DE602005005031T2

DE602005005031T2 - Kommunikationsrelaiseinrichtung

Info

Publication number: DE602005005031T2
Application number: DE602005005031T
Authority: DE
Inventors: Christoph Hausl; Frank Schreckenbach; Ioannis Oikonomidis; Gerhard Bauch
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: JP2006352855A; JP2009050008A; CN1881965A; JP4705978B2; DE602005005031D1; EP1729435B1; EP1729435A1; CN100588191C; JP4272663B2; US20060291440A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Digitalkommunikationssysteme und insbesondere auf Digitalkommunikationsnetzwerke.
Ein Digitalkommunikationsnetzwerk besteht aus einer oder mehreren Quellen, Zwischenknoten (Weiterleitungen) und einer oder mehreren Senken (Verbrauchern). Informationen müssen von der bzw. den Quelle(n) zu der bzw. den Senke(n) über das Netzwerk gesendet werden, wohingegen die Knoten oft anhand von bandbegrenzten Kanälen mit einer zeitlich veränderlichen Störung verbunden sind. Das technische Ziel besteht darin, eine qualitativ hochwertige Kommunikation mit einer geringen Bitfehlerrate zu liefern, wobei die Gesamtsendeleistung eingeschränkt ist.
Eine bekannte Lösung, Daten von einer Quelle über ein Netzwerk an eine Senke zu senden, besteht darin, die Informationen durch das Netzwerk hindurch zu routen. Um die Informationen vor Fehlern zu schützen, unterzieht die Quelle die Informationen einer Kanalcodierung, die Weiterleitungsvorrichtung versucht, die Informationen mit einem Kanaldecodierer zu rekonstruieren, unterzieht die Informationen erneut einer Kanalcodierung und sendet sie an die nächste Weiterleitungsvorrichtung oder an die Senke. Die Senke versucht, die Informationen zu rekonstruieren, indem sie alle Informationen, die an die Senke gesendet wurden, betrachtet. Bei B. Zhao und M. Valenti, „Distributed Turbo Coded Diversity for the Rayleigh Channel", Electronic Letters, 39: 786–787, 2003, wurde gezeigt, wie ein verteilter Turbocode bei einem System mit einer Quelle, einer Weiterleitungsvorrichtung und einer Senke verwendet werden kann. Turbocodes sind iterative Kanalcodes, die eine viel bessere Leistungsfähigkeit liefern als nicht-iterative Kanalcodierungsschemata.
Überdies wurde bei B. Zhao und M. Valenti, „Practical Relay Networks: A Generalization of Hybrid-ARQ", IEEE Journal an Selected Areas in Communications, 23(1): 7–18, Januar 2005, eine Verallgemeinerung des Hybrid-Automatische-Wiederholanforderung-Protokolls (Hybrid-ARQ-Protokolls, ARQ = hybrid-automatic repeat request, automatische Wiederholanforderung) für Weiterleitungsnetzwerke präsentiert, die eine praktischere und flexiblere Verwendung von Weiterleitungsvorrichtungen ermöglicht. Gemäß diesem Protokoll sendet die Quelle kanalcodierte Informationen an die Senke. Die Weiterleitungsvorrichtungen hören auch diese Übertragung ab. Wenn eine Weiterleitungsvorrichtung in der Lage ist, die Informationen der Quelle zu decodieren, dann könnte sie eine zusätzliche Redundanz an die Senke senden. Während des Konkurrenzzeitraums wird beschlossen, falls eine dieser Weiterleitungsvorrichtungen oder die Quelle den nächsten Block mit einer zusätzlichen Redundanz sendet, wo die Weiterleitungsvorrichtungen und die Quelle sich gegenseitig informieren, falls sie erfolgreich decodiert haben.
Jedoch liefern die bekannten Lösungen lediglich eine suboptimale Möglichkeit, Daten bezüglich einer verwendeten Leistungszuweisung, Bandbreite und Bitfehlerrate zu übertragen.
Ferner ist eine iterative Decodierung von Niedrigdichte-Paritätsprüfung-Codes (LDPC-Codes, LDPC = low-density parity-check) ein leistungsstarkes Verfahren zum Annähern an Kapazitäts- oder AWGN-Kanäle (AWGN = additive Gaussian White noise, additives weißes Gaußsches Rauschen), wie bei T. J. Richardson, M. A. Shokrollahi und R. L. Urbanke, „Design of Capacity-Approaching irregular low density parity-check codes", IEEE Transactions an Information Theory, 97(2): 619–637, Februar 2001, gezeigt wurde.
Das Dokument WO 2005/027396 A1 offenbart ein Verfahren und System zum Übertragen von Signalen in einem drahtlosen Weiterleitungsnetzwerk. Das Verfahren und System ermöglichen, dass zwei Potentiale, die durch drahtlose Weiterleitungssysteme angeboten werden können, d. h. Diversity-Gewinne und Dämpfungseinsparungen, gleichzeitig genutzt werden. Das in der WO 2005/027396 A1 offenbarte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Quelle und dem Zielort angebrachte Weiterleitungsvorrichtung unabhängig von Informationen, die sich auf andere Komponenten des Netzwerks beziehen, entscheidet, ob ein von der Quelle oder von zumindest einer anderen Weiterleitungsvorrichtung empfangenes Signal decodiert und weitergesendet werden soll. Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungsvorrichtung eine Entscheidungseinheit zur Signaldecodierung und Weitersendungsentscheidung umfasst.
Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit einer Datenübertragung zu liefern, die verbesserte Charakteristika aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Kommunikationsweiterleitungssystem gemäß Anspruch 9, ein Verfahren zum Liefern einer netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz gemäß Anspruch 10, einen Kommunikationsempfänger gemäß Anspruch 11, ein Kommunikationsempfängersystem gemäß Anspruch 20 und ein Verfahren zum Liefern einer ersten und zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz gemäß Anspruch 21 gelöst.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung zum Liefern einer netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz, wobei die Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Kanaldecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, einen ersten drahtlosen Kanal zu überwachen, eine erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von ei ner ersten Datenquelle über den ersten drahtlosen Kanal zu empfangen und die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu decodieren, um eine erste decodierte Sequenz von Informationseinheiten zu erhalten;
einen zweiten Kanaldecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, einen zweiten drahtlosen Kanal zu überwachen, eine zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von einer zweiten Datenquelle über den zweiten drahtlosen Kanal zu empfangen und die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu decodieren, um eine zweite decodierte Sequenz von Informationseinheiten zu erhalten, wobei sich der erste und der zweite drahtlose Kanal voneinander unterscheiden; und
einen Netzwerkcodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, Informationen der ersten und der zweiten decodierten Sequenz von Informationseinheiten zu der netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz zu netzwerkcodieren, wobei der Netzwerkcodierer ferner dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkcodierte Informationseinheitssequenz auf drahtlose Weise an eine Datensenke zu übertragen.
Ferner liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Liefern einer netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz, das folgende Schritte umfasst:
Empfangen einer ersten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten von einer ersten Datenquelle über einen ersten drahtlosen Kanal, und um die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu decodieren, um eine erste decodierte Sequenz von Informationseinheiten zu erhalten;
Empfangen einer zweiten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten von einer zweiten Datenquelle über einen zweiten drahtlosen Kanal, und um die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu decodieren, um eine zweite decodierte Sequenz von Informationseinheiten zu erhalten, wobei sich der erste und der zweite drahtlose Kanal voneinander unterscheiden;
Netzwerkcodieren von Informationen der ersten und der zweiten decodierten Sequenz von Informationseinheiten zu der netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz; und drahtloses Übertragen der netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz an eine Datensenke.
