DE69821762T2 - Anordnung und Verfahren zur Umsetzung einer Datenrate - Google Patents

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

  • Beschreibung der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Datenkommunikationsvorrichtungen und Verfahren zum Übermitteln von Daten und insbesondere Datenkommunikationsvorrichtungen und Verfahren zum Übermitteln von Daten, bei denen aus einer Quelle erzeugte Daten so angeordnet werden, daß sie an eine Rate angepaßt sind, mit der Daten durch ein Transportmittel übermittelt werden.
  • Digitale Kommunikationssysteme sind so ausgelegt, daß sie Daten zwischen Sendern und Empfängern übermitteln, indem die Daten in einer Form dargestellt werden, die eine Übertragung der Daten über ein Medium, durch das die Kommunikation bewirkt wird, ermöglicht. Zum Beispiel werden im Fall der Funkkommunikation die Daten als Funksignale dargestellt und über den Äther zwischen Sendern und Empfängern des Kommunikationssystems übertragen. Im Fall von Breitband-Telekommunikationsnetzen können die Daten als Licht dargestellt und zum Beispiel über ein faseroptisches Netzwerk zwischen Sendern und Empfängern des Systems übermittelt werden.
  • Als Folge einer begrenzten Bandbreite, die jedem Datenkommunikationssystem verfügbar ist, wird die Übertragung von Daten tragenden Signalen häufig reguliert, um so jedem der Sender des Systems im wesentlichen einen fairen Zugang zu der verfügbaren Kommunikationsbandbreite zu geben. Zu diesem Zweck sind Datenkommunikationssysteme häufig mit Datenmultiplexmitteln oder Mehrfachzugriffsmitteln ausgestattet, die dazu dienen, eine im wesentlichen faire Zuteilung von Bandbreite zu den Sendern zu bewirken. Bekannte Multiplex- oder Mehrfachzugriffsverfahren bewirken, daß die Daten in Bursts, Paketen oder Blöcken, die für die Übertragung auf den Datenführungsmedien durch das Mehrfachzugriffs- oder Multiplexverfahren eingeteilt werden, zwischen den Sendern und Empfängern transportiert werden.
  • Ein Beispiel für ein solches Mehrfachzugriffsverfahren ist das Beispiel, das zur Einteilung der Übertragung von Funksignalen in einem Mobilfunktelefonsystem benutzt wird. Das Mehrfachzugriffsverfahren wird zum Einteilen von Funkkommunikationen zwischen mehreren Sendern und mehreren entsprechenden Empfängern über dasselbe Funkfrequenzspektrum benutzt. In diesem Fall wirkt das Mehrfachzugriffsverfahren, um den Zugriff auf das zugeteilte Funkfrequenzspektrum zwischen jedem der Sender gleichzeitig oder sequentiell aufzuteilen. Dies wird bewirkt durch Unterteilen der Daten in Pakete oder Blöcke, die als Funksignale dargestellt und in einem dem Sender durch das Mehrfachzugriffsverfahren zugeteilten Zeitschlitz oder Zeitrahmen gesendet werden.
  • Ein anderes Beispiel für ein Datenkommunikationssystem, in dem Daten in Paketen oder Blöcken transportiert werden, ist das eines Breitband-Telekommunikationsnetzes, das im asynchronen Transfermodus arbeitet. Bei Telekommunikationssystemen des asynchronen Transfermodus werden Daten als mehrere Zellen übertragen, wobei jede Zelle Daten, die an einen bestimmten Empfänger gerichtet werden sollen, und eine Identifikation des Empfängers, an den die Informationen gerichtet werden sollen, und eine Route, über die die Daten den Empfänger erreichen sollen, betreffende Informationen umfaßt.
  • Es besteht eine zunehmende Anforderung an Datenkommunikationssysteme, Daten aus mehreren verschiedenen Quellen zu transportieren, die für verschiedene unterschiedliche Datentypen repräsentativ sind. Dementsprechend kann die Rate, mit der Daten erzeugt werden können, zwischen verschiedenen Datentypen signifikant unterschiedlich sein, und sie können sich auch bezüglich der inneren Eigenschaften unterscheiden. Zum Beispiel kann ein Datenquellentyp ein Sprachcodierer sein, der wirkt, um Rahmen digitaler Daten zu erzeugen, die analoge Sprachsignale darstellen, die von einem Benutzer des Datenkommunikationssystems erzeugt werden, um ein Fernsprechgespräch durchzuführen. Andere Beispiele sind die Übertragung von Videobildern oder erfaßter Bilder, die als digitale Daten dargestellt werden. Das einen Teil des Datenkommunikationssystem bildende Mehrfachzugriffssystem muß folglich so angeordnet werden, daß es Daten aus vielfältigen Quellen zwischen den Sendern und den Empfängern des Systems transportiert, wobei die verschiedenen Datenquellen die Daten mit verschiedenen Raten erzeugen. Zum Beispiel findet die Erzeugung digitaler Daten, die Sprachsignale darstellen, mit einer im wesentlichen konstanten und relativ niedrigen Rate statt, während die Erzeugung digitaler Daten, die Videobilder darstellen, mit einer relativ hohen Rate stattfindet, und falls nur Änderungen in den Videobildern übertragen werden, werden die digitalen Daten nur in Abständen übertragen. Andere Datenquellentypen, wie zum Beispiel die Übertragung von Computerdateien, sind nicht durch eine Übertragungszeit der Daten eingeschränkt und können deshalb mit einer im wesentlichen unregelmäßigen oder stoßhaften Rate auftreten.
