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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Empfänger
für Übertragungsverbindungen
in Basisstationen oder mobilen Endgeräten von Funkübertragungsverbindungen
und korrespondierende Software und Verfahren zum Ausführen von
Blindtransportformaterkennung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist bekannt, Transportdienste für
Daten über
eine Übertragungsverbindung
unter Verwendung von verschiedenen Telekommunikationsprotokollen
bereitzustellen. Ein derartiger Satz von Protokollen, bekannt als
UMTS, ist der europäische
Vorschlag für
ein zellulares Netz der dritten Generation (3G). Es ist gemeinsam betreibbar
mit dem existierenden GSM-Netz und ist bekannt für die Bereitstellung von paketvermittelter
Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung.
UMTS-Übertragungsprotokolle
sind in einer Reihe von Standards definiert, die von der Third Generation
Protocol Partnership (3GPP) entwickelt wurden. Diese Standards definieren eine
Zahl von Schichten für
die Übertragung,
die in großen
Zügen mit
der gut bekannten ISO-Sieben-Schichten-Definition im Einklang sind.
Es gibt eine physikalische Schicht, L1, eine Datenverbindungsschicht,
L2, und eine Netzschicht L3. Schicht 2 dieses UMTS-Protokollstacks
enthält
Verfahren zur Handhabung von Daten von oder zu einer MAC-(Endgeräte-Anschlusssteuerung)-Schicht und höheren Schichten.
Die Daten in der Form von Transportblöcken oder Sätzen von Transportblöcken werden
codiert/decodiert, um Transportdienste über eine Funkübertragungsverbindung
zu bieten. Eine Kanalcodierungsanordnung stellt eine Kombination
von Fehlererkennung, Fehlerkorrektur, Geschwindigkeitsanpassung,
Verschachtelung und Transportkanal-Abbildung auf/-Abtrennung von
physikalischen Kanälen
bereit.
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An
einem Empfänger
ist es erforderlich, ein Kanalformat zu identifizieren und den Kopfteil
und die Nutzlast in den Daten zu decodieren, um die Operation dieser
Funktionen der Codierungsanordnung zu ermöglichen. Geeignete Codierungsanordnungen
sind ausführlich
in dem 3GPP-Standard 25.212 beschrieben, auf den der Leser verwiesen
wird. Eine der in diesem Dokument beschriebenen Anordnungen für den Empfänger ist
Blindtransportformaterkennung (BTFD). Dies ist eine Anordnung zum
Erkennen des Formats der Transportkanäle und insbesondere zum Erkennen
eines Abschlusses eines Datenblocks für einen Kanal. Sie nutzt die
Tatsache, dass der Block durch einen Fehlererkennungscode abgeschlossen
ist, in diesem Fall ein CRC-(zyklische Redundanzprüfung)-Code.
Die Anordnung nutzt dies, um zu prüfen, ob eine gegebene Sequenz
von Bits in dem Datenstrom ein CRC-Code für einen Block von Datenbits,
die den CRC-Bits vorangehen, sein könnte. Für verschiedene Kanalformate
kann die Länge
des Blocks verschieden sein. Er kann in unterschiedlicher Weise
einschließlich
von Faltungscodierung codiert sein.
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Explizite
Blindtransportformaterkennung beinhaltet die Ausführung des
rekursiven Hinzufügungs-Vergleichs-Auswahlprozesses
einer Trellisdecodierung über
der maximalen Transportformat-(TF)-Länge, Speicherung von Rückverfolgungsinformationen,
während
eine erfolgt. Darauf folgt eine Reihe von spekulativen Rückverfolgungen
und anschließenden
CRC-Prüfungen,
beginnend an jeder Position, an der ein potenzielles Transportformat
abgeschlossen sein könnte.
Dies ist in den 1, 2 und 3 zusammengefasst.