Außerdem liefert die vorliegende Erfindung einen Kommunikationsempfänger zum Liefern einer ersten und einer zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz, wobei der Kommunikationsempfänger folgende Merkmale aufweist:
einen Netzwerkdecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, eine netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu empfangen, wobei die netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten Informationen einer ersten und einer zweiten Datenquelle umfasst, die auf einem ersten beziehungsweise einem zweiten drahtlosen Kanal übertragen wurde, wobei der Netzwerkdecodierer dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu Netzwerkdecodierersequenzen zu decodieren;
einen ersten Kanaldecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, eine erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von einer ersten Datenquelle über einen ersten Kanal zu empfangen und die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz zu decodieren, um die erste Kanaldecodiererausgabesequenz zu erhalten; und
einen zweiten Kanaldecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, eine zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von einer zweiten Datenquelle über einen zweiten Kanal zu empfangen, wobei sich der erste und der zweite Kanal voneinander unterscheiden, wobei der zweite Kanaldecodierer ferner dahin gehend konfiguriert ist, die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz zu decodieren, um die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz zu erhalten.
Überdies liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Liefern einer ersten und einer zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz, das folgende Schritte umfasst:
Empfangen einer netzwerkcodierten Sequenz von Informationseinheiten mit einem Netzwerkdecodierer, wobei die netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten Informationen einer ersten und einer zweiten Datenquelle umfasst;
Decodieren der netzwerkcodierten Sequenz von Informationseinheiten zu einer Netzwerkdecodierersequenz;
Empfangen einer ersten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten von einer ersten Datenquelle mit einem ersten Kanaldecodierer über einen ersten Kanal;
Decodieren der ersten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten mit dem ersten Kanaldecodierer unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz, um die erste Kanaldecodiererausgabesequenz zu erhalten;
Empfangen einer zweiten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten von einer zweiten Datenquelle mit einem zweiten Kanaldecodierer über einen zweiten Kanal, wobei sich der erste und der zweite Kanal voneinander unterscheiden;
Decodieren der zweiten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten mit dem zweiten Kanaldecodierer unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz, um die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Verbesserung der Übertragungscharakteristika verwirklicht werden kann, falls eine Kommunikationsweiterleitung für die Übertragung von Daten von zwei Datenquellen an eine Datensenke verwendet wird, bei der die Informationen der beiden Datenquellen, beispielsweise die Informationen zweier Mobilstationen, zu einem netzwerkcodierten Signal kombiniert sind. Bei diesem Systementwurf empfängt die Weiterleitungsvorrichtung die kanalcodierten Daten von zwei Datenquellen und unterzieht sie einer Kanaldecodierung. Dann werden die empfangenen Daten der beiden Datenquellen zu einem netzwerk(kanal)codierten Datenstrom kombiniert, bei dem die Daten der beiden Datenquellen beispielsweise durch eine spezielle Signatur oder einen speziellen Anfangsblock identifiziert werden. Vorzugsweise wird dieser netzwerkcodierte Datenstrom durch die Verwendung eines speziellen Codes bei diesem Netzwerkcodierungsvorgang auch kanalcodiert. Nach dem Netzwerkcodierungsvorgang werden die netzwerkcodierten Daten an die Datensenke übertragen, bei der ein Netzwerkdecodierungsvorgang durchgeführt werden kann, so dass die (decodierten) Informationen der beiden Datenquellen zusätzlich dazu verwendet werden können, die Informationen, die direkt von den zwei Datenquellen empfangen werden, zu decodieren.
Die vorliegende Erfindung liefert den Vorteil, dass die neue Lösung ermöglicht, Daten mit einer niedrigeren Bitfehlerrate zu übertragen, wenn dieselbe Übertragungsleistung und dieselbe Bandbreite verwendet werden. Alternativ dazu ist eine geringere Übertragungsleistung oder Bandbreite notwendig, um dieselbe Dienstgüte zu erhalten, oder mit derselben Bandbreite kann ein höherer Datendurchsatz erzielt werden.
Insbesondere wenn ein ratenkompatibler Netzwerkkanalcode und ein (erweitertes) verallgemeinertes Hybrid-ARQ-Protokoll verwendet werden, ist eine dezentralisierte Wei terleitungsorganisation möglich. Dies weist folgende Vorteile auf:

1. Optionale Verwendung einer Weiterleitungsvorrichtung. Dies ist wichtig, da bei einem drahtlosen System nicht immer eine Weiterleitungsvorrichtung zur Verfügung steht.
2. Keine zusätzlichen Anforderungen an den Quellen. Dies bedeutet, dass die Quellen nicht wissen müssen, ob eine Weiterleitungsvorrichtung verfügbar ist.
3. Die Senke (z. B. die Basisstation in einem Mobilkommunikationssystem auf Zellularbasis) muss nicht die Weiterleitungsübertragung organisieren.

Der erfindungsgemäße Lösungsansatz weist den Vorteil auf, dass kein Konkurrenzzeitraum notwendig ist. Dies ermöglicht ein effizienteres Protokoll.
Somit ermöglicht es der erfindungsgemäße Lösungsansatz, Netzwerke wirtschaftlicher zu organisieren. Dies gilt besonders für Mobilkommunikationssysteme auf Zellularbasis mit einer Weiterleitungsübertragung. Insbesondere kann bei der Kombination einer Netzwerkcodierung und einer iterativen Decodierung Bandbreite eingespart werden, und weniger Übertragungsleistung ist notwendig. Dies spart Kosten, insbesondere bei drahtlosen Anwendungen, wo Bandbreite knapp und teuer ist. Überdies kann bei dem Transmitter Batterielebensdauer eingespart werden. Dies ist ein wichtiger wirtschaftlicher Vorteil bei Mobilkommunikationssystemen.
Die Erweiterung und Anpassung des verallgemeinerten Hybrid-ARQ-Protokolls für Systeme, die eine iterative Netzwerk- und Kanaldecodierung verwenden, ermöglicht eine praktischere Beteiligung an Ad-hoc-Netzwerken. Somit wird die Beteiligung von Weiterleitungen möglichen Anwendungen näher gebracht. Die Verwendung von Weiterleitungen bei Mobilkommu nikationssystemen auf Zellularbasis erzielt geringere Kosten bei der Infrastruktur, da Weiterleitungen eine Vergrößerung der Zellen ermöglichen. Deshalb sind zum Abdecken eines bestimmten Bereichs weniger Zellen und Basisstationen notwendig.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, bei denen
1 ein schematisches Diagramm der Verwendung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 Diagramme von Tanner-Graphen zum Decodieren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entsprechend der Darstellung in 2 zeigt;
4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kommunikationsempfängers zeigt;
5 eine Tabelle einer speziellen Kombination von Variablen zur Verwendung der offenbarten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Diagramm zeigt, bei dem ein Vergleich der Bitfehlerraten mehrerer Systementwürfe, einschließlich eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, offenbart ist;
7 ein Diagramm zeigt, bei dem ein Vergleich der Rahmenfehlerraten mehrerer Systementwürfe, einschließlich eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, offenbart ist; und
8 Systementwürfe zeigt, bei denen eine Weiterleitung zur Übertragung von Daten von mehr als zwei Datenquellen dient und bei denen eine Datenquelle mehr als eine Weiterleitung verwendet.
Gleiche oder ähnliche Elemente sind mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen benannt, wobei auf eine Wiederholung der Erläuterung dieser Elemente verzichtet wird.
