DE69829847T2 - Fehlerschutzverfahren und vorrichtung für über-funk-dateiübertragung - Google Patents

Fehlerschutzverfahren und vorrichtung für über-funk-dateiübertragung Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • I. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenkommunikationen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues und verbessertes Kommunikationssystem zum Vorsehen eines Fehlerschutzes bei einem Dateitransfer über die Luftschnittstelle (over the air), der kompatibel ist mit einem IS-99-Kommunikationsformat.
  • II. Beschreibung verwandter Techniken
  • Die Komplexität von modernen Kommunikationssystemen und die kritische Zeitspanne bis zur Markteinführung stellen eine große Herausforderung für das Design von Kommunikationssystemen dar. Die Komplexität rührt von dem hohen Maß an Signalverarbeitung, der großen Anzahl von Hardwareblöcken, komplizierten Datenprotokollen und unzähligen Betriebsmodi her. Typischerweise wird ein Mikroprozessor benötigt, um die Vielzahl von Aufgaben zu koordinieren und zu steuern.
  • Die Komplexität des Systems gestaltet das Design sowie das suchen und Beseitigen von Fehlern schwer. Besondere Belastung besteht hinsichtlich der Softwareentwicklung, da diese Stufe das gesamte System, oftmals unter hohem Zeitdruck, integrieren muss. Um Systemkomplexität und Zeitdruck zu bewältigen, sind moderne Kommunikationssysteme mit der Fähigkeit ausgestattet herunterladbare Software oder Microcode über die Luftschnittstelle nach Systemeinsatz zu akzeptieren. Diese Systeme werden anfänglich mit nicht kompletter Softwarefunktionalität eingesetzt (deployed), wobei weiterhin Pläne bestehen, Upgrades hinsichtlich neuer Software-Releases durchzuführen, wenn Merkmale hinzugefügt werden oder Fehler entdeckt und entfernt werden sollen.
  • Das Design eines Datentransfersystems muss auf das Problem des korrekten Empfangs von einer großen Anzahl von entfernten Stationen ausgerichtet sein. In einem typischen Kommunikationssystem werden die Datenübertragungen zwischen einer zentralen Station und den entfernten Stationen durch Einflüsse auf den Übertragungskanal behindert, insbesondere durch additives Rauschen und Störsignale (spurious signals) innerhalb der Übertragungsbandbreite. Diese Signale können zusätzlich durch andere Phänomene, wie z.B. Mehrwegausbreitung, verzerrt werden bevor es die entfernten Stationen erreicht. Um diese Beeinträchtigungen (impairments) zu bekämpfen, und um die korrekte Detektierung durch die entfernten Stationen zu verbessern, werden die Daten vor der Übertragung codiert.
  • Zwei Klassen von Codierung, Blockcodierung und Faltungscodierung, werden verwendet um einen korrekten Empfang zu verbessern. Ein Faltungscode sieht eine gute Fehlerkorrekturfähigkeit vor, gibt jedoch typischerweise korrelierte Fehlerbursts aus. Blockcodes besitzen eine eingebaute Burstfehlerhandhabungsfähigkeit, wenn diese mit einem geeigneten Level von Interleaving bzw. Verschachtelung kombiniert werden. Tatsächlich kann ein Reed-Solomon-Block-Code einen beliebigen Fehlerburst innerhalb eines Symbols handhaben. Wenn Faltungscodierung alleine nicht den benötigten Codierungsgewinn erzeugtkann ein verketteter bzw. verknüpfter (concatenated) Code bestehend aus einem Blockcode und einem Faltungscode, verwendet werden.
  • Ein solches System, das ein hohen Betrag an Datentransfer zu vielen entfernten Stationen benötigen kann, ist ein Codemultiplex-Vielfachzugriffssystem(code division multiple access = CDMA), das konform ist mit "TIA/EIA/IS-99 Data Services Option Standard for Wideband Spread Spectrum Digital Cellular System", worauf im Folgenden als IS-99-Standard Bezug genommen wird. Gemäß dem IS-99-Standard werden Daten in Datenrahmen partitioniert, blockcodiert um die Rahmenqualitätsindikatoren oder Prüfsummenbits bzw. CRC-Bits (cyclic redundancy check) zu erzeugen. Die Datenbits und CRC-Bits werden faltungscodiert und über die Luft bzw. Luft schnittstelle gesendet. Die entfernten Stationen empfangen und demodulieren das Signal, faltungsdecodieren die Daten und verwenden die CRC-Bits um zu bestimmen ob die Datenrahmen fehlerhaft empfangen wurden. Die CRC-Bits erlauben eine Detektierung von Fehlern bei der Übertragung, sehen jedoch nicht eine Fehlerkorrekturmöglichkeit vor.
  • Gemäß dem IS-99-Standard werden die Datenrahmen codiert um Codekanalrahmen mit einer Breite von 20 ms zu bilden. Auf der Vorwärtsverbindungsübertragung von der zentralen Station zu den entfernten Stationen ist die Symbolrate von jedem Codekanal 19,2 Ksps. Dies entspricht 384 Symbolen pro Codekanalrahmen. Bei einer Verwendung von einem Raten-1/2-Faltungscodierer um die Daten zu codieren kann die Datenrate bis zu 9,6 Kbps betragen. Bei der 9,6 Kbps Datenrate gibt es 192 Bits pro Codekanalrahmen. Gemäß dem IS-99-Standard bestehen die 192 Bits aus 172 Informationsbits, 12 CRC-Bits und 8-Code-Abschlussbits (code tail bits). Eine höhere Datenrate kann durch die Verwendung von anderen Coderaten erhalten werden. Zum Beispiel wird eine Datenrate von 14,4 Kbps erreicht durch Verwendung eines Rate-1/2-Faltungscodierers und durch Löschen von zwei aus jeden acht Symbolen, was einen Faltungscodierer mit punktierter Rate-3/4 ergibt. In diesem Fall enthält jeder Codekanalrahmen 576 Symbole oder 288 Bits.
