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Beschreibung der Erfindung:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung einer Datenkommunikationsvorrichtung mit
einem im wesentlichen effizienten Mittel zur Ratenanpassung.
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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.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Datenkommunikationssystem gemäß dem Patentanspruch 1 bereitgestellt.
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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.
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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.
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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.
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Der Fehlerkontrollalgorithmus kann
gemäß einem
systematischen Fehlerkontrollcode wirken, bei dem der fehlercodierte
Block aus redundanten Daten und den Quellendaten besteht.
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Die Datenkommunikationsvorrichtung
kann weiterhin einen Verschachtler enthalten, der den codierten
Datenblock verschachtelt. Der Datenquellenblock kann durch die Datenquelle
vorcodiert werden.
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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.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum aus mindestens einer
Datenquelle erzeugten Daten gemäß dem Patentanspruch
10 bereitgestellt.
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Es wird nun eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung lediglich als Beispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild eines Mobilfunkkommunikationssystems;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild einer Datenkommunikationsvorrichtung,
die eine Verbindung zwischen der Mobilstation und einer Basisstation
des in 1 gezeigten Kommunikationsnetzes
bildet;
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3 ein
teileschematisches Blockschaltbild, Teilprozeßdarstellung des in 2 gezeigten Datenumsetzermittels;
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4 eine
weitere Ausführungsform
des in 3 gezeigten Datenumsetzermittels;
und
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5 ein
schematisches Blockschaltbild des in 4 gezeigten
Datencodierers.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.