Bei einem Netzwerk mit zwei Quellen, einer Weiterleitungsvorrichtung und einer Senke (z. B. Aufwärtsverbindung bei einem Mobilkommunikationssystem auf Zellularbasis, wie es in 1 gezeigt ist) möchten die beiden Quellen (z. B. Benutzer) MS1 und MS2 statistisch unabhängige Daten, die in Blöcke u₁ und u₂ mit der Blocklänge K segmentiert sind, an die Senke (Basisstation) BS übertragen. Um die Übertragung zu unterstützen, auch im Fall eines schwachen ersten Kanals 100 oder eines schwachen Kanals 110, wird eine Weiterleitungsvorrichtung R verwendet, die mit Daten von einer ersten Quelle MS1 und einer zweiten Quelle MS2 versehen ist. Die Weiterleitungsvorrichtung R kann dann die von der ersten und der zweiten Quelle MS1 und MS2 empfangenen Informationen über den Weiterleitungskanal 130 an die Senke BS übertragen.
Ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes ist in 2 gezeigt. Die Informationseinheiten (z. B. Bits) u₁ und u₂ werden vor Übertragungsfehlern mit Kanalcodierern geschützt, die eine kanalcodierte Informationseinheitssequenz x₁ (d. h. Kanalcodierer 1 bei MS1) und x₂ (d. h. Kanalcodierer 2 bei MS2) mit der Blocklänge N ausgeben. Die Weiterleitungsvorrichtung R, die auf Grund der Übertragung über den Kanal 200 und 202 die verteilten Versionen der kanalcodierten Informationseinheitssequenz x₁ (d. h. y₁₄) und x₂ (d. h. y₂₄) empfängt, kann die empfangenen Sequenzen decodieren und sollte einen zusätzlichen Fehlerschutz durch Verwendung einer linearen Netzwerkcodierung liefern. Dies bedeutet, dass die Weiter leitungsvorrichtung die Informationen y₁₄ von der ersten Quelle MS1 empfängt und sie in dem ersten Kanalcodierer 1 204 decodiert, um die erste Schätzung u ^₁₄ zu erhalten, bei der die Weiterleitungsvorrichtung die Informationen y₂₄ von der zweiten Quelle MS2 empfängt und sie in dem zweiten Kanaldecodierer 2 206 decodiert, um die zweite Schätzung u ^₂₄ zu erhalten. Die beiden Schätzungen u ^₁₄ und u ^₂₄ werden linear gemeinsam zu den netzwerkcodierten Informationseinheiten (z. B. Bits) x₄, die die Blocklänge N_R aufweisen, kombiniert. Dieser gemeinsame Netzwerkcodierungsvorgang wird in dem Netzwerkcodierer 208, wie er in 2 gezeigt ist, durchgeführt. Hier kann der Netzwerkcodierer 208 einen Netzwerkcode zum Kombinieren der Informationen der ersten und der zweiten Datenquelle zu einem Datenstrom verwenden. Dieser kombinierte Datenstrom kann durch die Wahl eines speziellen Netzwerkkanalcodes (z. B. eines LDPC-Codes; LDPC = Niedrigdichte-Paritätsprüfungscode) kanalcodiert werden, um einen verbesserten Schutz zu liefern, wenn der netzwerkcodierte Datenstrom über den Kanal 130 übertragen wird, der die Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung R mit der Datensenke (Basisstation BS) verknüpft. Trotzdem wird der Ausgangsdatenstrom x₄ der Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung R in der vorliegenden Beschreibung lediglich als „netzwerkcodierte" Sequenz von Informationseinheiten x₄ bezeichnet, da das Hauptmerkmal dieser Sequenz darin besteht, dass sie die Informationen beider, der ersten und der zweiten, Datenquellen umfasst, die von den Schätzungen u ^₁₄ und u ^₂₄ abgeleitet sind. Bei der Senke BS (Basisstation) kann ein gemeinsamer Netzwerk-/Kanaldecodierer so konfiguriert sein, dass er eine erste Ausgangsinformationssequenz u ^₁₃ und eine zweite Ausgangsinformationssequenz u ^₂₃ liefert, wobei angenommen wird, dass die erste Informationsausgabesequenz Daten umfasst, die von der ersten Quelle gesendet werden, und wobei davon ausgegangen wird, dass die zweite Ausgabeinformationssequenz Daten umfasst, die von der zweiten Quelle gesendet werden. Die genaue Art und Weise, die erste und zweite Ausgabeinformationssequenz von den Informationssequenzen, die die Senke von der ersten und der zweiten Quelle und der Weiterleitungsvorrichtung empfängt, abzuleiten, wird nachstehend ausführlicher erörtert.
Ferner wird das bei diesem Beispiel verwendete Kanalmodell ausführlicher erörtert. Hier wird der Fall eines allgemeinen AWGN-Fadingkanals betrachtet, der durch Yi3 = ai·xi + ni,für i ∊ {1, 2, 4}, beschrieben werden kann, wobei das Rauschen n_i keinen Gleichanteil aufweist und gaußförmig mit einer Varianz σ² ist, und die Elemente der Codeblöcke x_i entweder –1 oder +1 sind. Der Kanalfaktor a_i, der durch E[a_i ²] = 1 eingeschränkt wird, ist Rayleigh-verteilt und stellt das Fading auf Grund einer Mehrwegausbreitung und der Bewegung des Transmitters dar. Man geht davon aus, dass die Fadingfaktoren a_i (i ∊ (1, 2, 4}) der drei Kanäle statistisch unabhängig und über einen Block hinweg konstant sind.
Da Fading lediglich an dem Kanal von der Weiterleitungsvorrichtung R zu der Basisstation BS auftritt, falls die Weiterleitungsvorrichtung mobil ist (z. B. ein weiterer Benutzer die Weiterleitungsvorrichtung ist), wird auch ein zweites Modell für diesen Kanal in Betracht gezogen. Falls die Weiterleitungsvorrichtung ortsfest (z. B. an einer Ampel installiert) ist, geht man davon aus, dass dieser Kanal ein AWGN-Kanal (AWGN = additive Gaussian White noise, additives weißes Gaußsches Rauschen) ohne Fading ist (a₄ = 1).
Ferner wird auf ein Kanal- und Netzwerkcodieren ausführlicher Bezug genommen. Ein LDPC-Code, wie er bereits im Einleitungsteil erwähnt wurde, kann entweder durch die Paritätsprüfungsmatrix H oder den entsprechenden Tanner-Graphen gekennzeichnet sein. In diesem Abschnitt wird gezeigt, dass der Tanner-Graph einen Rahmen zum Beschreiben des Kanalcodes und des Netzwerkcodes liefert und ermöglicht, sie gemeinsam zu decodieren.
Zuerst wird auf die Kanalcodierung eingegangen. Lineare Blockcodes (z. B. LDPC-Codes) werden bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Kanalcodieren bei MS1 und MS2 verwendet. Die beiden LDPC-Codes mit einer Rate R = K/N sind lineare Blockcodes, die durch schwach besetzte Paritätsprüfungsmatrizes H_i (i ∊ {1, 2}) mit N Spalten und N – K Zeilen festgelegt sind. Der Tanner-Graph eines LDPC-Codes besteht aus N variablen Knoten auf einer Seite und N – K Prüfknoten auf der anderen Seite, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Jeder variable Knoten stellt beispielsweise ein Codebit dar, jeder Prüfknoten beispielsweise eine Paritätsprüfungsgleichung, die einer Zeile von H_i entspricht. Die Codebits x_i = u_iG_i (i ∊ {1, 2}) werden aus den Informationsbits durch eine Multiplikation mit der Generatormatrix G_i, die die Bedingung G_iH_i ^T = 0 erfüllen muss, erzeugt.