  • Das CDMA-Kommunikationssystem ist ein Voll-Duplex-Kommunikationssystem. Die entfernten Stationen kommunizieren mit der zentralen Station auf einer unabhängigen Rückwärtsverbindung. Bei Detektierung von nicht korrigierbaren Rahmenfehlern senden die entfernten Stationen Aufforderungen an die Zentralstation um die Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, erneut zu senden. Wenn die zentrale Station versucht eine große Softwaredatei zu einer großen Anzahl von entfernten Stati onen herunterzuladen kann eine inadäquate Codierung darin resultieren, dass viele inkorrekt empfangene Datenrahmen existieren. Die zentrale Station kann einen Engpass hinsichtlich Anfragen von vielen entfernten Stationen erfahren, die jeweils ein erneutes Senden von unterschiedlichen Datenrah men anfragen. In diesem Szenario kann die Übertragung größerer Softwaredateien zu vielen entfernten Stationen in hohem Maße durch einen inadäquaten Codierungsgewinn, vorgesehen durch den IS-99-Standard, beeinträchtigt werden.
  • Der Faltungscodierer einer CDMA-Zentralstation, die IS-99-Standardkonform ist, besitzt Rate-1/2 (N = 2) mit einer Einflusslänge (constraint length) von 9 (K = 9). Der Faltungscodierer codiert jedes Eingabebit in N Codebits, was als Code-Ast bzw. Code-Branch gemäß dem Satz von N Generatorpolynomen bezeichnet wird. Das Generatorpolynom G(x) berechnet ein Codebit. Die N Codebits werden in einem N-Bitcodeast kombiniert. Die Beschränkungslänge K des Codierers ist die Anzahl von Datenbits, die in dem Codierungsprozess verwendet wird und bestimmt die Fehlerkorrekturfähigkeit des Codes. Eine lange Beschränkungslänge K wird eine bessere Performance auf Kosten von zusätzlicher Hardware und Berechnungskomplexität ergeben. Da jedes Eingabebit in N Codebits codiert wird, ist die Coderate für den Faltungscodierer 1/N. Andere Coderaten können von einem 1/N-Code durch Punktierung (puncturing) der Codebits erhalten werden. Punktierte Codes werden in J. Cain, G. Clark und J. Geist in "Punctured Convolutional Codes of Rate (n – 1)/n and Simplified Maximum Likelihood Decoding", IEEE Transaction on Information Theory, IT-25, Seiten 97–100, Januar 1979 behandelt. Tatsächlich wird in dem CDMA-System, Rate-½- und Rate-¾-Faltungscodierung auf der Vorwärtsverbindungsübertragung zwischen der Zentralstation und den entfernten Stationen verwendet, wobei die Ratenauswahl von dem Betriebsmodus der Zentralstation abhängt.
  • Ein Viterbi-Algorithmus wird verwendet um die gesendeten Codebits an dem Empfänger zu decodieren. Ein Diskussion der Theorie und des Betriebes des Viterbi-Decodierers ist in dem Artikel "Convolutional Codes and Their Performance in Communication Systems" von A. Viterbi, IEEE Transaction on Communication Technology, Band COM19, Nr. 5, Oktober 1971, Seiten 821–835 enthalten. Der Viterbi-Algorithmus führt die Maximal-Wahrscheinlichkeits-Decodierung des gesendeten Datenpfades aus. Für je den empfangenen Code-Ast wird die Branch- bzw. Astmetrik für alle Äste, die in jedem Zustand eintreten, berechnet und zu den entsprechenden vorherigen Pfadmetriken addiert. Der beste Pfad, der in jedem Zustand eintritt wird ausgewählt und als neue Pfadmetriken abgespeichert. Der ausgewählte Pfad wird in dem Pfadspeicher gespeichert. In "Development of Variable Rate Viterbi Decoder and its Performance Characteristics", Sechste Internationale Konferenz über digitale Satellitenkommunikation, Phoenix, AZ, September 1983, zeigt Y. Yasuda et al. dass die überlebenden Pfade mit der niedrigsten Pfadmetrik alle auf denselben Pfad konvergieren, und zwar nach einer bestimmten Trace-Back- bzw. Rückverfolgungstiefe. Somit wird ein Viterbidecodiertes Bit durch Verfolgen eines Pfades zurück durch die Trace-Back-Distanz in dem Pfadspeicher erhalten.
  • Der CRC-Blockcode, der in dem gemäß dem IS-99-Standard ausgebildeten CDMA-Kommunikationssystem verwendet wird, ist ein systematischer, zyklischer Linearblockcode. CRC-Blockcodierung ist auf dem Fachgebiet bekannt und eine gute Abhandlung dieses Themas kann in einer Anzahl von Dokumenten gefunden werden. In einem systematischen Blockcode bilden die k Datenbits die ersten k Codebits des Codewortes. Die n – k-Parity bzw. -Paritäts-Bits werden durch eine lineare Kombination der k Datenbits gemäß dem Generatorpolynom g(x) gebildet. Aufgrund der linearen, systematischen und zyklischen Eigenschaften des CRC-Blockcodes kann der Codierungsprozess leicht mittels einfacher Schieberegister und Exklusiv-ODER-Gatter erreicht werden. Da n Codebits für k Datenbits gesendet werden ist die Co derate, oder die Reduktion in der Datenrate, k/n.
  • In einem mit dem IS-99-Standard konformen CDMA-System werden die Daten mit einem CRC-Blockcode und einem Faltungscode codiert. Der CRC-Blockcode sieht nur eine Fehlerdetektierungsmöglichkeit vor und sieht nicht eine Fehlerkorrekturmöglichkeit bzw. -fähigkeit vor. Diese Aufgabe des Vorsehens von Fehlerkorrekturen obliegt dem Faltungscode. Wenn eine große Softwaredatei von einer großen Anzahl von entfernten Stationen heruntergeladen wird, ist die Anforderung nach einem fehlerfreien Empfang besonders wichtig. Wenn die Performance des Faltungscodes nicht alleine adäquat ist, ist eine zusätzliche Codierung mit entweder einem Fehlerkorrekturblockcode oder Faltungscode nötig, um einen fehlerfreien Empfang der Softwaredatei durch die entfernten Stationen sicher zu stellen.
  • XP 000690051 beschreibt eine Performanceanalyse von zwei Fehlerkontrollschemata basierend auf der Aneinanderfügung von Reed-Solomon- und Faltungscodes. Das erste Schema ist ein ybrid-Selektiv-Wiederholungs-ARQ-Protokoll des Typs I, wobei die Fehlerdetektierungsfähigkeit des RS-Außencodes verwendet wird, um Anfragen hinsichtlich einer erneuten Übertragung auszulösen. Das zweite Schema ist ein Hybrid-Selektiv-Wiederholungs-ARQ-Protokoll des Typs II, wobei die Fehlerkorrekturfähigkeit an die variablen Kanalzustände angepasst wird.