Wenn ein CRC-Durchgang gefunden wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit,
dass die resultierende decodierte Sequenz die richtige der richtigen
Länge ist
und damit auch das richtige Transportformat ist. Dies impliziert
das Erfordernis für
eine faltungscodierte Datensequenz, an die vor der Codierung eine
CRC angefügt
wurde. Die Reihe der Rückverfolgungen
und anschließenden
CRC-Prüfungen werden
in der Reihenfolge ausgeführt,
dass die kürzesten
Rückverfolgungen
zuerst erfolgen.
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Wie
in „Variable-Rate
Date Transmission with Blind Rate Detection for Coherent DS-CDMA
Mobile Radio" von
Okumura und Adachi (IEICE Trans. Commun. Ausg. E81-B, Nr. 7, Juli
1998, S. 1365–1372)
diskutiert, kann Decodierung erfolgen, bis ein Weg, dessen Wahrscheinlichkeit,
gültig
zu sein, über
einem Schwellenwert liegt, gefunden wird. Dieser Weg wird rückverfolgt
und eine zyklische Redundanzprüfung
wird ausgeführt,
um die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, dass die decodierte Sequenz
die richtige ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Blindtransportformaterkennungsverfahren
oder eine Vorrichtung dafür
bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine empfängerseitige Vorrichtung, wie
in Anspruch 1 definiert, ein Verfahren, wie in Anspruch 11 definiert,
und ein Computerprogramm, wie in Anspruch 12 definiert.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung stellt einen Empfänger für eine Übertragungsverbindung bereit,
wobei die Verbindung verschiedene Transportformate für Datenblöcke verwendet
und Faltungscodierung mit zusätzlichen
Fehlererkennungscode-Informationen verwendet, zur Übertragung
der Blöcke
zu dem Empfänger,
der Empfänger
aufweisend:
einen Decoder zur Durchführung einer Trellisdecodierung
und von spekulativen Rückverfolgungen
eines der empfangenen codierten Blöcke von potenziellen Endbitpositionen
aus zur Erzeugung von decodierten Datenkandidaten,
ein Fehlererkennungselement
zum Ausführen
von Fehlererkennung an den Kandidaten, unter der Annahme, dass ein
Teil jedes Kandidaten der zusätzliche
Fehlererkennungscode ist und ein Teil der Datenblock ist, und
einen
Formatdetektor zum Bestimmen eines Transportformats basierend auf
einem Ergebnis der spekulativen Fehlererkennungen,
der Empfänger angeordnet
zur Bestimmung einer Wahrscheinlichkeit, dass jeder decodierte Datenkandidat gültig ist,
und Priorisierung der Ausführung
der Rückverfolgungen
oder der spekulativen Fehlererkennungen gemäß den Wahrscheinlichkeiten.
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Durch
Priorisierung nach Wahrscheinlichkeit und nicht nach der Länge der
Rückverfolgung
ist es wahrscheinlich, dass ein gültiger Kandidat schneller gefunden
wird, und damit wahrscheinlich, dass das Transportformat schneller
gefunden wird. In vielen Anwendungen ist es außerdem nicht erforderlich fortzufahren,
sobald ein gültiger
Kandidat gefunden wurde. Daher kann die Zahl von unnötigen Berechnungen,
die in Rückverfolgungen
und Fehlererkennungen enthalten sind, reduziert werden. Dies ist
bedeutsam, da Berechnungen für Rückverfolgungen
und CRC-Fehlererkennungen relativ rechenaufwändig sind. Dies ist kommerziell
insbesondere wertvoll für
Empfänger
in mobilen Ausrüstungen
für Funkverbindungen
wie Handapparate für
zellulare Netze, in denen Leistung für Berechnungen verwendet wird
und Leistungsverbrauch die Batterienutzungsdauer beschränkt.
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Die
Priorisierung kann sowohl die Rückverfolgung
als auch die Fehlererkennung sein. Sie kann an einer Basisstation
oder einem mobilen Empfänger
verwendet werden. Die Trellisdecodierung wird vorzugsweise über einer
maximalen Länge
eines Blocks ausgeführt.