Ferner wird ausführlicher auf die Netzwerkcodierung eingegangen. Der Netzwerkcodierer kombiniert die decodierten Informationsbits u ^₁₄ = u₁ und u ^₂₄ = u₂, von denen angenommen wird, dass sie korrekt wiederhergestellt werden, auf lineare Weise, um die Netzwerkcodebits x4 = u1G41 + u2G42 = [u1 u2] G4 zu berechnen. Hier bezeichnet G die Generatormatrix des Netzwerkcodierers 208 an der Weiterleitungsvorrichtung R. Der Netzwerkcode, der die Rate R_R = (2·K)/N_R aufweist, liefert N_R zusätzliche Paritätsprüfungsgleichungen, die die Decodierung an der Senke BS (Basisstation) unterstützen können. Im Gegensatz zu den Kanalcodes kombiniert der Netzwerkcode die Informationsbits von MS1 und MS2. Somit können die Codierungsvorgänge bei MS1, MS2 und der Weiterleitung gemeinsam beschrieben werden:
Obwohl die verschiedenen Codierungsvorgänge auf räumlich verteilte Weise verarbeitet werden, werden sie dann als ein Netzwerkkanalcode mit der Systemrate
behandelt.
Die Paritätsprüfungsmatrix H des Netzwerkkanalcodes muss GH^T = 0 erfüllen und enthält 2·(N – K) + N_R Zeilen und 2·N + N_R Spalten. Der Decodierer an der Senke BS (Basisstation) kann den Nachrichtenübermittlungsalgorithmus auf dem Tanner-Graphen, der der Paritätsprüfungsmatrix H des Netzwerkkanalcodes entspricht, verarbeiten und somit die durch das Netzwerkcodierungsschema gelieferte Diversität nutzen.
Im Weiteren wird der Netzwerkkanalcodeaufbau ausführlicher beleuchtet. Hier muss berücksichtigt werden, wie der Netzwerkkanalcode beispielsweise als LDPC-Code aufzubauen ist, wohingegen dies für den vollständigen Netzwerkkanalcode in einem Schritt erfolgt, auch wenn die Codierer räumlich verteilt sind. Die Rate des Netzwerkkanalcodes ist durch R_S = 1 – d_v/d_c gegeben, wobei d_v der durchschnittliche Grad der Variablen Knoten ist und d_c der durchschnittliche Grad der Prüfknoten ist. Auf Grund der verteilten Netzwerkkanalcodierung dürfen Paritätsprüfungsgleichungen, die zu einem Kanalcode gehören, lediglich Codebits desselben Kanalcodes enthalten, wohingegen es für die Paritätsprüfungsgleichungen des Netzwerkcodes keine Einschränkungen gibt. Unter Einhaltung dieser Einschränkungen können wir einen willkürlichen linearen Blockcode als Netzwerkkanalcode verwenden.
Die Struktur des Tanner-Graphen, der dem Netzwerkkanalcode entspricht, ist in 3(a) gezeigt. Die Kreise zeigen die variablen Knoten, und die Quadrate die Prüfknoten. Der Graph besteht aus drei Teilen für die zwei Kanalcodes (obe rer und unterer Teil) und den Netzwerkcode (Mittelteil). Jeder Teil bekommt die Informationen, die den Nachrichtenübermittlungsalgorithmus initialisieren, von einem anderen Kanal, dessen Fading-Faktoren statistisch unabhängig sind. Während der Netzwerkcode Informationen der ersten Quelle MS1 und der zweiten Quelle MS2 kombiniert, verbinden seine Prüfknoten variable Knoten aller drei Codeteile, und somit können die empfangenen Informationen aller Kanäle dazu verwendet werden, die Informationsbits einer Quelle (Benutzer) zu decodieren. Dies ermöglicht, die durch die drei unabhängigen Fading-Kanäle gelieferte Diversität auszunutzen. Wenn beispielsweise die Übertragung von der ersten Quelle MS1 zu der Senke BS (Basisstation) ein sehr starkes Fading aufweist (a₁ = 0), könnte es möglich sein, die Informationsbits der ersten Quelle MS1 lediglich aus den empfangenen Informationen von der zweiten Quelle MS2 und den von der Weiterleitungsvorrichtung empfangenen Informationen zu rekonstruieren.
Überdies wird eine Netzwerkcodierung mit einer Kanalcodierung kombiniert. Da die Leistungsfähigkeit von LDPC-Codes stark von der Blocklänge abhängt, weist das gemeinsame Decodieren des Netzwerks und des Kanalcodes den Vorteil auf, dass der Tanner-Graph, der zum Decodieren verwendet wird, eine größere Blocklänge aufweist, da die Informationen der beiden Quellen (Benutzer) gemeinsam decodiert werden. Dieser positive Effekt könnte auch für AWGN-Kanäle genutzt werden und wäre sogar noch bedeutender, wenn eine Netzwerkcodierung auf die Informationen von mehr als zwei Quellen (Benutzern) angewendet würde.
Während der Netzwerkcode die zwei Kanalcodes verbindet und kombiniert, kann die durch ein Netzwerkcodieren gelieferte Diversität in 3(a) ausgenutzt werden. Bei 3(b) wird eine Struktur des Tanner-Graphen eines ersten Referenzsystems mit einer Weiterleitungsfunktion, jedoch ohne eine Netzwerkcodierung offenbart. Hierin werden die von der ersten und der zweiten Quelle MS1 und MS2 stammenden Infor mationen nicht in einer gemeinsamen netzwerkcodierten Informationseinheitssequenz kombiniert, wie dies bei der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. Deshalb zeigt 3(b) lediglich zwei getrennte Wege für die jeweiligen Informationen, die über den Weiterleitungskanal übertragen werden. Bei 3(c) ist eine Struktur des Tanner-Graphen eines zweiten Referenzsystems ohne eine Weiterleitungsfunktion offenbart. Hierin ist lediglich die Übertragung über den ersten und den zweiten Kanal von der ersten und der zweiten Quelle zu der Senke (Basisstation) gezeigt. Um einen aussagekräftigen Vergleich zu erhalten, bleibt die Summe der Codebits in dem System 2N + N_R konstant.