  • WO-A-96/22639 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anordnen verschiedener Datentypen mit verschiedenen Raten in ein einmalig strukturiertes Format für die Übertragung. Die Daten sind in Rahmen mit einer vorbestimmten Zeitdauer für die Übertragung organisiert. Die Rahmen werden in Abhängigkeit von den Daten gemäß einer von mehreren Raten organisiert. Vocoder-Daten werden von einem Vocoder und einer von mehreren Raten vorgesehen und in Rahmen gemäß einem vorbestimmten Format organisiert. Die Rahmen können so formatiert werden, dass Vocoder-Daten mit Nicht-Vocoder-Daten gemeinsam vorgesehen werden, um eine höchstmögliche Rahmendatenrate zu erreichen.
  • Patent Abstracts of Japan, Band 97, Nr. 4, 30. April 1997 beschreibt ein Fehlerkorrektursystem. Ein Fehlerdetektierungscodecodierer generiert einen CRC-Code und addiert diesen zu den Eingabedaten. Die resultierenden Daten werden mit einem Reed-Solomon-Code codiert und dann mit einem Faltungscode codiert. Der entsprechende Decodierer führt ein Decodieren mit einem Faltungscode gefolgt durch ein Decodieren mit einem Reed-Solomon-Code und eine Fehlerdetektierung mittels des CRC-Codes aus.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein neues und verbessertes Kommunikationssystem vor, das Fehlerschutz ausreichend für Dateitransfer über die Luftschnittstelle vorsieht. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Daten mittels eines verketteten Codes, der drei Codierungsschritte aufweist, codiert und decodiert, wobei die Schritte das Blockcodieren oder Faltungscodieren, das CRC-Blockcodieren und Faltungscodieren sind. Die codierten Daten werden moduliert und über die Luft gesendet bzw. übertragen. Die Vorrichtung und das Verfahren zum Codieren einer Datendatei für den Transfer über die Luft gemäß erster und zweiter Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 bzw. 14 angeführt. Die Vorrichtung und das Verfahren zum Empfangen einer codierten Datendatei, die über die Luft transferiert wurde, gemäß dritter und vierter Aspekte der Erfindung sind in Ansprüchen 6 bzw. 15 angeführt.
  • Es ist ein Ziel dieser Erfindung einen fehlerfreien Datentransfer über die Luft vorzusehen, während die Konformität mit dem IS-99-Standard beibehalten wird, und zwar durch Einsatz von Reed-Solomon-Codierung, CRC-Blockcodierung und Faltungscodierung. Die Datei wird in Datenrahmen partitioniert, die Reed-Solomon-codiert werden. CRC-Blockcodierung wird dann auf die Reed-Solomon-codierten Daten angewendet. Die CRC-codierten Daten werden faltungscodiert. Die CRC-Blockcodierung und Faltungscodierung wird gemäß dem IS-99-Standard ausgeführt. Der zusätzliche Reed-Solomon-Codierungsschritt sieht eine verbesserte Fehlerkorrekturfähigkeit vor, wobei die Kompatibilität mit dem IS-99-Standard beibehalten wird.
  • Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung einen fehlerfreien Dateitransfer über die Luft vorzusehen, während die Konformität zu dem IS-99-Standard beibehalten wird. Die Datei wird in Datenrahmen partitioniert und in einem ersten Codierungsschritt codiert. Der erste Codierungsschritt kann Blockcodierung oder Faltungscodierung sein. Die Ausgabe von dem ersten Codierer wird CRC-blockcodiert. Die CRC-codierten Daten werden dann faltungscodiert.
  • Die CRC-Blockcodierung und Faltungscodierung wird gemäß dem IS-99-Standard ausgeführt. Der zusätzliche erste Codierungsschritt erhöht den Codierungsgewinn, während die Kompatibilität mit dem IS-99-Standard beibehalten wird.
  • Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung einen fehlerfreien Datentransfer über die Luft vorzusehen, und zwar durch Vorsehen eines ersten Codierungsschrittes zusammen mit Faltungscodierung. Die Datei wird in Datenrahmen partitioniert und mittels eines ersten Codierungsschritts codiert. Der erste Codierungsschritt kann Blockcodierung oder Faltungscodierung sein. Wenn Blockcodierung verwendet wird, wird Reed-Solomon-Codierung bevorzugt. Die Ausgabe von dem ersten Codierungsschritt wird faltungscodiert. Die Ausgabedaten werden dann über die Luft transferiert.
  • Die vorhergehenden Ziele, zusammen mit anderen Zielen, sowie Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden im Folgenden noch offensichtlicher, wenn auf die folgende Beschreibung, Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch offensichtlicher aus der unten angeführten detaillierten Beschreibung, wenn diese zusammen mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen gleiche Bezugszeichen Entsprechendes durchgängig identifizieren und wobei die Figuren Folgendes zeigen:
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Digitalübertragungssystems;
  • 2 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm des Codierers der Zentralstation;
  • 3 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm des IS-99-Modulators und der Signalverarbeitung innerhalb der Zentralstation;
  • 4 ist ein Diagramm, das den Inhalt der Datenquelle darstellt;
  • 5 ist ein Diagramm, das den Inhalt des Puffers nach dem CRC-Blockcodierer darstellt;
  • 6 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm des IS-99-Demodulators und der Signalverarbeitung innerhalb der entfernten Station;
  • 7 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm des Decodierers der entfernten Station;
  • 8 ist ein Diagramm eines Rate-(7, 3), GF(23)-Reed-Solomon-Codierers;
  • 9 ist ein Diagramm des Rate-(88, 80)-CRC-ßlockcodierers, der konform ist mit dem IS-99-Standard;
  • 10 ist ein Diagramm des Rate-1/2, K = 9-Faltungscodierers, der mit dem IS-99-Standard konform ist; und
  • 11 ist ein Diagramm eines Rate-3/4-Punktierungszustands von einem Rate-1/2-Faltungscodierer.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Bezug nehmend auf die Figuren, zeigt 1 ein Blockdiagramm eines Digitalübertragungssystems der vorliegenden Erfindung. Ein solches System ist ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs- bzw. CDMA-Kommunikationssystem (CDMA = code division multiple access). In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel enthält die Zentralstation 2 einen großen Betrag von Information, zum Beispiel eine große Softwaredatei, die zu einer großen Anzahl von entfernten Stationen 4 herunter geladen werden soll. Zentralstation 2 codiert die Daten und sendet das Signal über Vorwärtskanäle 10. Entfernte Stationen 4 empfangen das Signal, decodieren die Daten und senden Anfragen über Rückwärtskanäle 12 und zwar hinsichtlich einer erneuten Übertragung der Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden. Die Vorwärts- und Rückwärtskanäle 10 und 12 können Satellitenübertragungskanäle oder terrestrische Übertragungskanäle sein.