Vorzugsweise ist der Fehlererkennungscode ein CRC-Code. Vorzugsweise
besteht eine Begrenzung der Zahl der spekulativen Rückverfolgungen
und Fehlererkennungen, die ausgeführt werden, nach der ein fehlerhaftes
Erkennungsereignis angezeigt wird. Vorzugsweise wird die Wahrscheinlichkeit
aus einem Vergleich der Alle-Null-Zustandsmetrik mit anderen Metriken
an dem gleichen Punkt in dem Trellis ermittelt. Vorzugsweise verwendet
die Verbindung feste Transportkanal-Startpunkte. Vorzugsweise ist
der Empfänger
eine UMTS-3GPP-kompatible Ausrüstung.
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Nach
anderen Aspekten werden eine korrespondierende Basisstation und
korrespondierende Verfahren und Software bereitgestellt. Andere
Vorteile sind für
Fachleute erkennbar. Bevorzugte Merkmale können mit anderen Aspekten der
Erfindung kombiniert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Ausführungsformen
werden jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von
denen:
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1 eine
bekannte Anordnung eines Datenstroms zeigt, der Transportkanäle in Blöcken hat,
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2 ein
Ablaufdiagramm eines bekannten Verfahrens für BTFD zeigt,
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3 einen
anderen Datenblock mit einer Zusammenfassung des bekannten BTFD-Prozesses
zeigt, und
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4 ein
Verfahren für
Blindtransportformaterkennung nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Zur
Vereinfachung der Erläuterung
der Ausführungsformen
der Erfindung wird die Implementierung von BTFD, die aus dem 3GPP-Standard,
auf den oben verwiesen wurde, bekannt ist, ausführlicher unter Bezugnahme auf
die 1 und 2 beschrieben. Weitere Einzelheiten
sind in dem Standard dargelegt.
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An
dem Sender wird der Datenstrom mit einer variablen Zahl von Bits
von höheren
Schichten unter Verwendung eines zyklischen Redundanzprüfung (CRC)
blockcodiert und dann faltungscodiert. CRC-Paritätsbits werden unmittelbar hinter
dem Datenstrom mit einer variablen Zahl von Bits angefügt, wie
in 1 dargestellt. Die Größe der CRC ist 24, 16, 12,
8 oder 0 Bits, und es wird von höheren
Schichten signalisiert, welche CRC-Größe für jeden Kanal verwendet werden
soll. Faltungscodes mit Beeinflussungslänge 9 und Codierraten 1/3 und
1/2 werden definiert.
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Der
Empfänger
kennt nur die möglichen
Transportformate (oder die mögliche
Endbitposition {nend}) durch Schicht-3-Aushandlung.
Der Empfänger
führt Viterbi-Decodierung
an der Weichentscheidungs-Abtastsequenz aus. Der richtige Trellisweg
des Viterbi-Decoders endet an dem Nullzustand an der richtigen Endbitposition.
Das Blindtransportformaterkennungsverfahren unter Verwendung von
CRC verfolgt den erhalten gebliebenen Trellisweg, der an dem Nullzustand
endet (hypothetischer Trellisweg), an jeder möglichen Endbitposition zurück, um die
Datensequenz wiederherzustellen. Für jede wiederhergestellte Datensequenz
wird Fehlererkennung durch Prüfen
der CRC durchgeführt,
und wenn kein Fehler vorhanden ist, wird die wiederhergestellte
Sequenz als richtig ausgewiesen.
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Die
folgende Variable wird definiert:
wobei n
end die
gegenwärtige
Bitposition innerhalb des Trellis ist (die potenzielle Transportformat-Endposition). a
1(k) ist die erhalten gebliebene Trellis-Metrik
des 1-ten Zustands an der k-ten Position in dem Trellis, und daher
ist a
0(n
end) die
erhalten gebliebene Trellis-Metrik des nullten Zustands an der n
end-ten Position in dem Trellis, a
min(n
end) ist die
minimale erhalten gebliebene Trellis-Metrik über alle Zustände an der
n
end-ten Position in dem Trellis, und a
max(n
end) ist die
maximale erhalten gebliebene Trellis-Metrik über alle Zustände an der
n
end-ten Position in dem Trellis. Zur Reduzierung
der Wahrscheinlichkeit von fehlerhafter Erkennung (dies kommt vor, wenn
der ausgewählte
Weg falsch ist, aber die CRC die Fehlererkennung verfehlt) wird
eine Wegauswahlschwelle D eingeführt.