4 zeigt ein ausführlicheres Blockdiagramm der Senke, von der man annimmt, dass sie eine Basisstation BS ist, die als Kommunikationsempfänger fungiert. Die Basisstation BS umfasst einen ersten Kanaldecodierer 300, einen Netzwerkdecodierer 402 und einen zweiten Kanaldecodierer 404. Der erste Kanaldecodierer 400 ist dahin gehend konfiguriert, eine erste kanalcodierte Informationseinheitssequenz y₁₃ über einen Kanal 100 von einer ersten Datenquelle MS1 zu empfangen, wie aus 2 ersichtlich ist. Der Netzwerkdecodierer 402 ist dahin gehend konfiguriert, die netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₄₃ über einen Kanal 130 von der Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung R zu empfangen, wie in 2 gezeigt ist. Der zweite Kanaldecodierer 404 ist dahin gehend konfiguriert, die zweite kanalcodierte Informationseinheitssequenz y₂₃ über einen zweiten Kanal 110 von der zweiten Datenquelle MS2 zu empfangen, wie ebenfalls in 2 gezeigt ist. Der Kanaldecodierer 1 und 2 (400 und 404) liefern geschätzte (weiche) Informationen über u₁ und u₂ mittels des Pfades 410 und des Pfades 408 an den Netzwerkdecodierer 402. Da die netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten Informationen umfasst, die von der ersten und der zweiten Datenquelle MS1 und MS2 stammen, die in der netzwerkcodierten Sequenz von Informationseinheiten enthalten ist, ist der Netzwerkdecodierer 402 dahin gehend konfiguriert, Netzwerkdecodiererse quenzen 406 und 407 zu berechnen, die dem ersten Kanaldecodierer 400 und dem zweiten Kanaldecodierer 404 bereitgestellt werden, wo die (weichen) Informationen, die der Netzwerkdecodierer mittels des Pfades 410 und 408 empfängt, verwendet werden müssen. Außerdem ist der Netzwerkdecodierer 402 dahin gehend konfiguriert, einen Netzwerkdecodierungsalgorithmus durchzuführen, um die Informationen, die von der ersten Datenquelle stammen, von den Informationen, die von der zweiten Datenquelle stammen, zu trennen. Somit sieht der Netzwerkdecodierer für beide Kanaldecodierer eine zusätzliche Menge an (weichen) Informationen vor, die bei beiden Kanaldecodierern 400 und 404 dazu verwendet werden können, die empfangene kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu rekonstruieren, so dass der erste Kanaldecodierer 400 die erste Kanaldecodiererausgabesequenz u ^₁₃ ausgeben kann, die im Idealfall genau die Informationssequenz u₁ ist, die durch die erste Datenquelle MS1 übertragen werden soll (wie in 2 gezeigt ist). Dies gilt auch für das Decodieren des zweiten Kanaldecodierers 404, der dann, im günstigsten Fall, in der Lage ist, die Informationssequenz u₂, die über die zweite Datenquelle MS2 übertragen wird, vollständig zu rekonstruieren. Dann ist die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz u ^₂₃ gleich der Informationssequenz u₂, die über die zweite Datenquelle MS2 übertragen wird. Das Weitersenden von (weichen) Informationen von dem Kanaldecodierer 1 und 2 (400 und 404) an den Netzwerkdecodierer 402 über den Pfad 406 und den Pfad 407 und von dem Netzwerkdecodierer an die Kanaldecodierer 1 und 2 über den Pfad 408 und den Pfad 410 muss vorzugsweise mehrere Male wiederholt werden, wohingegen sich die Schätzung von u₁ und u₂ an den Kanaldecodierern mit jeder Iteration verbessert. In diesem Zusammenhang kann erwähnt werden, dass die Netzwerkdecodierersequenz 406 zusätzliche Redundanz- oder Ursprungsinformationen zum Rekonstruieren der gesendeten Informationen beider Datenquellen in beiden Kanaldecodierern 400 und 404 umfassen kann. Ferner ist es möglich, dass, falls der in 2 gezeigte Kanal 100 ein starkes Fading aufweist, die durch die erste Datenquelle MS1 gesen deten Informationen vollständig rekonstruiert werden können, falls der Netzwerkdecodierer mit Informationen gespeist wird, die bezüglich der zweiten Datenquelle MS2 übertragen werden. Dies bedeutet, dass der Netzwerkdecodierer 402 einen Decodierungsalgorithmus anwenden kann, bei dem die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₂₃, die durch die Datensenke empfangen werden, oder die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz u ^₂₃ über einen Decodiererweg 408 dem Netzwerkdecodierer 402 zugeführt werden, bei dem die empfangene netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten und die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₂₃, die durch die Datensenke empfangen wird, oder die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz u ^₂₃ derart verknüpft sind, dass die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₁₃, die durch die Datensenke empfangen wird, dazu verwendet werden kann, die Daten u₁, die durch die erste Datenquelle MS1 übertragen werden sollen, zu rekonstruieren. In einem extremen Fall könnte es auch möglich sein, dass die erste Kanaldecodiererausgabesequenz aus der Netzwerkdecodierersequenz 406 vollständig rekonstruiert werden kann, falls die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₁₄ bei der Übertragung über den Kanal 100 vollständig verloren geht. Falls, analog dazu, der Kanal 110, wie er in 2 gezeigt ist, ein starkes Fading aufweist, können die durch die zweite Datenquelle MS2 gesendeten Informationen vollständig rekonstruiert werden, falls dem Netzwerkdecodierer 402 Informationen zugeführt werden, die bezüglich der ersten Datenquelle MS1 übertragen werden. Dies bedeutet, dass der Netzwerkdecodierer 402 einen Decodierungsalgorithmus anwenden kann, bei dem die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₁₃, die durch die Datensenke BS empfangen werden, oder die erste Kanaldecodiererausgabesequenz u ^₁₃ über einen Decodiererweg 410 dem Netzwerkdecodierer 402 zugeführt werden, bei dem die empfangene netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten und die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₁₃, die durch die Datensenke empfangen wird, oder die erste Kanaldecodierer ausgabesequenz u ^₁₃ derart verknüpft sind, dass die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₂₃, die durch die Datensenke empfangen wird, dazu verwendet werden kann, die Daten u₂, die durch die zweite Datenquelle MS2 übertragen werden sollen, zu rekonstruieren. In einem extremen Fall könnte es auch möglich sein, dass die erste Kanaldecodiererausgabesequenz aus der Netzwerkdecodierersequenz 406 vollständig rekonstruiert werden kann, falls die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten y₂₄ bei der Übertragung über den Kanal 110 vollständig verloren geht.
In dem vorliegenden Dokument werden drei Systeme verglichen, die die iterative gemeinsame Netzwerk- und Kanaldecodierung anwenden. Simulationsergebnisse für den Systemaufbau mit zwei Benutzern, einer Weiterleitung und einem Block-Rayleigh-Fading-Kanal bestätigen den Vorteil, der durch das System, das eine iterative Netzwerk- und Kanaldecodierung anwendet, erzielt wird. Wir verwendeten einen regulären LDPC-Code mit Prüfknoten mit einem Grad d_c = 6 und variablen Knoten mit einem Grad d_v = 3 und mit den Parametern, die in der Tabelle der 5 angegeben sind. Die Parameterauswahl gewährleistet, dass dieselbe Bandbreite von den drei Systemen verwendet wird.
Der Netzwerkkanalcode wurde mit dem Nachrichtenübermittlungsalgorithmus mit 30 Iterationen decodiert. 6 offenbart Simulationsergebnisse für die Bitfehlerrate (BER – bit error rate) des Systems, das eine Netzwerkcodierung an einer stationären (AWGN-) oder einer mobilen (Block-Rayleigh-Fading-) Weiterleitung anwendet. Das System erzielt im Vergleich zu den Referenzsystemen einen beträchtlichen Gewinn.
7 offenbart Simulationsergebnisse für die Rahmenfehlerrate (FER – frame error rate) des Systems, das eine Netzwerkcodierung an einer stationären (AWGN-) oder einer mobilen (Block-Rayleigh-Fading-) Weiterleitung anwendet.
Das System erzielt im Vergleich zu dem Referenzsystem einen beträchtlichen Gewinn.
Somit zeigen 6 die Bitfehlerrate (BER) und 7 die Rahmenfehlerrate (FER) über das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR – signal to noise ratio) E_b/N₀ in dB. Das System, das die iterative gemeinsame Netzwerk- und Kanaldecodierung anwendet, erzielt im Vergleich zu den Referenzsystemen einen beträchtlichen Gewinn. Da das System mit der Weiterleitungsfunktion jedoch ohne eine Netzwerkcodierung viel weniger gewinnt, wissen wir, dass die Anwendung der Netzwerkcodierung hauptsächlich für den Gewinn verantwortlich ist.
8 zeigt zwei mögliche Aufbauten mit mehr als zwei Quellen (Benutzern), bei denen eine gemeinsame Netzwerkkanaldecodierung angewendet werden kann. Die Informationen aller Quellen (Benutzer) werden gemeinsam auf einem Tanner-Graphen decodiert.
Die Anwendung einer gemeinsamen Netzwerk- und Kanaldecodierung für mehr als zwei Quellen (Benutzer) könnte auf mehrere Arten erfolgen. Beispielsweise könnten mehrere Quellen (Benutzer) eine Weiterleitung verwenden (siehe 8(a)). Ein weiterer interessanter Aufbau bestünde darin, dass eine Weiterleitung von lediglich zwei Quellen (Benutzern) verwendet wird, dass jedoch eine Quelle (ein Benutzer) mehrere Weiterleitungen benutzt (siehe 8(b)). Die Quellen können mobile Datenquellen oder eine mobile Datenquelle und eine feststehende Datenquelle (z. B. Basisstation) sein.