  • Das beispielhafte Blockdiagramm des Codierers innerhalb der Zentralstation 2 ist in der 2 gezeigt. Datenquelle 20 enthält den großen Datenbetrag, wie zum Beispiel eine Softwaredatei. Die Daten werden in Datenrahmen (siehe 4) partitioniert und zu dem Reed-Solomon-Codierer 22 gesendet. Der Reed-Solomon-Codierer 22 codiert die Datenrahmen unter Verwendung von Reed-Solomon-Blockcodierung und liefert die Reed-Solomon-codierten Daten an Puffer 24. Steuerprozessor 26 verbindet die Datenquelle 20, Reed-Solomon-Codierer 22 und Puffer 30. Der Steuerprozessor 26 steuert die Art und Weise, auf die Daten von Datenquelle 20 vorgesehen werden und den Betrieb von Reed-Solomon-Codierer 22 und die Art und Weise, wie die Reed-Solomon-decodierten Daten an Puffer 24 vorgesehen werden. Für die erneute Übertragung von Datenrahmen weist Steuerprozessor 26 Datenquelle 20 an, die angeforderten Datenrahmen vorzusehen. Steuerprozessor 26 kann in einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor, einem Digitalsignalverarbeitungs- bzw. DSP-Chip (DSP = digital signal processing) oder einem ASIC, der zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktion programmiert ist, implementiert sein.
  • Das beispielhafte Blockdiagramm des IS-99-Modulators (IS-99-MOD) 30 und der Signalverarbeitung innerhalb der Zentralstation 2 ist in 3 gezeigt. Innerhalb des IS-99-Modulators 30 empfängt CRC-Blockcodierer 32 die Reed-Solomon-codierten Daten, in Datenrahmen, vom Puffer 24 und CRC-Block-codiert die Datenrahmen, um die CRC-Bits zu erhalten. Die Datenrahmen und die CRC-Bits sind in dem Puffer 34 gespeichert. Faltungscodierer 36 empfängt die CRC-codierten Daten vom Puffer 34, faltungscodiert die CRC-codierten Daten und liefert die faltungscodierten Daten an Blockinterleaver bzw. -verschachteler 38. Blockinterleaver 38 ordnet die Bits um und sieht die interleavten Daten an Modulator (MOD) 40 vor. Modulator 40 spreizt die interleavten Daten mit dem langen Pseudorausch- bzw. PN-Code (PN = pseudo-noise), dem Walsh-Code und den kurzen PNI- und PNQ-Codes. Die gespreizten Daten werden an Sender (TMTR) 42 vorgesehen, der das Signal hochkonvertiert, filtert und verstärkt. Das resultierende HF-Signal wird durch Duplexer 44 gelenkt und von Antenne 50 gesendet.
  • Die CRC-Blockcodierung und Faltungscodierung wird gemäß dem IS-99-Standard ausgeführt. Somit sind der CRC-Blockcode und der Faltungscode für einen gegebenen Betriebsmodus vordefiniert. Der IS-99-Standard spezifiziert außerdem die genaue Reihenfolge, mit der Daten in den Blockinterleaver 38 durch Faltungscodierer 36 eingeschrieben werden und von Blockinterleaver 38 durch Modulator 40 ausgelesen werden. Eine beispielhafte Darstellung des Inhalts der Datenquelle 20 ist in der 4 gezeigt. Daten innerhalb der Datenquelle 20 werden in Datenrahmen partitioniert. Zum Beispiel weist Datenrahmen 1 Datenbits m11, m12, m13 und so weiter auf und Datenrahmen 2 weist Datenbits m21, m22, m23 und so weiter auf. Die Größe eines Datenrahmens ist durch den IS-99-Standard für einen gegebenen Betriebsmodus vorbestimmt. Bei der 9,6 Kbps-Datenrate gibt es zum Beispiel 172 Datenbits pro Datenrahmen. Jeder Datenrahmen in der 4 wird aus Gründen der Einfachheit mit nur neun Datenbits dargestellt. In einem Kommunikationssystem, das unabhängig zu dem IS-99-Standard betrieben wird, können Datenrahmengrößen mit beliebigen Abmessungen, was in maximaler Performance und minimaler Hardwarekomplexität resultiert, innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
  • Reed-Solomon-Blockcode ist ein nicht-binärer Code, der auf Symbolen, zusammengesetzt aus mehr als einem Bit, operiert. Daher werden die Datenbits von der Datenquelle 20 in q-Bit-Symbole kombiniert. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden die Datenbits innerhalb desselben Datenrahmens kombiniert, um ein q-Bit-Symbol zu bilden. Zum Beispiel werden Datenbits m11, m12, m13 von Datenrahmen 1 kombiniert, um das erste Datensymbol zu bilden. Ähnlich werden Datenbits m21, m22, m23 und so weiter von Datenrahmen 2 kombiniert, um das zweite Datensymbol zu bilden. Die Coderate (n, k) des Reed-Solomon-Codierers 22 bestimmt die Länge der Ausgabecodewörter. Ein Rate-(n, k)-Reed-Solomon-Codierer 22 codiert k Datensymbole in ein Codewort von n Codesymbolen. Die Coderate bestimmt die Fehlerkorrekturfähigkeit des Blockcodes und die Speicheranforderungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer beliebigen Coderate (n, k).
  • Reed-Solomon-Code ist ein systematischer Blockcode. In einem systematischen Blockcode bilden die k Datensymbole die ersten k Codesymbole des Codewortes. Die verbleibenden n – k-Codesymbole, auf die als die Paritäts- bzw. Parity-Symbole Bezug genommen wird, werden durch eine lineare Kombination der k Datensymbole gebildet.