  • Wie bereits erläutert, ist das Mehrfachzugriffsverfahren eines Kommunikationssystems in der Regel so ausgelegt, daß es die Benutzung der dem Datenkommunikationssystem zugeteilten Kommunikationsbandbreite optimiert. Als Folge des Vorhandenseins vielfältiger verschiedener Datentypen, die durch das Datenkommunikationssystem übertragen werden könnten, ist das Mehrfachzugriffsverfahren häufig so ausgelegt, daß es für den gängigsten oder den wahrscheinlichsten durch das Datenkommunikationssystem zu übermittelnden Datentyp optimiert ist. Folglich ist die Größe der Pakete, Blöcke oder Bursts deshalb nur für einen bestimmten Datenquellenverkehrstyp optimiert. Im Fall der Mobilfunktelefonie wird zum Beispiel die Paket- oder Burst-Größe von Funksignalen, in denen Daten übermittelt werden, häufig durch die Rate bestimmt, mit der Sprach- oder Sprechsignale erzeugt werden, bestimmt.
  • In dem Fall, daß eine Datenquelle Daten mit einer Rate erzeugt, die nicht mit der kompatibel ist, bei der das Datenkommunikationssystem optimiert wurde, sind durch die Datenquelle erzeugte Datenrahmen nicht an die Größe des Pakets, Bursts oder Block, in dem die Daten durch das Mehrfachzugriffsverfahren transportiert werden, angepaßt. D. h., die Größe der durch die Datenquelle erzeugten Datenrahmen paßt nicht auf die vorbestimmte Größe des Datenführungsblocks, -pakets oder -bursts des Mehrfachzugriffsverfahrens. Der Grund dafür könnte darin bestehen, daß der Datenrahmen zu groß oder zu klein ist. Wenn er zu groß ist, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um den Rahmen in mehr als einen Transportdatenblock zu führen. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß der Block genau paßt. Folglich müssen bestimmte Vorkehrungen dahingehend getroffen werden, die übrige Datenführungskapazität des Transportdatenpakets, -bursts oder -blocks mit Daten zu füllen, um die dem Sender durch das Mehrfachzugriffsverfahren zugeteilte Kommunikationsbandbreite optimal auszunutzen. Diese Vorkehrung bzw. dieser Prozeß ist Fachleuten als „Ratenanpassung" bekannt.
  • Eine Technik der Ratenanpassung, die aus einer Offenlegung bekannt ist, die die Funkschnittstelle des „Universal Telecommunications Radio Access Physical Layer Description, Specification System", Band 0.3, produziert durch die „Special Mobile Group 2" der „Universal Mobile Terrestrial System Physical Layer Expert Group of the European Telecommunications Standards Institute", Kapitel 3.2.3, ist als ungleiche Wiederholung bekannt. Ungleiche Wiederholung ist ein bekanntes Verfahren der Ratenanpassung, bei dem das Ganze oder gewählte Teile eines Datenrahmens bis zu einem Grad wiederholt werden, der ausreicht, um einen Transportdatenblock zu füllen. Eine solche Wiederholung liefert jedoch nur ein Mittel zum Erkennen von Fehlern in den empfangenen Daten oder Bereitstellung einer bestimmten begrenzten Fehlerkorrektur entweder aus einem Mehrheitswählverfahren der wiederholten Datenbit falls die Daten mehr als dreimal wiederholt werden, oder durch Kombinieren von Soft-Entscheidungsmetriken, die eine Zuverlässigkeit der wiederholten Datenbit anzeigen, wobei die kombinierten Metriken von einem nachfolgenden Decodierer verwendet werden. Falls Daten aus dem Quellenrahmen wiederholt werden, wird daher der Teil des Nutzsignals des Transportdatenblocks, der mit wiederholten Bit oder Symbolen gefüllt wird, nicht effizient benutzt und ist nicht unbedingt an die Eigenschaften des Datenkommunikationskanals, auf dem die Daten geführt werden, angepaßt. Ein weiteres bekanntes Ratenanpassungsverfahren, daß durch Wiederholung oder Codepunktierung bewirkt wird, ist aus „Specification of the Air-Interface for Third Generation Mobile System", Version 0, Band 3, ausgegeben am 18.12.1997 durch die Association of Radio Industries and Businesses (ARIB), Japan, bekannt. Diese Offenlegung beschreibt einen Ratenanpassungsprozeß, bei dem der durch eine Datenquelle erzeugte Datenrahmen bereits durch die Quelle codiert wurde und punktiert wird, um eine Ratenanpassung zu bewirken.