8(b) zeigt einen möglichen Aufbau mit 8 Quellen (Benutzern) und 8 Weiterleitungen. Die Daten von allen Quellen (Benutzern) würden auf einem Graphen decodiert. In beiden Fällen könnte die Länge des Graphen um einen hohen Faktor vergrößert werden. Dies würde die Leistungsfähigkeit vor allem bei Anwendungen verbessern, bei denen auf Grund von Verzögerungseinschränkungen kurze Blocklängen verwendet werden.
Außerdem ist das verallgemeinerte Hybrid-ARQ-Protokoll von B. Zhao und M. Valenti, „Practical Relay Networks: A Generalization of Hybrid-ARQ", IEEE Journal an Selected Areas in Communications, 23(1): 7–18, Januar 2005, auf folgende Weise erweitert. Wiederum sendet bzw. senden die Quelle(n) kanalcodierte Informationen an die Senke. Die Weiterleitungsvorrichtungen hören auch auf diese Übertragung. Falls eine Weiterleitung in der Lage ist, erfolgreich zu decodieren, sendet sie ohne jegliche Anforderung über einen orthogonalen Kanal ein Paket mit einer zusätzlichen Redundanz an die Senke (beispielsweise wird zur Verbesserung der Rekonstruktionscharakteristika in der Datensenke lediglich Redundanz an die Datensenke gesendet). Diese zusätzliche Redundanz ist die Ausgabe eines Netzwerkcodes, falls die Informationen mehrerer Quellen korrekt decodiert wurden, und die Ausgabe eines Kanalcodes, falls lediglich die Informationen einer Quelle korrekt decodiert wurden. Der Anfangsblock dieses Pakets enthält die Informationen darüber, welche Quelle(n) in diesem Paket enthalten ist bzw. sind. Deshalb weiß die Senke, welche Weiterleitungsvorrichtungen welche Informationen erfolgreich decodiert haben, und sie kann weitere Redundanz von einer der Quellen oder der Weiterleitungsvorrichtungen anfordern, bis die Informationen aller Quellen decodiert sind. Dies kann anhand bestimmter Kriterien entschieden werden (z. B. anhand des SNR der Verbindung mit der Senke und anhand der Informationen darüber, welche Quellen (Benutzer) noch nicht decodiert wurden). Bei dieser Erweiterung ist ein Konkurrenzzeitraum nicht notwendig. Jedoch kann der Empfänger auch ein (negatives) Bestätigungssignal an die Weiterleitungsvorrichtung senden, um eine erneute Übertragung der Redundanz an den Empfänger zu bewirken.
Somit ist die Kombination eines Weitergebens bzw. Routens und eines iterativen Codierungsschemas auf die Kombination einer Netzwerkcodierung und eines iterativen Codierungsschemas erweitert. Die Quelle(n) verwendet bzw. verwenden eine gemeinsame Weiterleitungsvorrichtung, um Informationen an eine Senke zu senden. Bei der Quelle bzw. den Quellen werden die Informationen kanalcodiert, und die Weiterleitungsvorrichtung versucht, die Informationen mit einem Kanaldecodierer zu rekonstruieren. Die Weiterleitungsvorrichtung führt eine Netzwerkcodierung durch, was bedeutet, dass sie Daten, die von verschiedenen Quellen aus übertragen wurden, kombiniert. Die Senke gewinnt die Kanalcodebits aus der Quelle bzw. den Quellen wieder und gewinnt die Netzwerkcodebits von der Weiterleitungsvorrichtung wieder.
Die Kanalcodes und der Netzwerkcode werden durch einen einzelnen verteilten linearen Blockcode, der als Netzwerkkanalcode bezeichnet wird, beschrieben. Hier wird als Beispiel ein Niedrigdichte-Paritätsprüfung-Code (LDPC-Code) betrachtet. Der Netzwerkkanalcode kann an der Senke mit dem iterativen Nachrichtenübermittlungsalgorithmus decodiert werden. Somit wird eine gemeinsame Netzwerk- und Kanaldecodierung durchgeführt. Ferner kann ein Austausch von (weichen) Informationen zwischen dem ersten und dem zweiten Kanaldecodierer 400, 404 und dem Netzwerkdecodierer 402 über die Pfade 406, 407, 408 und 410 mehrere Male wiederholt werden.
Die Verwendung eines verteilten LDPC-Codes für ein System mit einer Senke und einer Weiterleitung, die keine Netzwerkcodierung durchführt, ist ein Spezialfall des beschriebenen Systems. Dieser Spezialfall entspricht dem verteilten Turbocode, der bei B. Zhao und M. Valenti, „Distributed Turbo Coded Diversity for the Rayleigh Channel", Electronic Letters, 39: 786–787, 2003, präsentiert wurde.
Der vorgeschlagene Lösungsansatz kann ohne weiteres auf die Verwendung mehrerer Quellen, mehrerer Weiterleitungen und mehrerer Senken erweitert werden.
Ferner wird eine Erweiterung des verallgemeinerten Hybrid-ARQ-Protokolls von B. Zhao und M. Valenti, „Practical Relay Networks: A Generalization of Hybrid-ARQ", IEEE Journal an Selected Areas in Communications, 23(1): 7–18, Januar 2005, vorgeschlagen, bei der die Senke entscheidet, ob eine der Quellen oder eine der Weiterleitungen das nächste Paket sendet. Dann ist kein Konkurrenzzeitraum notwendig. Das (erweiterte) verallgemeinerte Hybrid-ARQ-Protokoll kann für ein System angepasst und angewendet werden, das eine iterative Netzwerk- und Kanaldecodierung verwendet, falls der Netzwerkkanalcode ratenkompatibel ist.
Zusammenfassend gesagt betrachtet die vorliegende Erfindung ein Kommunikationsnetzwerk mit einer oder mehreren Quellen, Zwischenknoten (Weiterleitungen) und einer oder mehreren Senken. Die Zwischenkommunikationskanäle sind bandbegrenzte Kanäle mit einer zeitlich veränderlichen Störung.
Um eine zuverlässige und effiziente Übertragung zu ermöglichen, wird ein verteilter linearer Blockcode vorgeschlagen. Die Quellen kanalcodieren die Daten und übertragen die codierten Daten an die Knoten und die Senke. An den Knoten werden die Daten von verschiedenen Quellen durch einen linearen Netzwerkcode kombiniert. An der Senke werden die Kanalcodes und die Netzwerkcodes gemeinsam betrachtet und auf einem einzigen Graphen decodiert. Das Decodieren auf einem Graphen erfolgt üblicherweise mit einem Nachrichtenübermittlungsalgorithmus. Niedrigdichte-Paritätsprüfung-Codes (LDPC-Codes) sind gut geeignete Kandidaten für diesen verteilten Code.
Außerdem wird ein Hybrid-ARQ-Protokoll mit einer dezentralisierten Knotenorganisation vorgeschlagen. Dabei sind die Knoten in der Lage, die Daten von verfügbaren Quellen durch den Netzwerkcode zu kombinieren und diese zusätzliche Redundanz ohne jegliche explizite Anforderung an die Senke zu senden.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von bestimmten Implementierungsanforderungen der erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speicherungsmediums, insbesondere einer Diskette oder einer CD, erfolgen, auf dem bzw. der elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können, dass die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden. Somit ist die vorliegende Erfindung allgemein ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode dahin gehend konfiguriert ist, die erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Mit anderen Worten sind die erfindungsgemäßen Verfahren somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.