  • In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel codiert der Reed-Solomon-Codierer 22 die Datenrahmen von der Datenquelle 20 spaltenweise und speichert die Ausgabecodewörter spaltenweise im Puffer 24. Verarbeitung der Daten in Datenquelle 20 spaltenweise und Herausschreiben in den Puffer 24 spaltenweise resultiert darin, dass Datensymbole, die Bits m11, m21, m31 und so weiter (siehe 4) enthalten, in Codesymbole codiert werden, die Bits m11, m21, m31 und so weiter zusammen mit Parity-Symbolen, die Bits R11, R12 und so weiter (siehe 5) enthalten, codiert werden. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die k Datensymbole von k Datenrahmen und die n Codesymbole des Codewortes werden über n Rahmen geschrieben. Diese Verarbeitungsreihenfolge erhält die Originaldatenrahmen und resultiert darin, dass die Reed-Solomon-Parity-Symbole nach den Datenrahmen (siehe 4 und 5) angefügt werden. Durch Erhalten der Originaldatenrahmen ist der Reed-Solomon-Codierungsschritt transparent für die nachfolgende Signalverarbeitung und erlaubt es die Reed-Solomon-codierten Daten gemäß dem IS-99-Standard ohne Modifikation der Hardware zu verarbeiten.
  • Alternativ können die Datensymbole ebenfalls durch ein anderes Ordnungsverfahren gebildet werden und in einer anderen Reihenfolge codiert werden. Zum Beispiel können die Datenbits von unterschiedlichen Datenrahmen kombiniert werden, um das q-Bit-Symbol zu bilden. Somit können Datenbits m11, m21, m31 und so weiter kombiniert werden, um das erste Datensymbol zu bilden und Datenbits m12, m22, m32 und so weiter können kombiniert werden um das zweite Datensymbol zu bilden. Das Reed-Solomon-Codieren kann dann zeilenweise ausgeführt werden. Die zeilenweise Verarbeitung re sultiert in Codierung der Datensymbole, die Datenbits m11, m12, m13 usw. enthalten. Die Reed-Solomon-Parity-Symbole können dann in dieselben Zeilen wie die Datensymbole geschrieben werden oder können an eine andere Stelle in dem Puffer 24 (z.B. angefügt an den letzten Datenrahmen) geschrieben werden. Ein Erhalten der Originaldatenrahmen wird bevorzugt, da die nachfolgende Codierung mit dem IS-99-Standard im Einklang stehen kann. Die vorliegende Erfindung ist bei beliebigen Ordnungsverfahren, die eingesetzt werden können um die Datensymbole zu bilden und zu codieren, anwendbar.
  • Ein beispielhaftes Blockdiagramm eines IS-99-Demodulators (IS-99-DEMOD) 80 und die Signalverarbeitung innerhalb der entfernten Station 4 ist in der 6 gezeigt. Das beispielhafte Blockdiagramm des Decoders innerhalb der entfernten Station 4 ist in 7 gezeigt. Der Decoder innerhalb der entfernten Station 4 führt die umgekehrte Operation des Codierers innerhalb der Zentralstation 2 aus. Bezug nehmend auf 6 wird das gesendete Signal an Antenne 62 empfangen durch Duplexer 64 gelenkt und an Empfänger (RCVR) 66 geliefert. Empfänger 66 konvertiert das Signal herunter, filtert, verstärkt und quantisiert das Signal um das digitalisierte Basisbandsignal zu erhalten. Demodulator (DEMOD) 82 empfängt das digitalisierte Basisbandsignal und führt die Entspreizungsfunktion unter Verwendung des kurzen PN-Codes, des Walsh-Codes und des langen PN-Codes aus. Die demodulierten Daten werden an den Blockdeinterleaver 84 geliefert. Der Blockdeinterleaver 84 ordnet die Bits in der umgekehrten Reihenfolge, die bei der Zentralstation 2 ausgeführt wurde, um. Die deinterleavten Daten werden an den Viterbi-Decodierer 86 geliefert und faltungsdecodiert. Die faltungsdecodierten Daten werden in dem Puffer 88 gespeichert. CRC-Checkelement 90 empfängt die faltungsdecodierten Daten und führt den CRC-Check aus, um Rahmenfehler zu bestimmen. Die Demodulation und die Decodierung, wie sie oben beschrieben ist, ist im Einklang mit dem IS-99-Standard.
  • Die nachfolgende Signalverarbeitung wird durch das Blockdiagramm, das in 7 gezeigt ist, dargestellt. Die CRC-geprüften Daten vom IS-99- Demodulator 80, spezifisch CRC-Checkelement 90, werden an Puffer 102 vorgesehen. Der Inhalt des Puffers 102 ist in 5 dargestellt abzüglich der CRC-Bits auf der rechten Seite. Der Reed-Solomon-Decodierer 104 empfängt die CRC-geprüften Daten vom Puffer 102 und kann Reed-Solomon-Decodierung auf die CRC-geprüften Daten ausführen, was in Übereinstimmung mit der Verarbeitungsreihenfolge, die von dem Reed-Solomon-Codierer 22 verwendet wird, ist. Die Reed-Solomon-decodierten Daten werden an die Datensenke 106 vorgesehen.
  • Typischerweise ist der Reed-Solomon-Decodierer 104 nicht in der Lage, das Codewort bis zu dem Zeitpunkt zu decodieren, bis alle Codesymbole für das Codewort empfangen wurden. Für Kommunikationen, die nicht die zusätzliche Decodierungsverzögerung tolerieren können und die nicht die zusätzliche Fehlerkorrekturfähigkeit, die von dem Reed-Solomon-Decodierer 104 vorgesehen wird, benötigen, z.B. Sprachkommunikation, können die CRC-geprüften Daten direkt zur Datensenke 106 vorgesehen werden. Für Kommunikationen, in denen zusätzliche Decodierungsverzögerung toleriert werden kann und wo zusätzliche Fehlerkorrekturfähigkeit benötigt wird, wird der Reed-Solomon-Decodierer 104 verwendet, um die CRC-geprüften Daten zu decodieren.
  • Das Steuerelement bzw. Controller 70 ist mit Puffer 102, Reed-Solomon-Decodierer 104 und Datensenke 106 verbunden. Steuerelement 70 bestimmt, ob der Reed-Solomon-Decodierungsschritt ausgeführt werden muss, basierend auf detektierten Rahmenfehlern von dem CRC-Prüfelement 90 und steuert die Reed-Solomon-Decodierung. Speziell steuert das Steuerelement 70 die Art und Weise wie die CRC-geprüften Daten von dem Puffer 102 gelesen werden, den Betrieb des Reed-Solomon-Decodierers 104 und die Art und Weise, wie die Reed-Solomon-decodierten Daten an die Datensenke 106 vorgesehen werden. Das Steuerelement 70 kann in einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor, einem Digitalsignalverarbeitungschip bzw. DSP-Chip oder einem ASIC, der für die oben beschriebenen Funktionen programmiert ist, implementiert sein.