  • In WO 97 45976 A1 wird ein drahtloses Kommunikationssystem beschrieben, das ein Ratenanpassungsverfahren mit Wiederholung und Punktierung ähnlich wie in dem vorherigen Absatz beschrieben offengelegt. Diese Schrift beschreibt einen Ratenanpassungsprozeß, bei dem Datenrahmen codiert werden, durch einen Symbolwiederholer eine Wiederholung der Codesymbole durchgeführt und schließlich eine Punktierung verwendet wird, um die Ratenanpassung zu bewirken.
  • In US 4,882,726 sind zwei Vollduplexmodems verbunden und dafür ausgelegt, mit derselben vorbestimmten Bandrate zueinander zu senden. Während das erste Modem Daten mit einer Bitrate empfängt, die schneller als die Bandrate ist, und die Bitrate in die Bandrate umsetzt, empfängt das zweite Modem Daten mit einer Bitrate, die langsamer als die Bandrate ist, und muß deshalb Blöcke von Datenbit langsamerer Rate zu einer größeren Anzahl von Bit codieren, um eine Übereinstimmung mit der Bandrate zu erzielen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Datenkommunikationsvorrichtung mit einem im wesentlichen effizienten Mittel zur Ratenanpassung.
  • Die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen in einer Datenkommunikationsvorrichtung verankert, in der ein durch eine Datenquelle erzeugter Datenrahmen in einer Datenblockgröße, die größer als die des Datenrahmens der Quelle ist, durch ein Datentransportmittel übermittelt werden soll, und bei der ein Codierer zum Codieren des Quellendatenrahmens mit einer Rate entsprechend einer relativen Größendifferenz des Datenrahmens und der Größe des Transportdatenblocks bereitgestellt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Datenkommunikationssystem gemäß dem Patentanspruch 1 bereitgestellt.
  • Indem vorgesehen wird, daß ein Codierer den Quellendatenrahmen mit einer Rate codiert, die die Wirkung hat, die resultierende Größe des codierten Datenrahmens zu vergrößern, so daß er im wesentlichen an die Größe des Nutzsignals des Transportdatenblocks angepaßt ist, wird die Kapazität, die in dem Transportdatenblock verfügbar ist, die ansonsten nicht durch den Datenrahmen gefüllt wird, im wesentlichen effizienter ausgenutzt. Diese Anordnung der Codierung ist dergestalt, daß die minimale Distanz der codierten Daten größer als die minimale Distanz ist, die erreicht werden könnte, wenn nur nahe gewählte Wiederholung verwendet wird.
  • Der hier mit Bezug auf ein Fehlerkontrollcodierungsverfahren verwendete Ausdruck minimale Distanz bedeutet eine minimale Hamming-Distanz zwischen zwei beliebigen Codewörtern, die aus allen möglichen Codewörtern in einem Codierungsverfahren gebildet wird. Die Hamming-Distanz wird durch die Anzahl möglicher Wörter, die zwischen zwei beliebigen Codewörtern einer Menge von Codewörtern erzeugt werden können, berechnet.
  • Vorteilhafterweise enthält die Datenkommunikationsvorrichtung ein Mittel zum Punktieren der codierten Daten, und falls die codierten Daten größer als eine vorbestimmte Größe des Datentransportblocks sind, wird der codierte Datenblock punktiert, mit dem Effekt, daß der punktierte codierte Datenblock im wesentlichen gleich der Größe des Transportdatenblocks ist. Der Fehlerkontrollcodierer kann gemäß einem Fehlerkontrollalgorithmus, wie zum Beispiel einem Faltungscode, einem Blockcode, einem Produktcode, einem Turbocode oder dergleichen wirken. Der Fehlerkontrollcode könnte ein beliebiges Mittel zur Bereitstellung von Fehlerschutz oder -korrektur durch Hinzufügen von Redundanz zu den codierten Daten gemäß einem auf die Daten angewandten Algorithmus sein. Beispiele für Fachleuten bekannte Fehlerkontrollcodes sind u. a. Faltungscodes, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem-Codes, Reed-Solomon-Codes, CRC-Codes oder tatsächlich jede beliebige Methode des Wiederholens oder Bereitstellens von Paritätsprüfbit für einen Teil oder das Ganze eines Rahmens digitaler Daten.
  • Der Fehlerkontrollalgorithmus kann gemäß einem systematischen Fehlerkontrollcode wirken, bei dem der fehlercodierte Block aus redundanten Daten und den Quellendaten besteht.
