zum Durchführen eines Block-Interleaving/Deinterleaving.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kodier-/Dekodier vorrichtung zum Durchführen eines Block-Interleaving/Deinter leaving. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Speicher, in den zu kodierende Daten bzw. ein zu kodierender Datenstrom eingeschrieben wird. Der Speicher 1 ist über einen Adreßbus 7, der aus einer Vielzahl von Adreßleitungen besteht, mit ei ner Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung 2 verbunden. Die Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung 2 besitzt ferner an ihrem Eingang eine Vielzahl von Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄, die in Abhängigkeit von einem Schreib-Lesesignal r/w modifiziert werden und als jeweilige Adreßleitungen für den Speicher 1 dienen. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Schreib-/Leseleitung, über die das Schreib-/Lesesignal r/w der Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung 2 sowie dem Spei cher 1 zugeführt wird.

Ein Block-Interleaving wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß bei einem Schreibvorgang von Daten über einen Datenbus 9 in den Speicher 1 die Eingangs-Adreßleitun gen a₀ bis a₄ direkt, d. h. nicht modifiziert, mit dem Adreß bus 7 in Verbindung stehen. Durch schrittweises Erhöhen der Adresse und gleichzeitiges Einschreiben der Daten in den Speicher 1 werden somit Daten in einer vorbestimmten Reihen folge im Speicher 1 abgelegt. Beim nachfolgenden Lesevorgang werden jedoch die Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ derart modifiziert und mit dem Adreßbus 7 verbunden, daß bei Anlegen der gleichen Adreßreihenfolge an den Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ zeitlich gespreizte Daten aus dem Speicher 1 über den Datenbus 9 ausgelesen werden können, was einem Block- Interleaving entspricht.

Die Fig. 1 zeigt einen besonders vorteilhaften Aufbau für eine derartige Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung 2. Sie besteht im wesentlichen aus einem Umschalter bzw. Multiplexer 3, der einen ersten Eingang 4, einen zweiten Eingang 5 und einen Ausgang 6 aufweist. Der Multiplexer 3 besitzt als Steu erleitung eine Schreib-/Leseleitung 8, mit der auch der Spei cher 1 angesteuert wird. In Abhängigkeit vom Schreib- /Lesesignal r/w wird der Ausgang 6 des Multiplexers 3 entwe der mit dem ersten Eingang 4 oder mit dem zweiten Eingang 5 verbunden. An die Eingänge 4, 5 und den Ausgang 6 des Multi plexers 3 werden Adreßleitungen angeschaltet. Die Adreßlei tungen des Ausgangs 6 sind hierbei direkt mit dem Adreßein gang des Speichers 1 verbunden. Demgegenüber sind die Adreß leitungen der Eingänge 4 und 5 des Multiplexers 3 auf beson dere Weise mit den Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ verbun den.

Gemäß Fig. 1 sind die Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ di rekt mit dem zweiten Eingang 5 des Multiplexers 3 verbunden, während die gleichen Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ derart modifiziert mit dem ersten Eingang 4 des Multiplexers 3 ver bunden sind, daß die drei niederwertigen Eingangs-Adreßlei tungen a₀, a₁ und a₂ um drei Stellen nach rechts verschoben bzw. rotiert werden, wodurch die höherwertigen Eingangs- Adreßleitungen a₃ und a₄ jeweils an die Stelle der früheren Adreßleitungen a₀ und a₁ verschoben werden. Die Modifikation der Eingangs-Adreßleitungen gemäß Fig. 1 entspricht somit einer Rotationsverschiebung der Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ von den höherwertigen zu den niederwertigen Adreßlei tungen bzw. einer Verschiebung um drei Stellen nach rechts. Eine derartige Schaltung ist insbesondere für Block-Interlea ving außerordentlich platz- und energiesparend, was für mo bile Endgeräte von großer Bedeutung ist. Darüber hinaus ist die Herstellung kostengünstig.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Kodier-Dekodiervor richtung zum Durchführen eines Block-Interleaving/Deinter leaving gemäß Fig. 1 im einzelnen beschrieben. Zunächst wird in einem Schreibvorgang ein Datenstrom über den Datenbus 9 in den Speicher 1 eingeschrieben. Hierbei wird über die Schreib- Leseleitung 8 im Multiplexer 3 der zweite Eingang 5 mit dem Ausgang 6 verbunden. Dies bedeutet, daß die Eingangs-Adreß leitungen a₀ bis a₄ direkt, das heißt in nicht veränderter Reihenfolge mit dem Adreßeingang des Speichers 1 in Verbin dung stehen. Durch schrittweises Erhöhen der an den Eingangs- Adreßleitungen a₀ bis a₄ anliegenden Adressen können somit eine Vielzahl von Daten eingeschrieben werden. Bei einem nachfolgenden Lesevorgang wird über die Schreib-/Leseleitung 8 im Multiplexer 3 der erste Eingang 4 mit dem Ausgang 6 ver bunden. Aufgrund der Tatsache, daß die am ersten Eingang 4 anliegenden Adreßleitungen eine veränderte bzw. modifizierte Reihenfolge der Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ aufweisen, liegen während des Lesevorgangs die Eingangs-Adreßleitungen a₀ bis a₄ in veränderter (rotationsverschobener) Form am Speicher 1 an. Dadurch ergibt sich ein Block-Interleaving des ausgelesenen Datenstroms, obwohl die an den Eingangs-Adreß leitungen a₀ bis a₄ anliegende Adresse schrittweise um 1 er höht wird.