  • In einem CDMA-Kommunikationssystem das konform ist mit dem IS-99-Standard, werden die CRC-Bits nur dazu verwendet, Rahmenfehler zu detektieren, und es gibt keine Fähigkeit, Fehler innerhalb des Rahmens zu korrigieren. In der vorliegenden Erfindung sieht der zusätzliche Reed-Solomon-Decodierungsschritt Fehlerkorrekturmöglichkeiten vor und eliminiert die meisten Fehler. In gelegentlichen Fällen, in denen der Reed-Solomon-Decodierer 104 nicht in der Lage ist, die Fehler zu korrigieren, kann eine Frage hinsichtlich des erneuten Sendens generiert werden. Die Anfrage wird vom Sender (TMTR) 68 bearbeitet, durch Duplexer 64 gelenkt und von Antenne 62 (siehe 6) gesendet bzw. übertragen. An der Zentralstation 2 (siehe 3) wird das Signal von Antenne 50 empfangen, durch Duplexer 44 gelenkt und vom Empfänger-(RCVR)-Teilsystem 46 verarbeitet. Das Empfängerteilsystem 46 liefert die Anfrage an Steuerprozessor 26. Steuerprozessor 26 kann ein erneutes Senden einiger oder aller Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden (siehe 2) befehligen.
  • In der vorliegenden Erfindung kann Steuerelement 70 mehrere Funktionen in Abhängigkeit von dem Ergebnis vom CRC-Prüfelement 90 ausführen. Für die folgende Diskussion wird angenommen, dass ein Rate-(n, k)-Reed-Solomon-Code an der Zentralstation 2 verwendet wird. Für die Diskussion wird fernerhin das beispielhafte Ausführungsbeispiel angenommen, wobei die Datenrahmen Bits innerhalb einer Zeile aufweisen und die Reed-Solomon-Codewörter Symbole innerhalb einer Spalte aufweisen.
  • In dem ersten Szenario, wenn es keine Rahmenfehler gibt, kann das Steuerelement 70 den Reed-Solomon-Decodierungsschritt auslassen, da es keinen Fehler zu korrigieren gibt. Weiterhin kann das Steuerelement 70 eine Übertragung einer Nachricht bzw. Mitteilung zu der zentralen Station 2 befehligen, mit der bestätigt wird, dass die k Datenrahmen ohne Fehler empfangen wurden. Da es keinen Bedarf für die Reed-Solomon-Parity-Symbole für diese Datenrahmen gibt, ist die Übertragung der Reed-Solomon-Parity-Symbole verschwenderisch. Daher kann die Zentralstation 2 die Übertragung der un nötigen Reed-Solomon-Parity-Symbole für die Codewörter, die korrekt von der entfernten Station 4 empfangen wurden, eliminieren.
  • In dem zweiten Szenario, wenn die Anzahl von Rahmenfehlern größer als Null jedoch kleiner oder gleich (n – k) ist, kann Steuerelement 70 den Reed-Solomon-Decodierer 104 anweisen, Reed-Solomon-Decodierung auf die CRC-geprüften Daten unter Verwendung von einem der vielen Ausführungsbeispiele ausführen. Es ist auf dem Fachgebiet bekannt, dass ein Reed-Solomon-Code mit n – k Parity-Symbolen, t Symbolfehler korrigieren kann und gleichzeitig f gelöschte oder fehlende Symbole innerhalb eines Codewortes füllen kann vorausgesetzt dass (2t + f) ≤ (n – k). Steuerelement 70 kann eine Reed-Solomon-Decodierung der CRC-geprüften Daten mittels eines der drei Ausführungsbeispiele, die unten beschrieben sind, anweisen. Die drei Ausführungsbeispiele können ebenfalls kombiniert werden um andere Reed-Solomon-Decodierungsprozesse zu ergeben. Andere Ausführungsbeispiele oder Kombinationen der unten beschriebenen Ausführungsbeispiele liegen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel ersetzt für jeden Rahmenfehler der von dem CRC-Prüfelement 90 detektiert wurde, das Steuerelement 70 den gesamten Datenrahmen mit Löschungen. Steuerelement 70 weist dann die Reed-Solomon-Decodierung der Datensymbole und die Löschungen an, da es weiß, dass die korrekten Werte der Löschungen vom Reed-Solomon-Decodierer 104 berechnet werden können.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel weist Steuerelement 70 eine Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter ohne Modifikation der fehlerhaften Datenrahmen an. Das Ausführungsbeispiel funktioniert gut, wenn die Fehlerereignisse innerhalb der Datenrahmen eine kurze Dauer aufweisen. Innerhalb der Reed-Solomon-Decodierung, wenn die Anzahl von Symbolfehlern in dem Codewort geringer als oder gleich (n – k)/2 ist, weist die Reihenfolge der Fehlerlokatoren die Anzahl von Symbolfehlern innerhalb des Codewortes an und der Reed-Solomon-Decodierer 104 ist in der Lage, alle Symbolfehler in nerhalb des Codewortes zu korrigieren. Codewörter mit mehr als (n – k)/2 Symbolfehlern können den Fehlerlokator in einen Fehlermodus bringen und darin resultieren, dass der Fehlerlokator auf die falsche Position zeigt. Zum Beispiel kann der Fehler bzw. Versagungsmodus bewirken, dass der Fehlerlokator auf ein Symbol in einem Datenrahmen zeigt, der von dem CRC-Prüfelement 90 als gut ausgewiesen wurde. Alternativ kann der Versagungsmodus bewirken, dass der Fehlerlokator auf eine Position zeigt, die nicht existiert oder mehrere Roots bzw. Lösungen an einer Position besitzt. Codewörter mit mehr als (n – k)/2 Symbolfehlern können auf andere Weise, wie es unten beschrieben wird, gehandhabt werden.