Claims

Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) zum Liefern einer netzwerkkanalcodierten Informationseinheitssequenz (x₄), wobei die Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) folgende Merkmale aufweist: einen ersten Kanaldecodierer (204), der dahin gehend konfiguriert ist, einen ersten drahtlosen Kanal (200) zu überwachen, eine erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₁₄) von einer ersten Datenquelle (MS1) über den ersten drahtlosen Kanal (200) zu empfangen und die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₁₄) zu decodieren, um eine erste decodierte Sequenz von Informationseinheiten (u ^₁₄) zu erhalten; einen zweiten Kanaldecodierer (206), der dahin gehend konfiguriert ist, einen zweiten drahtlosen Kanal (202) zu überwachen, eine zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₄) von einer zweiten Datenquelle (MS2) über den zweiten drahtlosen Kanal (202) zu empfangen und die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₄) zu decodieren, um eine zweite decodierte Sequenz von Informationseinheiten (u ^₂₄) zu erhalten, wobei sich der erste und der zweite drahtlose Kanal (200, 202) voneinander unterscheiden; und einen Netzwerkcodierer (208), der dahin gehend konfiguriert ist, Informationen der ersten und der zweiten decodierten Sequenz von Informationseinheiten (u ^₁₄, u ^₂₄) zu der netzwerkkanalcodierten Informationseinheitssequenz (x₄) zu kombinieren und gemeinsam zu netzwerkkanalcodieren, wobei der Netzwerkcodierer (208) ferner dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz (x₄) auf drahtlose Weise an eine Datensenke (BS) zu übertragen.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß Anspruch 1, bei der der erste Kanaldecodierer (204) und der zweite Kanaldecodierer (206) dahin gehend konfiguriert sind, mobile drahtlose Kanäle (200, 202) zu überwachen, und bei der die Datenquellen (MS1, MS2) mobile Datenquellen sind.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Netzwerkcodierer (208) dahin gehend konfiguriert ist, unter Verwendung eines linearen Blockcodes oder eines Faltungscodes eine Netzwerkkanalcodierung durchzuführen.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß Anspruch 3, bei der der lineare Blockcode ein Niedrigdichte-Paritätsprüfung-Code ist.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Netzwerkcodierer dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz (x₄), die eine erste Coderate aufweist, zu liefern, und bei der der Netzwerkcodierer (208) dahin gehend konfiguriert ist, eine weitere netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz (x₄), die eine zweite Coderate aufweist, zu liefern, wobei die erste Coderate höher ist als die zweite Coderate, bei der die netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz (x₄), die die zweite Coderate aufweist, die Informationen umfasst, die in der netzwerkkanalcodierten Informationseinheitssequenz (x₄), die die erste Coderate aufweist, enthalten sind.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen dritten Kanaldecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, einen dritten drahtlosen Kanal zu überwachen, eine dritte kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von einer dritten Datenquelle (MS3) über einen dritten drahtlosen Kanal zu empfangen und die dritte kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten zu decodieren, um eine dritte decodierte Sequenz von Informationseinheiten zu erhalten, wobei sich der erste, der zweite und der dritte drahtlose Kanal voneinander unterscheiden; und wobei der Netzwerkcodierer (208) dahin gehend konfiguriert ist, Informationen der ersten, der zweiten und der dritten decodierten Sequenz von Informationseinheiten in die netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz (x₄) zu netzwerkkanalcodieren.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der erste Kanaldecodierer (204) dahin gehend konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₁₄) korrekt decodiert werden kann, und die erste decodierte Sequenz von Informationseinheiten (u ^₁₄), die Redundanzinformationen zum korrekten Rekonstruieren eines durch die erste Datenquelle (MS1) gesendeten Signals (u₁) umfassen, zu liefern, oder bei der der zweite Kanaldecodierer (206) dahin gehend konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₄) korrekt decodiert werden kann, und die zweite decodierte Sequenz von Informationseinheiten (u ^₂₄), die Redundanzinformationen zum korrekten Rekonstruieren eines durch die zweite Datenquelle (MS2) gesendeten Signals (u₂) umfassen, zu liefern.
Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß Anspruch 7, bei der der Netzwerkcodierer (208) dahin gehend konfiguriert ist, ein Bestätigungssignal von der Datensenke (BS) zu empfangen, und bei der der Netzwerkcodierer (208) dahin gehend konfiguriert ist, ansprechend auf das Bestätigungssignal weitere netzwerkkanalcodierte Informationen zu übertragen.
Kommunikationsweiterleitungssystem, das folgende Merkmale aufweist: eine erste Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der erste Kanaldecodierer der ersten Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R1) dahin gehend konfiguriert ist, die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von der ersten Datenquelle (MS1) zu empfangen, bei der der zweite Kanaldecodierer der ersten Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R1) dahin gehend konfiguriert ist, die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von der zweiten Datenquelle (MS2) zu empfangen, und bei der der Netzwerkcodierer der ersten Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R1) dahin gehend konfiguriert ist, eine erste netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz zu liefern und die erste netzwerkcodierte Informationseinheitssequenz an die Datensenke (BS) zu übertragen; und eine zweite Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der erste Kanaldecodierer der zweiten Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R2) dahin gehend konfiguriert ist, eine dritte oder die dritte kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von einer jeweiligen dritten Datenquelle (MS3) zu empfangen, bei der der zweite Kanaldecodierer der zweiten Kommunikationsweiterlei tungsvorrichtung (R2) dahin gehend konfiguriert ist, die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von der zweiten Datenquelle (MS2) zu empfangen, und bei der der Netzwerkcodierer der zweiten Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R2) dahin gehend konfiguriert ist, eine zweite netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz zu liefern und die zweite netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz an die Datensenke (BS) zu übertragen.
Verfahren zum Liefern einer netzwerkkanalcodierten Informationseinheitssequenz (x₄), das folgende Schritte umfasst: Empfangen einer ersten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₁₄) von einer ersten Datenquelle (MS1) über einen ersten drahtlosen Kanal (200), und um die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₁₄) zu decodieren, um eine erste decodierte Sequenz von Informationseinheiten (u ^₁₄) zu erhalten; Empfangen einer zweiten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₂₄) von einer zweiten Datenquelle (MS2) über einen zweiten drahtlosen Kanal (202), und um die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₄) zu decodieren, um eine zweite decodierte Sequenz von Informationseinheiten (u ^₂₄) zu erhalten, wobei sich der erste und der zweite drahtlose Kanal (200, 202) voneinander unterscheiden; Kombinieren und gemeinsames Netzwerkkanalcodieren von Informationen der ersten und der zweiten decodierten Sequenz von Informationseinheiten (u ^₁₄,
₂₄) zu der netzwerkkanalcodierten Informationseinheitssequenz (x₄); und drahtloses Übertragen der netzwerkkanalcodierten Informationseinheitssequenz (x₄) an eine Datensenke (BS).