Die Schwelle D bestimmt, ob der hypothetische Trellisweg, der mit
dem Nullzustand verbunden ist, an jeder Endbitposition n
end zurückverfolgt
werden sollte oder nicht. Wenn der hypothetische Trellisweg, der
mit dem Nullzustand verbunden ist und:
s(nend) ≤ D (2)erfüllt, gefunden
wird, wird der Weg zurückverfolgt,
um die Rahmendaten wiederherzustellen, wobei D die Wegauswahlschwelle
und ein Konstruktionsparameter ist. Wenn mehr als eine Endbitposition,
die Gleichung 2 erfüllt,
gefunden wird, wird die Endbitposition, die den kleinsten Wert von
s(n
end) hat, als richtig ausgewiesen. Wird
kein Weg gefunden, der Gleichung 2 erfüllt, selbst wenn alle möglichen
Endbitpositionen ausgeschöpft wurden,
werden die empfangenen Rahmendaten als fehlerhaft ausgewiesen.
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3 zeigt
einen potenziellen Transportkanal-Datenblock mit CRC-Informationen,
dem andere Blöcke
in einem Datenstrom vorangehen und folgen. Die Kanal- oder Blockstartposition
ist fest. Potenzielle CRC-Positionen sind abhängig vom Transportformat dargestellt.
Spekulative Rückverfolgungs-Startpositionen sind
an jeder potenziellen CRC-Position dargestellt. Rekursive ACS-Metrikberechnungen
werden in einer Vorwärtsrichtung
ausgeführt,
während
die Rückverfolgungen
in der Rückwärtsrichtung
erfolgen.
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Der
3GPP-Standard legt dar, dass die Blindtransportformaterkennung für den Uplink
eine netzgesteuerte Option ist. Für den Downlink soll der Empfänger zur
Durchführung
von Blindtransportformaterkennung imstande sein, wenn bestimmte
Einschränkungen
für die
konfigurierten Transportkanäle
erfüllt
sind:
- – nur
ein CCTrCH (codierter zusammengesetzter Transportkanal) wird empfangen;
- – die
Zahl der pro Funkrahmen empfangenen CCTrCH-Bits beträgt 600 oder
weniger;
- – die
Zahl der Transportformat-Kombinationen des CCTrCH beträgt 64 oder
weniger;
- – feste
Positionen der Transportkanäle
werden in dem CCTrCH verwendet, um erkennbar zu sein;
- – Faltungscodierung
wird in allen explizit erkennbaren TrCHs verwendet;
- – CRC
mit Länge
ungleich null wird an alle Transportblöcke in allen explizit erkennbaren
TrCHs angefügt;
- – mindestens
ein Transportblock soll pro TTI (Übertragungszeitintervall) in
jedem explizit erkennbaren TrCH übertragen
werden;
- – die
Zahl der explizit erkennbaren TrCHs beträgt 3 oder weniger;
- – für alle explizit
erkennbaren TrCHs i soll die Zahl der Codeblöcke in einem TTI (Ci) 1 nicht überschreiten;
- – die
Summe der Transportformatsatzgrößen aller
explizit erkennbaren TrCHs beträgt
16 oder weniger. Die Transportformatsatzgröße ist definiert als die Zahl
der Transportformate innerhalb des Transportformatsatzes;
- – es
gibt mindestens einen TrCH, der als Führungstransportkanal für alle Transportkanäle, die
geführte
Erkennung verwenden, genutzt werden kann.