  • In dem dritten Ausführungsbeispiel kann Steuerelement 70 den Schweregrad des Rahmenfehlers schätzen um den Reed-Solomon-Decodierungsprozess zu verbessern. Wie oben angemerkt wurde, kann der Reed-Solomon-Decodierer 104 t Symbolfehler korrigieren und gleichzeitig fünf gelöschte Symbole innerhalb eines Codewortes auffüllen, vorausgesetzt dass (2t + f) ≤ (n – k). Ein Datenrahmen, der viele Fehlerbits enthält, kann mit Löschungen vollständig ausgetauscht werden, wohingegen ein Datenrahmen mit wenigen Fehlerbits ohne Modifikationen verwendet werden kann. Steuerelement 70 ist nicht in der Lage, den Schweregrad des Rahmenfehlers durch die Verwendung der CRC-Prüfung zu bestimmen, da dass CRC-Prüfelement 90 eine "harte" Anzeige für einen Rahmenfehler, wenn dieser vorliegt, oder mehrere Bitfehlerbits innerhalb des Datenrahmens vorsieht. Steuerelement 70 kann jedoch eine beliebige "soft" bzw. "weiche" Metrik, wie zum Beispiel die akkumlierte Viterbi-Metrik oder die erneut codierte CRC-Symbolfehlerrate, verwenden um den Schweregrad des Datenrahmenfehlers zu bestimmen. Wenn die weiche Metrik eine bestimmte Schwelle überschreitet, tauscht Steuerelement 70 den gesamten Datenrahmen mit Löschungen aus. Anderenfalls wird der Datenrahmen ohne Modifikation verwendet. Steuerelement 70 weist dann die Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter, die Löschungen und/oder mögliche Symbolfehler enthalten, an.
  • Und in dem dritten Szenario, wenn die Anzahl der Rahmenfehler größer ist als (n – k), kann das Steuerelement 70 den Reed-Solomon-Decodierungsschritt initiieren oder verzögern, da möglicherweise mehr Symbolfehler, die durch die Reed-Solomon-Decodierung 104 korrigiert werden können, vorliegen. CRC-Prüfelement 90 zeigt einen Rahmenfehler an, wenn ein oder mehrere Bits innerhalb des Datenrahmens fehlerhaft empfangen werden. Ein Rahmenfehler zeigt nicht an, dass alle Bits innerhalb des Datenrahmens fehlerhaft empfangen werden. Tatsächlich können die meisten der Bits innerhalb des fehlerhaften Datenrahmens korrekt empfangen worden sein.
  • Steuerelement 70 kann die Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter sogar beginnen, wenn die Anzahl von Rahmenfehlern größer ist als (n – k) durch Verwendung von entweder dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel oder einer Kombination der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele, wie es für das zweite Szenario beschrieben ist. Somit kann Steuerelement 70 die Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter anweisen, ohne jegliche Modifikation der Fehlerdatenrahmen. Alternativ kann Steuerelement 70 einige der Fehlerrahmen durch Löschungen austauschen, basierend auf einer Soft-Metrik, wie oben beschrieben, und kann die Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter, die Löschungen und/oder mögliche Symbolfehler enthalten, anweisen.
  • Steuerelement 70 stellt sicher, dass die Anzahl der gelöschten Datenrahmen nicht (n – k) übersteigt. Jeder Datenrahmen, der vollständig durch Löschungen ersetzt wird, reduziert die Fähigkeit des Reed-Solomon-Decodierers 104 andere Symbolfehler in dem Codewort zu korrigieren. Tatsache ist, dass f Löschungen innerhalb eines Codewortes die Anzahl von redundanten Symbolen in dem Codewort auf (n – k – f) reduziert und den Reed-Solomon-Decodierer 104 begrenzt nur (n – k – f)/2 Symbolfehler innerhalb des Codewortes zu korrigieren.
  • Alternativ, in dem dritten Szenario, kann Steuerelement 70 die Reed-Solomon-Decodierung verzögern, wenn die Anzahl von Rahmenfehlern größer ist als (n – k) oder wenn die Anzahl von Symbolfehlern größer ist als (n –k)/2. Steuerelement 70 kann die erneute Übertragung anfordern, und zwar unter Verwendung von einem von mehreren Ausführungsbeispielen. In dem ersten Ausführungsbeispiel kann Steuerelement 70 die erneute Übertragung von allen Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, oder von genug fehlerhaft empfangenen Datenrahmen, um die Reed-Solomon-Decodierung der verbleibenden Datenrahmen auszuführen, anfordern. Wenn Steuerelement 70 z.B. bestimmt, dass die Anzahl der Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, (n – k) + 3 ist, kann Steuerelement 70 die erneute Übertragung von drei oder mehr Datenrahmen beantragen. Nach korrektem Empfang von drei oder mehr Datenrahmen, die zuvor fehlerhaft empfangen wurden, ist der Reed-Solomon-Decodierer 104 in der Lage, alle Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, zu decodieren (und zu korrigieren). Nachdem genug Rahmen, die zuvor fehlerhaft empfangen wurden, nachfolgend korrekt empfangen wurden, so dass die Anzahl von Rahmenfehlern kleiner ist als (n – k), kann Steuerelement 70 die Reed-Solomon-Decodierung initiieren. In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann Steuerelement 70 die erneute Übertragung der fehlerhaft empfangenen Codewörter beantragen ohne Datenrahmenfehler zu berücksichtigen. Dieses Ausführungsbeispiel kann effizienter sein als das erste Ausführungsbeispiel, da viele Rahmenfehler vorliegen können, jedoch nur einige wenige Codewortfehler. Tatsächlich kann Steuerelement 70 sich entscheiden, das erste oder zweite Ausführungsbeispiel zu verwenden, nachdem bestimmt wurde, welches Ausführungsbeispiel in weniger erneuten Übertragungen resultiert.
  • Als ein Beispiel für das dritte Szenario wird die Verwendung eines Rate(15, 11)-Reed-Solomon-Codes angenommen, und es wird weiterhin ange nommen, dass die Zentralstation 2 zu einer entfernten Station 4 sendet. Es wird weiterhin angenommen, dass die entfernte Station 4 Datenrahmen 1, 3, 4, 7 und 9 fehlerhaft empfängt. Reed-Solomon-Decodierer 104 ist in der La ge, zwei Rahmenfehler oder weniger zu korrigieren oder die Werte von vier Löschungen innerhalb des Codewortes zu berechnen.