Kommunikationsempfänger (BS) zum Liefern einer ersten und einer zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₁₃, u ^₂₃), wobei der Kommunikationsempfänger (BS) folgende Merkmale aufweist: einen Netzwerkdecodierer (402), der dahin gehend konfiguriert ist, eine netzwerkkanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) zu empfangen, wobei die netzwerkkanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) Informationen einer ersten und einer zweiten Datenquelle (MS1, MS2) umfasst, die auf einem ersten beziehungsweise einem zweiten drahtlosen Kanal übertragen wurde, wobei der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkkanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) zu Netzwerkdecodierersequenzen (406, 407) zu decodieren; einen ersten Kanaldecodierer (400), der dahin gehend konfiguriert ist, eine erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₁₃) von einer ersten Datenquelle (MS1) über einen ersten Kanal (100) zu empfangen und die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₁₃) unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz (406) zu decodieren, um die erste Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₁₃) zu erhalten; und einen zweiten Kanaldecodierer (404), der dahin gehend konfiguriert ist, eine zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₃) von einer zweiten Datenquelle (MS2) über einen zweiten Kanal (110) zu empfangen, wobei sich der erste und der zweite Kanal (100, 110) voneinander unterscheiden, wobei der zweite Kanaldecodierer (404) ferner dahin gehend konfiguriert ist, die zweite kanalcodierte Sequenz von Informati onseinheiten (y₂₃) unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz (407) zu decodieren, um die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₂₃) zu erhalten.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß Anspruch 11, bei dem der erste Kanaldecodierer (400) dahin gehend konfiguriert ist, eine erste weiche Decodiererinformationssequenz (410) zu liefern, bei dem der zweite Kanaldecodierer (404) dahin gehend konfiguriert ist, eine zweite weiche Decodiererinformationssequenz (408) zu liefern, und bei dem der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, die erste oder die zweite weiche Decodiererinformationssequenz (408, 410) zu empfangen und die netzwerkkanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) ansprechend auf die erste oder die zweite weiche Decodiererinformationssequenz (408, 410) zu decodieren.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem der erste Kanaldecodierer (400) und der zweite Kanaldecodierer (404) dahin gehend konfiguriert sind, mobile drahtlose Kanäle (100, 110) zu überwachen, und bei dem die Datenquellen (MS1, MS2) mobile Datenquellen sind.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, unter Verwendung eines linearen Blockcodes oder eines Faltungscodes eine Netzwerkkanaldecodierung durchzuführen.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß Anspruch 14, bei dem der lineare Blockcode ein Niedrigdichte-Paritätsprüfung-Code ist.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkkanalcodierte In formationseinheitssequenz (y₄₃), die eine erste Coderate aufweist, zu empfangen, und bei dem der Netzwerkcodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, eine weitere netzwerkkanalcodierte Informationseinheitssequenz (y₄₃), die eine zweite Coderate aufweist, zu liefern, wobei sich die erste und die zweite Coderate voneinander unterscheiden.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem der Netzwerkdecodierer (406) dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkkanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃), die Informationen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Datenquelle (MS1, MS2, MS3) umfasst, zu netzwerkdecodieren, bei dem der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, die netzwerkkanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) zu Netzwerkdecodierersequenzen (406, 407, 409) zu decodieren, wobei der Kommunikationsempfänger (BS) ferner folgendes Merkmal aufweist: einen dritten Kanaldecodierer, der dahin gehend konfiguriert ist, einen dritten Kanal zu überwachen, eine dritte kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten von einer dritten Datenquelle (MS3) über einen dritten Kanal zu empfangen und die dritte kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz (409) zu decodieren, um eine dritte Kanaldecodiererausgabesequenz zu erhalten, wobei sich der erste, der zweite und der dritte Kanal voneinander unterscheiden.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem der erste Kanaldecodierer (400), der zweite Kanaldecodierer (404) und der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert sind, zu bestimmen, ob die codierten Sequenzen von Informationseinheiten (y₁₃, y₂₃, y₄₃) korrekt decodiert werden können, und in dem Fall, dass die codierten Sequenzen von Informationseinheiten (y₁₃, y₂₃, y₄₃) nicht korrekt decodiert werden können, ein negatives Bestätigungssignal an eine Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) zu senden, oder bei dem der zweite Kanaldecodierer (404) dahin gehend konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die erste kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₃) korrekt decodiert werden kann, und in dem Fall, dass die zweite kanalcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₂₃) nicht korrekt decodiert werden kann, ein Bestätigungssignal an die Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) zu senden.
Kommunikationsempfänger (BS) gemäß Anspruch 17, bei dem der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, ansprechend auf das an die Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gesendete Bestätigungssignal Redundanzinformationen von der netzwerkkanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) für den ersten Kanaldecodierer (400) zu decodieren, um das durch die erste Datenquelle (MS1) gesendete Signal (u₁) korrekt zu rekonstruieren, oder bei dem der Netzwerkdecodierer (402) dahin gehend konfiguriert ist, ansprechend auf das Bestätigungssignal Redundanzinformationen von der netzwerkkanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) für den zweiten Kanaldecodierer (402) zu decodieren, um das durch die zweite Datenquelle (MS2) gesendete Signal (u₁) korrekt zu rekonstruieren.
Kommunikationsempfängersystem, das folgende Merkmale aufweist: einen Kommunikationsempfänger (BS) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19; und eine Kommunikationsweiterleitungsvorrichtung (R) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder ein Kommunikationsweiterleitungssystem gemäß Anspruch 9.
Verfahren zum Liefern einer ersten und einer zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₁₃,
₂₃), wobei das Verfahren dahin gehend angepasst ist, eine netzwerkkanalcodierte Sequenz zu empfangen, die gemäß einem Verfahren gemäß Anspruch 10 ausgegeben wird, wobei das Verfahren zum Liefern folgende Schritte umfasst: Empfangen einer netzwerkkanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) mit einem Netzwerkdecodierer (402), wobei die netzwerkcodierte Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) Informationen einer ersten und einer zweiten Datenquelle (MS1, MS2) umfasst; Decodieren der netzwerkkanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) zu einer Netzwerkdecodierersequenz (406, 409); Empfangen einer ersten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₁₃) von der ersten Datenquelle (MS1) mit einem ersten Kanaldecodierer (400) über einen ersten Kanal (100); Decodieren der ersten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₁₃) mit dem ersten Kanaldecodierer (400) unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz (406), um die erste Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₁₃) zu erhalten; Empfangen einer zweiten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₂₃) von der zweiten Datenquelle (MS2) mit einem zweiten Kanaldecodierer (404) über einen zweiten Kanal (110), wobei sich der erste und der zweite Kanal (100, 110) voneinander unterscheiden; Decodieren der zweiten kanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₂₃) mit dem zweiten Kanaldecodierer (404) unter Verwendung der Netzwerkdecodierersequenz, um die zweite Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₂₃) zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 21, das ferner folgenden Schritt umfasst: Liefern einer ersten weichen Decodiererinformationssequenz (410) durch den ersten Kanaldecodierer (400); Liefern einer zweiten weichen Decodiererinformationssequenz (408) durch den zweiten Kanaldecodierer (404); Decodieren der netzwerkkanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) in dem Netzwerkdecodierer (402) unter Verwendung der ersten weichen Decodiererinformationssequenz (410) oder der zweiten weichen Decodiererinformationssequenz (408), um eine erste Netzwerkdecodierersequenz (406) und eine zweite Netzwerkdecodierersequenz (407) zu liefern; Liefern einer weiteren ersten weichen Decodiererinformationssequenz (410) und einer weiteren ersten Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₁₃) durch den ersten Kanaldecodierer (400) unter Verwendung der ersten Netzwerkdecodierersequenz (406); Liefern einer weiteren zweiten weichen Decodiererinformationssequenz (408) und einer weiteren zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₂₃) durch den zweiten Kanaldecodierer (404) unter Verwendung der zweiten Netzwerkdecodierersequenz (407); Decodieren der netzwerkkanalcodierten Sequenz von Informationseinheiten (y₄₃) in dem Netzwerkdecodierer (402) unter Verwendung der weiteren ersten weichen De codiererinformationssequenz (410) oder der weiteren zweiten weichen Decodiererinformationssequenz (408), um eine verbesserte erste Netzwerkdecodierersequenz (406) und eine verbesserte zweite Netzwerkdecodierersequenz (407) zu liefern; Liefern einer zusätzlichen ersten weichen Decodiererinformationssequenz (410) und einer zusätzlichen ersten Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₁₃) durch den ersten Kanaldecodierer (400) unter Verwendung der verbesserten ersten Netzwerkdecodierersequenz (406); Liefern einer zusätzlichen zweiten weichen Decodiererinformationssequenz (408) und einer zusätzlichen zweiten Kanaldecodiererausgabesequenz (u ^₂₃) durch den zweiten Kanaldecodierer (404) unter Verwendung der verbesserten zweiten Netzwerkdecodierersequenz (407).
Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 21 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.