  • Die Datenkommunikationsvorrichtung kann weiterhin einen Verschachtler enthalten, der den codierten Datenblock verschachtelt. Der Datenquellenblock kann durch die Datenquelle vorcodiert werden.
  • Die Datenkommunikationsvorrichtung kann weiterhin einen Empfänger mit einem Fehlerkontrolldecodierer und einer Empfängersteuerung enthalten. Falls der Quellendatenrahmen mit einem systematischen Fehlerkontrollcode codiert wurde, kann der Empfänger weiterhin wahlweise die Quellendatenbit aus dem systematisch codierten Datenblock extrahieren, unabhängig von der relativen Komplexität der Codierungs- und Kombiniervorgänge.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum aus mindestens einer Datenquelle erzeugten Daten gemäß dem Patentanspruch 10 bereitgestellt.
  • Es wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Mobilfunkkommunikationssystems;
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Datenkommunikationsvorrichtung, die eine Verbindung zwischen der Mobilstation und einer Basisstation des in 1 gezeigten Kommunikationsnetzes bildet;
  • 3 ein teileschematisches Blockschaltbild, Teilprozeßdarstellung des in 2 gezeigten Datenumsetzermittels;
  • 4 eine weitere Ausführungsform des in 3 gezeigten Datenumsetzermittels; und
  • 5 ein schematisches Blockschaltbild des in 4 gezeigten Datencodierers.
  • Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf ein Mobilfunkkommunikationssystem beschrieben. Ein solches Mobilfunkkommunikationssystem kann mit einem Mehrfachzugriffssystem ausgestattet sein, das zum Beispiel gemäß TDMA (Time Division Multiple Access) wirken kann, wie zum Beispiel das in dem GSM-System (Global System for Mobiles) verwendete, wobei es sich um einen Mobilfunkfernsprechstandard handelt, der von dem europäischen Telekommunikationsnormeninstitut verwaltet wird. Als Alternative könnte das Mobilfunkkommunikationssystem mit einem Mehrfachzugriffssystem ausgestattet sein, das gemäß CDMA (Code Division Multiple Access) wirkt, wie zum Beispiel das für das universelle Mobiltenekommunikationssystem der dritten Generation vorgeschlagene. Es versteht sich jedoch, daß jedes beliebige Datenkommunikationssystem zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte, wie zum Beispiel ein lokales Netzwerk oder ein Breitband-Telekommunikationsnetz, das gemäß dem asynchronen Transfermodus wirkt. Diese beispielhaften Datenkommunikationssystembeispiele sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß Daten als Bursts, Pakete oder Blöcke übertragen werden. Im Fall eines Mobilfunkkommunikationssystems werden die Daten in Bursts von datenführenden Funksignalen transportiert, die eine vorbestimmte Datengröße darstellen. Ein Beispiel für ein solches Mobilfunkkommunikationssystem ist in 1 gezeigt.
  • 1 zeigt drei Basisstationen BS, die Funksignale mit Mobilstationen MS in einem durch Zellen 1, die durch gestrichelte Linien 2 definiert werden, gebildeten Funkabdeckungsgebiet austauschen. Die Mobilstationen MS und die Basisstationen BS übermitteln Daten durch Senden von Funksignalen mit der Kennzeichnung 4 zwischen Antennen 6, die an die Mobilstationen MS und die Basisstationen BS angekoppelt sind. Die Daten werden unter Verwendung einer Datenkommunikationsvorrichtung, in der die Daten in die Funksignale 4 transformiert werden, die zu der Empfangsantenne 6 übermittelt werden, die die Funksignale detektiert, zwischen den Mobilstationen MS und den Basisstationen BS übermittelt. Der Empfänger stellt aus den Funksignalen die Daten wieder her.
  • 2 zeigt ein Veranschaulichungsbeispiel für eine Datenkommunikationsvorrichtung, die eine Funkkommunikationsverbindung zwischen einer der Mobilstationen MS und einer der Basisstationen BS bildet, wobei auch in 1 erscheinende Teile identische numerische Bezeichnungen tragen. In 2 erzeugt eine Datenquelle 10 einen Datenrahmen 8 mit einer Rate, die durch einen Datentyp, den eine Quelle erzeugt, bestimmt wird. Die durch die Quelle 10 erzeugten Datenrahmen 8 werden einem Ratenumsetzer 12 zugeführt, der den Datenrahmen 8 in einen Transportdatenblock 14 umsetzt. Der Transportdatenblock 14 ist so ausgelegt, daß er im wesentlichen die gleiche Größe wie eine vorbestimmte Größe einer Datenmenge aufweist, die durch einen Burst von Daten führenden Funksignalen geführt werden kann, über den Daten durch eine durch das Paar aus Sender 18 und Empfänger 22 gebildete Funkschnittstelle übermittelt werden.