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Der
Grund, warum Gleichung 1 nützlich
ist, ist der, dass Faltungscodes im Allgemeinen abgeschlossene Codes
sind, das heißt,
dass der Zustand in dem Codierer nach dem Abschluss des Codierungsprozesses zurück auf den
Alle-Null-Zustand gebracht worden sein muss. Daher kann man durch
Betrachten der Größe der Alle-Null-Zustandsmetrik
im Vergleich mit den anderen Metriken an demselben Punkt in dem
Trellis eine gute Indikation für
die Wahrscheinlichkeit bekommen, dass der korrespondierende Decodierer
an diesem Punkt in den Alle-Null-Zustand gebracht wurde. Dies könnte wiederum
ein potenzielles Ende der Transportformatposition bedeuten.
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Der
Grund für
das Erfordernis zur Verbesserung der Wahrscheinlichkeit von fehlerhafter
Erkennung ist, dass nur Prüfen
von CRC-Wörtern
lediglich eine Wahrscheinlichkeit von fehlerhafter Erkennung in
der Größenordnung
von FDR = 2–n erzeugt,
wobei n die CRC-Wortlänge
ist. Beispielsweise ist in den 3GPP-Konformitätsprüfungs-Spezifikationen ein Verhältnis der
Erkennung von fehlerhaftem Transportformat (FDR) von 10–4 spezifiziert
für Tests,
die BTFD mit einer CRC-Länge
von n = 12 beinhalten, gegeben eine FDR, die ausschließlich auf
CRC-Prüfungen
von ≈ 2 × 10–4 basiert.
Dies impliziert deutlich das Erfordernis für eine mindestens fünffache
Verbesserung der Decodierung, auf die eine CRC-Prüfung
folgt, um die erforderliche Leistung zu erzielen. Es ist jedoch
unwahrscheinlich, dass s(nend) in dB berechnet
werden muss, ein lineares Verhältnis
wird ausreichen.
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Die
in 4 dargelegte Ausführungsform der Erfindung verwendet
diese probabilistischen Maße s(nend), um die wahrscheinlichsten Trellispositionen
(und damit Transportformate) für
Rückverfolgung
und CRC-Prüfung
zuerst zu erfassen. Dies beinhaltet im Wesentlichen das Sortieren
aller probabilistischen Maße s(nend) und Durchführen der spekulativen Rückverfolgungen
und CRC-Prüfungen
in dieser Reihenfolge. Dies unterstützt die explizite BTFD unter
Verwendung von CRC-Prüfung,
indem reduziert wird, welche Transportformate für einen bestimmten Transportkanal
am wahrscheinlichsten zu erkennen sind, bevor irgendwelche der Rückverfolgungen
mit anschließender
CRC-Prüfung
tatsächlich
auszuführen
sind.
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Dies
ist eine Änderung
des Algorithmus, der in dem oben angeführten 3GPP-Standard vorgeschlagen wird,
der spekulative TFs vorschlägt,
um in der Reihenfolge von den kleinsten zu den größten zu
prüfen.
Durchführung
der Spekulation in einer probabilistischen Reihenfolge anstelle
von den kleinsten zu den größten kann den
Leistungsverbrauch verbessern, da dadurch die Zahl der unnötigen TFs,
die auszuprobieren sind, reduziert wird.
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Es
besteht eine weitere Möglichkeit
zur Reduzierung der Zahl der durchzuführenden Rückverfolgungen und CRC-Prüfungen,
indem spekulative Transportformate korrespondierend mit den m größten probabilistischen
Maßen
anstatt aller erfasst werden. Abhängig von Störspannungsabstand und Kanalqualität kann m variieren.
In einer typischen Anwendung sollte m = 3 dies ausreichend abdecken.
Wenn keines der oberen m Transportformate ihre CRC bestehen, endet
die BTFD mit einem fehlerhaften Erkennungsereignis. Dies wird erneut
sowohl Leistung als auch Latenz bei der Durchführung der BTFD einsparen.