Für den Fall, daß die Anzahl der Zeilen y und der Spalten x der Block-Interleaving-Matrix eine Zweierpotenz ergeben, kann ein herkömmlicher Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) verwendet werden. Das Block-Interleaving für eine (x, y)-Matrix mit y = 2^m Zeilen und x = 2ⁿ Spalten kann somit mit einem sehr geringen Hardwareaufwand bei minimalen Lauf zeiten realisiert werden. Insbesondere entfällt dadurch eine komplexe und zeitaufwendige Adreßberechnung, wie sie beim herkömmlichen Block-Interleaving durchgeführt wird.

Das Dekodieren bzw. das Deinterleaving wird mit derselben Schaltung durchgeführt, wobei jedoch die modifizierten Adreß leitungen zum Schreiben der Daten genutzt werden, und die un modifizierten zum Lesen. Genauer gesagt würde bei der Deko diervorrichtung zum Durchführen eines Block-Deinterleavings im Multiplexer 3 der erste Eingang 4 mit dem Ausgang 6 in ei nem Schreibvorgang verbunden werden, während der zweite Ein gang 5 mit dem Ausgang 6 im Lesevorgang verbunden ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist auf ein Block- Interleaving/Deinterleaving für eine Matrix mit y = 2^m = 8 Zeilen und x = 2ⁿ = 4 Spalten ausgelegt. Dadurch ergeben sich n + m = 5 Adreßleitungen, wobei ein Adreßleitungspfad um m = 3 Stellen nach rechts verschoben wird. m und n sind hier bei natürliche Zahlen aus der Wertemenge {0, 1, 2, 3, ...}.

Es können jedoch auch weitere Block-Interleaving/Deinter leaving realisiert werden, wie nachfolgend anhand von zwei Beispielen beschrieben wird.

Gemäß einem ersten Beispiel soll der folgende Datenstrom in einen Interleaver geschoben werden, wobei der Einfachheit halber die Adressen mit den Daten übereinstimmen:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.

Die Matrix für das Block-Interleaving besteht aus x = 4 Spal ten und y = 4 Zeilen:

Nach Durchführung des Block-Interleaving ergibt sich der ko dierte Datenstrom:

0 4 8 12 1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15.

Gemäß diesem Beispiel besitzt die Matrix x = 2ⁿ = 4 Spalten und y = 2^m= 4 Zeilen. Dies bedeutet, daß n = m = 2 ist. Dar aus ergeben sich n + m = 4 Adreßleitungen:

a₃ a₂ a₁ a₀.

Ferner müssen gemäß der vorliegenden Erfindung die Adreßlei tungen in einem Eingangspfad des Multiplexers 3 um m Stellen nach rechts rotiert bzw. verschoben werden. Bei einer Ver schiebung von zwei Stellen der vier Adreßleitungen a₀ bis a₃ in Richtung zu den niederwertigen Adreßleitungen ergibt sich folgende Modifikation für die Adreßleitungen am ersten Ein gang 4 des Multiplexers 3:

a₁ a₀ a₃ a₂.