  • Der Datentransportblock 14 wird einem Funkzugangsprozessor 16 zugeführt, der die Übertragung des Transportdatenblocks 14 über die Funkzugangsschnittstelle einteilt. Zu einem entsprechenden Zeitpunkt wird der Transportdatenblock 14 durch den Funkzugangsprozessor 16 einem Sender 18 zugeführt, der den Transportdatenblock in den Burst von Daten führenden Funksignalen umsetzt, die in einem für den Sender zur Bewirkung der Übermittlung der Funksignale zugeteilten Zeitraum gesendet werden. Im Empfänger 22 erkennt eine Antenne 6'' des Empfängers die Radiosignale und führt eine Abwärtsumsetzung und Wiederherstellung des Datenrahmens durch, der einer Funkzugangseinteilungsumkehrungsvorrichtung 24 zugeführt wird. Die Mehrfachzugriffseinteilungsumkehrungsvorrichtung 24 führt den empfangenen Datentransportblock unter der über einen Leiter 28 bewirkten Steuerung der Mehrfachzugriffseinteilungsumkehrungsvorrichtung 24 einem Ratenumsetzungsumkehrer 26 zu. Der Ratenumsetzungsumkehrer 26 führt eine Darstellung des regenerierten Datenrahmens 8 danach einem Ziel bzw. einer Senke für den Datenrahmen 8 zu, das bzw. die durch den Block 30 dargestellt ist.
  • Der Ratenumsetzer 12 und der Ratenumsetzungsumkehrer 26 sind so ausgelegt, daß sie soweit wie möglich die in dem Transportdatenblock 14 verfügbare Datenführungskapazität optimal ausnutzen. Dies wird gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch den in 3 gezeigten Ratenanpassungsumsetzer bewirkt. In 3 enthält der Ratenumsetzer 12 einen Datencodierer, der unter der Steuerung einer Ratenanpassungssteuerung 36 mit einem Datenpunktierer 34 verbunden ist. Wie in 3 gezeigt, wird der Datenrahmen 38 dem Ratenumsetzer 12 zugeführt und durch den Datencodierer 32 empfangen. Der Datencodierer 32 codiert den Datenrahmen 38 mit einem Code mit einer Rate, der sich auf die Erzeugung eines Datenblocks auswirkt, der eine Größe aufweist, die der Größe des Nutzsignals des Datentransportblocks entspricht, der in 3 als der Datenblock 40 gezeigt ist. Wahlweise und unter der Steuerung der Ratenanpassungssteuerung 36 kann der codierte Datenrahmen punktiert werden, so daß die Anzahl von Bit reduziert wird, falls die Anzahl von Bit des codierten Datenrahmens größer als die Größe des Transportdatenblocks 40 ist. In diesem Fall wird eine entsprechende Punktierung bewirkt, so daß der punktierte codierte Datenrahmen in den Datentransportblock 40 paßt.
  • Für Fachleute ist ersichtlich, daß verschiedene Codierungsalgorithmen in dem Datencodierer 32 verwendet werden könnten. Zum Beispiel kann der Codierer 32 gemäß einem Blockcode, wie zum Beispiel B-C-H, Reed-Solomon oder Hamming-Code, wirken. Außerdem könnte der Codierungsalgorithmus ein Faltungscode, ein Turbocode oder Produktcode sein. Die Codierungsraten solcher Fehlerkontrollcodes werden jedoch darauf beschränkt, auf bestimmte diskrete Werte begrenzt zu sein, die nicht unbedingt einen codierten Datenrahmen erzeugen, der genau an die Transportdatenblockgröße angepaßt ist. Aus diesem Grund kann der codierte Datenrahmen, der mit einem Code mit einer Rate codiert wird, die der zum Füllen des Datentransportblocks erforderlichen am nächsten kommt, mehr Bit erzeugen, als in den Datentransportblock 40 eingepaßt werden können. In diesem Fall kann deshalb der codierte Datenrahmen wahlweise wie hier zuvor beschrieben unter der Steuerung der Ratenanpassungssteuerung 36 punktiert werden. Das Punktieren wird so ausgelegt, daß eine Reduktion in dem codierten Datenrahmen bewirkt wird, um eine Übereinstimmung mit der Transportdatenblockgröße zu erzielen.
  • 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Ratenanpassungssteuerung. In 4 besteht die Ratenanpassungssteuerung aus einem Datencodierer, der gemäß einem systematischen Fehlerkontrollcode wirkt. Der systematische Fehlerkontrollcode erzeugt den Datentransportdatenblock 40 aus dem Quellendatenrahmen 38 in Kombination mit redundanten Datenbit 42, die durch den systematischen Codierer erzeugt werden. Der systematische Codierer kann zum Beispiel ein rekursiver systematischer Faltungscode sein. Die Rate des systematischen Faltungscodes ist dann gleich (Nc/(N– Nc)), um redundante Datenbit zu erzeugen, die gleich (N– Nc) sind, wobei Nc die Anzahl von Bit in dem Quellendatenrahmen und N die Anzahl von Bit in dem Transportdatenblock ist. Ein Beispiel für einen solchen rekursiven systematischen Faltungscode mit Punktierung ist in 5 gezeigt, wobei Teile, die auch in 4 und 3 erscheinen, identische numerische Bezeichnungen tragen. In 5 besteht der Codierer 44 aus einem Faltungscodierer 46 und einem Punktierer 48. Der Faltungscodierer 46 besteht aus Speicherelementen 50 und Modulo-2-Addierern 52. Für Fachleute ist ohne weiteres erkennbar, daß der Faltungscodierer so angeordnet ist, daß den Speicherelementen 50 zugeführte Bit an die Modulo-2-Addierer 52, die in Kombination gemäß den in den Speicherelementen 50 vorhandenen Informationen redundante Datenbit erzeugen, angelegt und in Abhängigkeit von der Anzahl und Position der Rückkopplungsabgriffe 54 dem Eingang des ersten Modulo-2-Addierers 52 zugeführt werden.
  • Im Empfänger der Kommunikationsvorrichtung wird der Datentransportblock 40 durch den Funkkommunikationsempfänger 22 in Kombination mit dem Mehrfachzugriffseinteilungsumkehrer 24 wiederhergestellt und dem Ratenumsetzungsumkehrer 26 zugeführt. Der Ratenumsetzungsumkehrer 26 kann wahlweise den codierten Datenrahmen decodieren, um den Datenrahmen 38 wiederherzustellen, indem ein Fehlerdecodierungsalgorithmus durchgeführt wird, der dem zur Codierung des Datenrahmens verwendeten Algorithmus entspricht. Falls also zum Beispiel der Datenrahmen mit einem Faltungscode codiert wird, decodiert der Ratenumsetzungsumkehrer 26 den Datentransportblock unter Verwendung eines Maximum- Likelihood-Sequenzschätzers, der ansonsten auch als Soft-Ausgabe-Viterbi-Decodierer bekannt ist. Soft-Ausgabe-Viterbi-Decodierer sind zur Erzeugung von Soft-Ausgabeinformationen bekannt, wobei die Soft-Ausgaben eine relative Konfidenz in den decodierten Datenbit angeben. Danach können diese Soft-Ausgabeinformationen von einem nachfolgenden Decodierer weiter benutzt werden, der zum Beispiel den Datenrahmen decodieren kann, falls der Datenrahmen selbst durch die Datenquelle codiert wurde. Weiterhin kann der Ratenumsetzungsumkehrer 26 weitere Iterationen des Decodierungsprozesses bewirken, um die Integrität oder die Konfidenz bei der korrekten Wiederherstellung des Datenrahmens zu vergrößern.
  • In einem Fall wurde der Transportdatenblock durch Verwendung eines systematischen Codierers erzeugt, und wenn eine Anzahl von Berechnungen oder Kalkulationen, die durch den Empfänger durchgeführt werden, durch eine relative Rechenleistung des Empfängers begrenzt ist, kann der Empfänger wünschen, einfach den Datenrahmen aus dem Datentransportblock zu extrahieren, ohne einen Decodierungsprozeß an dem codierten Datenrahmen durchzuführen.
  • Falls die Anzahl von Bit Nc in dem Quellendatenrahmen kleiner als eine Hälfte der der Größe des Transportdatenblocks 40 ist, kann der Faltungscodierer ein Codierer sein, der eine Rate aufweist, die größer oder kleiner als die Hälfte ist, aber punktiert wäre, um den Ratenanpassungsprozeß zu bewirken. Dies wäre auch der Fall, wenn die Anzahl von Bit in dem Datenrahmen größer als eine Hälfte der der Größe des Transportdatenblocks ist, da der Punktierungsprozeß leicht entsprechend angepaßt werden kann. Der Codierungsprozeß im Fall rekursiver systematischer Faltungscodes kann auch mit einer beliebigen Art von verkettetem Codierungsverfahren, wie zum Beispiel durch eine Turbocodierung, kombiniert oder ersetzt werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann der durch die Quelle 38 erzeugte Datenrahmen Basisdaten oder durch die Quelle zu übertragende Daten darstellen, die selbst möglicherweise bereits vor der Ablieferung an das Datenkommunikationssystem durch die Quelle codiert wurden. In diesem Fall kann wahlweise in dem Datenratenumsetzer 12 und entsprechend in dem Ratenumsetzungsumkehrer 26 ein Entschachtler zur Entschachtelung des Datenrahmens und der durch den Fehlerkontrollcodierer erzeugten redundanten Daten vorgesehen werden. Fachleuten ist wohlbekannt, daß die Leistungsfähigkeit von Fehlerkontrollcodes am besten ist, wenn die während der Übertragung der Daten auftretenden Fehler durch Gaußsches Rauschen verursacht werden, mit einem Effekt, daß die Fehler unabhängig über den Transportdatenblock verteilt sind. Im Fall von Mobilfunkübermittlungen treten Datenfehler häufig jedoch in Bursts oder Blöcken auf, was einen katastrophalen Fehlschlag des Decodierungsprozesses verursachen kann. Durch Verschachteln der relativen Positionen der Bit vor der Übertragung und Entschachteln der relativen Plazierung der Bit beim Empfang wird jedoch jeglicher während der Übertragung auftretende Burst von Fehlern im wesentlichen um den entschachtelten Datentransportblock herum verteilt, mit einem Effekt, daß eine Wahrscheinlichkeit des korrekten Decodierens des Datenrahmens wesentlich vergrößert wird.