Vergleicht man die binäre Darstellung der beiden Folgen, so entspricht dies exakt dem Ergebnis des gewünschten Block- Interleaving, das heißt es werden bei schrittweisem Erhöhen der an den Eingangs-Adreßleitungen anliegenden Adresse die richtigen Adressen erzeugt, die in diesem Fall mit den ent sprechenden Kodierungsdaten übereinstimmen.

Durch die einfache Struktur der benötigten Hardware ergibt sich gegenüber herkömmlichen Kodier-/Dekodiervorrichtungen eine Kostenersparnis und ein verringerter Platzbedarf.

Nachfolgend sei ein weiteres Beispiel für ein Block-Interlea ving beschrieben, bei dem die Matrix aus x = 8 = 2³ Spalten und y = 2 = 2¹ Zeilen besteht. Demzufolge ist n = 3 und m = 1.

Der Datenstrom:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

besitzt demzufolge in der Matrix mit 8 Spalten und 2 Zeilen die Form:

Nach dem Block-Interleaving ergibt sich der Datenstrom:

0 8 1 9 2 10 3 11 4 12 5 13 6 14 7 15.

Die n + m = 4 Adreßleitungen müssen demzufolge in einem Ein gangspfad des Multiplexers um m = 1 Stelle nach rechts ro tiert bzw. in Richtung zu den niederwertigen Adreßleitungen verschoben werden.

Die Eingangs-Adreßleitungen

a₃ a₂ a₁ a₀

werden demnach derart modifiziert, daß sie an einem Eingang des Multiplexers die Reihenfolge

a₀ a₃ a₂ a₁

aufweisen.

Vergleicht man wiederum die binäre Darstellung der beiden Folgen, so entspricht dies exakt dem Ergebnis des gewünschten Block-Interleaving:

Mit der vorliegenden Erfindung kann demzufolge ein Block- Interleaving auf besonders einfache Weise realisiert werden, wodurch sich insbesondere die Herstellungskosten verringern. Durch die hardwaremäßige Realisierung erhält man ferner mini male Laufzeiten, was insbesondere bei Mobilfunkanwendungen von Bedeutung ist. Ferner hat die Schaltung zur Realisierung des vorstehend beschriebenen Block-Interleaving/Deinterlea ving einen außerordentlich geringen Energiebedarf, was für batteriebetriebene mobile Endgeräte ein wesentlicher Vorteil ist.

Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere für die Verwen dung in Mobilfunkgeräten in GSM-/UMTS-Standards beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann für alle Ko dier-/Dekodiervorrichtungen verwendet werden, in denen ein schnelles und kostengünstiges Block-Interleaving/Deinterlea ving gefordert ist.

Claims

1. Kodier-/Dekodiervorrichtung zum Durchführen eines Block- Interleaving/Deinterleaving mit einer adressierbaren Spei chervorrichtung (1) zum Speichern von Daten, einer Vielzahl von Eingangs-Adreßleitungen (a₀...a₄) zum Adressieren der Speichervorrichtung (1), und einer Adreßleitungs- Modifikationsvorrichtung (2), die in Abhängigkeit von einem Schreib-/Lesesignal (r/w) die Vielzahl von Eingangs- Adreßleitungen (a₀...a₄) modifiziert, dadurch gekenn zeichnet, daß die Adreßleitungs-Modifikationsvorrichtung (2) eine Schalt vorrichtung (3) mit einem ersten Eingang (4), einem zweiten Eingang (5) und einem Ausgang (6) zum Verbinden des jeweili gen ersten (4) oder zweiten Eingangs (5) mit dem Ausgang (6) in Abhängigkeit vom Schreib-/Lesesignal (r/w) aufweist, wobei die Vielzahl von Eingangs-Adreßleitungen (a₀...a₄) mit dem zweiten Eingang (5) direkt und mit dem ersten Eingang (4) derart verbunden sind, daß eine Rotationsverschiebung von den höherwertigen zu den niederwertigen Eingangs-Adreßleitungen vorliegt.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Block-Interleaving/Deinterleaving für eine Matrix von y = 2^m Zeilen und x = 2ⁿ Spalten durchgeführt wird, wobei die Vielzahl von Eingangs-Adreßleitungen (a₀...a₄) n + m Adreß leitungen aufweisen und am ersten Eingang (4) um m Stellen verschoben sind, wobei n und m natürliche Zahlen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (1) ein Schreib-/Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff ist.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (3) ein Multiplexer ist.