  • Eine weitere Verbesserung der Integrität des Datenrahmens läßt sich durch iteratives Decodieren des Datenrahmens erzielen. Eine Anzahl von Iterationen des iterativen Decodierungsprozesses wird durch eine dem Empfänger verfügbare relative Rechenleistung bestimmt. Bei einer solchen iterativen Decodierung, wie zum Beispiel derjenigen, die mit einem Soft-Ausgabe-Viterbi-Decodierer bewirkt werden kann, erfolgt eine erste Schätzung des Datenrahmens durch Decodieren des codierten Datenrahmens und Speichern des Ergebnisses. Nachfolgende Schätzungen des Datenrahmens erfolgen aus der gespeicherten ersten Schätzung durch Decodieren des codierten Datenrahmens unter Verwendung von Soft-Entscheidungsinformationen, die aus der ersten Schätzung erzeugt werden, und nachfolgend, bei weiteren Iterationen aus anderen vorherigen Schätzungen des Datenrahmens.
  • Für Fachleute ist erkennbar, daß verschiedene Modifikationen an der hier beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann in dem Ratenanpassungsprozeß jede beliebige Form von Fehlercodierung verwendet werden, in Kombination mit jeder beliebigen Form von Punktierung oder Auslöschung von Datenbit vor der Übertragung. Weiterhin findet die vorliegende Erfindung mit einer beliebigen Datenkommunikationsvorrichtung Anwendung, bei der Daten durch die Datenkommunikationsvorrichtung in Blöcken einer vorbestimmten Größe, die nicht an die Größe der durch eine Datenquelle erzeugten Datenrahmen angepaßt ist, transportiert werden.

Claims (17)

  1. Datenkommunikationsvorrichtung, die Daten von mindestens einer Datenquelle (10) übermittelt, die als Datenrahmen (8; 38) einer durch eine Rate, mit der die Daten erzeugt werden, bestimmten Größe erzeugt werden, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: ein Datentransportmittel (6', 16, 18), das so ausgelegt ist, daß es durch die Quellen erzeugte Daten (14; 40) in Blöcken einer vorbestimmten Größe übermittelt, und ein Mittel (12) zum Umsetzen der Quellendatenrahmen (8; 38) in Transportdatenblöcke (14; 40) mit einer Größe, die im wesentlichen an die vorbestimmte Blockgröße des Datentransportmittels angepaßt ist, wobei das Mittel (12) zum Umsetzen der Quellendatenrahmen einen Codierer (32; 44) enthält, der den Quellendatenrahmen (8; 38) mit einer Coderate codiert, die sich auf die Umsetzung des Quellendatenrahmens (8; 38) auswirkt, so daß der Quellendatenrahmen (8; 38) im wesentlichen mit der vorbestimmten Blockgröße des Datentransportmittels (6', 16, 18) übereinstimmt, während die Coderate von der Größe der Quellendatenrahmen abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der codierten Datenrahmen größer als die vorbestimmte Blockgröße des Transportmittels (6', 16, 18) ist und die Vorrichtung weiterhin ein Mittel (34; 48) zum Punktieren des codierten Datenrahmens, um eine Reduktion des codierten Datenrahmens zu bewirken, umfaßt, wodurch der punktierte codierte Datenrahmen im wesentlichen an die vorbestimmte Größe des Transportmittels (6', 16, 18) angepaßt ist.
  2. Datenkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Codierer (32; 44) ein Fehlerkontrollcodierer ist.
  3. Datenkommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fehlerkontrollcodierer (32; 44) ein Mittel zum Betrieb gemäß einem Fehlerkontrollalgorithmus wie zum Beispiel einem Faltungscode, einem Blockcode, einem Produktcode oder einem Turbocode oder dergleichen enthält.
  4. Datenkommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Fehlerkontrollcodierer (44) gemäß einem systematischen Fehlerkontrollcode arbeitet, der ein Mittel zur Bildung des codierten Datenrahmens aus redundanten Daten (42) und dem Quellendatenrahmen (38) im wesentlichen unverändert aufweist.
  5. Datenkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der systematische Fehlerkontrollcode (44) ein systematischer rekursiver Fehlerkontrollcode ist.
  6. Datenkommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Mittel zum Bilden des Quellendatenrahmens (8; 38) durch Codieren von Basisdaten, die durch die Quelle zu übermittelnde Informationen darstellen.
  7. Datenkommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Empfänger (26) mit einem Fehlerkontrolldecodierer und einer Empfängersteuerung, wobei die Empfängersteuerung ein Mittel zum selektiven Decodieren des codierten Datenrahmens enthält.
  8. Datenkommunikationsvorrichtung nach Anspruch 7 bei Abhängigkeit von Anspruch 5 oder 6, wobei der Empfänger (26) ein Mittel zum selektiven Extrahieren der Quellendatenbit aus den systematisch codierten Daten und zum Kombinieren der extrahierten Quellendaten mit dem Quellendatenblock in Abhängigkeit von der relativen Komplexität des Decodierungs- und Kombiniervorgangs enthält.
  9. Datenkommunikationsvorrichtung entweder nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der Fehlerkontrolldecodierer (26) zusammen mit der Empfängersteuerung ein Mittel zum Decodieren des codierten Datenrahmens unter Verwendung mehrerer Iterationen aufweist, wobei jede Iteration Soft-Entscheidungsinformationen erzeugt, die in nachfolgenden Iterationen benutzt werden.
  10. Verfahren zum Übermitteln von Daten, die von mindestens einer Datenquelle (10) und als Datenrahmen (8; 38) einer durch eine Rate, mit der die Daten erzeugt werden, bestimmten Größe erzeugt werden, mit den folgenden Schritten: Umsetzen der Quellendatenrahmen (8; 38) in Datenblöcke einer Größe, die im wesentlichen an eine vorbestimmte Blockgröße zur Übermittlung durch ein Datentransportmittel (6', 16, 18) angepaßt ist, wobei der Schritt des Umsetzens der Quellendatenrahmen (8; 38) in die Transportdatenblöcke (14; 40) folgender ist; Codieren des Quellendatenrahmens (8; 38) mit einer Coderate, die sich auf die Umsetzung des Quellendatenrahmens (8; 38) in den Transportdatenblock (14; 40) auswirkt, wobei die Coderate von der Größe der Quellendatenrahmen (8; 38) abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des codierten Datenrahmens größer als die vorbestimmte Größe des Datentransportmittels (6', 16, 18) ist und das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfaßt: Punktieren des codierten Datenrahmens, um die Datenmenge in dem codierten Datenrahmen zu reduzieren, wodurch die punktierten codierten Daten im wesentlichen an die vorbestimmte Größe des Datentransportmittels (6', 16, 18) angepaßt sind.
  11. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Codierens des Quellendatenrahmens den folgenden Schritt umfaßt: Codieren des Quellendatenrahmens (8; 38) mit einem Fehlerkontrollcodierer (32; 44).
  12. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Codierens des Quellendatenrahmens gemäß einem Fehlerkontrollalgorithmus wie zum Beispiel einem Faltungscode, einem Blockcode, einem Produktcode oder einem Turbocode oder dergleichen durchgeführt wird.
  13. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Fehlerkontrollalgorithmus ein systematischer Fehlerkontrollcode ist, der den codierten Datenrahmen aus redundanten Daten und dem Quellendatenrahmen im wesentlichen unverändert erzeugt.
  14. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Quellendatenrahmen (8; 38) durch Codieren von Basisdaten, die durch die Quelle zu übermittelnde Informationen darstellen, gebildet wird.
  15. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach einem der Ansprüche 10 bis 14, weiterhin mit den folgenden Schritten: Bestimmen einer relativen Komplexität des Decodierens des systematisch codierten Datenblocks und in Abhängigkeit von einer relativen Komplexität entweder Decodieren des codierten Datenrahmens und Kombinieren der decodierten Daten mit dem Quellenrahmen oder Extrahieren der Quellendaten aus dem Transportdatenblock und Weiterleiten der Quellendaten zu einem Ziel oder einer Senke.
  16. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach Anspruch 14 oder 15, weiterhin mit den folgenden Schritten: Decodieren (26) des codierten Datenrahmens, um eine erste Schätzung des Datenrahmens und Soft-Entscheidungsinformationen zu erzeugen; und Erstellen nachfolgender Schätzungen des Datenrahmens durch Decodieren des codierten Datenrahmens unter Verwendung von aus vorherigen Schätzungen des Datenrahmens erzeugten Soft-Entscheidungsinformationen, wodurch eine Wahrscheinlichkeit, daß der Datenrahmen mit nachfolgenden Schätzungen korrekt detektiert wird, verbessert wird.
  17. Verfahren zum Übermitteln von Daten nach Anspruch 16, weiterhin mit dem folgenden Schritt: iteratives Wiederholen des Schritts des Erstellens nachfolgender Schätzungen, vollzogen bei einer relativen Menge von an dem Empfänger verfügbarer Rechenleistung und einer Zeit, innerhalb der der Datenrahmen wiederhergestellt sein sollte.
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