  • Steuerelement 70 kann den Reed-Solomon-Decodierungsschritt initiieren, sogar dann wenn die Anzahl von Rahmenfehlern größer ist als (n – k). Steuerelement 70 kann die Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter ohne jegliche Modifikation der Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, anweisen. Es kann die hohe Wahrscheinlichkeit bestehen, dass jedes Codewort zwei Symbolfehler oder weniger enthält, obwohl es fünf Rahmenfehler gibt. Wenn dies der Fall ist, ist Reed-Solomon-Decodierer 104 in der Lage, alle Symbolfehler zu korrigieren, obwohl die Anzahl der Rahmenfehler größer ist als (n – k).
  • Steuerelement 70 kann außerdem einige Datenrahmen, die fehlerhaft emp fangen wurden, vollständig mit Löschungen basierend auf einer Soft-Metrik austauschen. Zum Beispiel kann Steuerelement 70 die Datenrahmen 3 und 7 mit Löschungen austauschen und eine Reed-Solomon-Decodierung der Codewörter, die zwei Löschungen und möglicherweise bis zu einem Symbolfehler in einem gegebenen Reed-Solomon-Codewort enthalten, anweisen. Die zwei Löschungen reduzieren die Anzahl der redundanten Symbole von vier auf zwei. Daher ist der Reed-Solomon-Decodierer 104 nur in der Lage, einen Symbolfehler in jedem Codewort zu korrigieren.
  • Alternativ kann die entfernte Station 4 eine Nachricht zu der Zentralstation 2 senden, die anzeigt, dass die Datenrahmen fehlerhaft empfangen wurden. Steuerprozessor 26 innerhalb der Zentralstation 2 kann die erneute Übertragung von einem oder mehreren Datenrahmen anweisen, da der korrekte Empfang von nur einem Datenrahmen durch die entfernte Station 4 es dem Reed-Solomon-Decodierer 104 ermöglichen würde, erfolgreich die anderen vier Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, zu decodieren.
  • Unter Verwendung des obigen Beispiels wird weiterhin angenommen, dass die zentrale Station 2 ebenfalls zu einer zweiten entfernten Station 4 sendet und dass die zweite entfernte Station 4 die Datenrahmen 1, 3, 5, 7 und 9 fehlerhaft empfängt. Die ersten und zweiten entfernten Stationen 4 können eine Nachricht an die Zentralstation 2 senden, die anzeigt, dass die Datenrahmen fehlerhaft empfangen wurden. Steuerprozessor 26 kann die erneute Übertragung von nur einem Datenrahmen 1 anweisen, da der Empfang dieses Datenrahmens durch die erste und zweite entfernte Station es den Reed-Solomon-Decodierern 104 in jeder der zwei entfernten Stationen 4 ermöglichen würde, die anderen vier Datenrahmen, die fehlerhaft empfangen wurden, erfolgreich zu decodieren. Daher erlaubt der korrekte Empfang des erneut gesendeten Datenrahmens 1 es der ersten entfernten Station 4 die Datenrahmen 3, 4, 7 und 9, die fehlerhaft empfangen wurden, zu korrigieren. Ähnlich erlaubt der korrekte Empfang des erneut übertragenen Datenrahmens 1 es der zweiten entfernten Station 4 die Datenrahmen 3, 5, 7 und 9, die fehlerhaft empfangen wurden, zu korrigieren. Alternativ, kann Steuerprozessor 26 die erneute Übertragung von allen Datenrahmen, die von beiden entfernten Stationen 4 fehlerhaft empfangen wurden, anweisen. In diesem Fall werden die Datenrahmen 1, 3, 4, 5, 7 und 9 durch die Zentralstation 2 erneut gesendet. Zu guter Letzt können Steuerelemente 70 innerhalb der entfernten Station 4 den Reed-Solomon-Decodierungsschritt initiieren, obwohl jede entfernte Station 4 fünf Rahmenfehler empfängt.
  • In der vorliegenden Erfindung stellt der zusätzliche Codierungsgewinn, der von dem zusätzlichen Reed-Solomon-Codierungsschritt vorgesehen wird, einen korrekten Datenempfang durch viele entfernte Stationen 4 sicher und minimiert die Anzahl von Anfragen nach erneuter Übertragung. Zum Zwecke der Darstellung wird die Verwendung eines Reed-Solomon-Blockcodes mit k/n = 1/1,35 angenommen und es wird angenommen, dass 1350 Codesymbole, die 1000 Datensymbole enthalten, gesendet werden. Weiterhin wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit der Löschung (z.B. mindestens n – k Symbole in einem Codewort werden fehlerhaft empfangen) 20% ist. Es kann gezeigt werden, dass die Übertragung von 1350 Codesymbolen, die 1000 Datensymbole enthalten, von 999 aus 1000 entfernten Stationen 4 korrekt empfangen werden können. Somit verbessert der Reed-Solomon- Codierungsschritt die Codewortfehlerrate von 20% auf ungefähr 0,1%. Entfernte Stationen 4, die die Codesymbole fehlerhaft empfangen, können die Zentralstation bzw. zentrale Station 2 informieren, so dass die Datenrahmen oder die Codewörter, die Codesymbolen die fehlerhaft empfangen wurden entsprechen, erneut gesendet werden. Das erneute Senden wird fortgesetzt, bis die Codesymbole ohne Fehler empfangen werden.
  • Die Theorie und der Betrieb von Reed-Solomon-Blockcodierung ist auf dem Fachgebiet bekannt und in den zuvor zitierten Dokumenten beschrieben. Der Betrieb des Reed-Solomon-Codierers und -Decodierers wird unten kurz beschrieben um beim Verständnis und der Würdigung der vorliegenden Erfindung zu helfen.
  • In einem Reed-Solomon-Blockcode werden q Datenbits kombiniert um ein q-Bitsymbol zu bilden. Reed-Solomon-Code erreicht die größtmögliche Codeminimumdistanz (dmin) für einen beliebigen linearen Code mit derselben Eingabe-(k)- und Ausgabe-(n)-Blocklänge. Die Minimaldistanz bestimmt die Fehlerkorrekturfähigkeit des Codes. Der (n, k)-Reed-Solomon-Code ist in der Lage, bis zu (n – k)/2 Symbolfehler innerhalb eines Blocks von n Codesymbolen zu korrigieren.
  • Ein beispielhafter Reed-Solomon-Codierer ist in 8 für einen Rate-(7, 3)-Code definiert über GF(23) gezeigt, wobei q = 3, n = 7, k = 3 und die Daten und Codesymbole sind definiert durch den Satz {0, 1, α, α2, α3, α4, α5, α6}. Das Generatorpolynom ist g(x) = x4 + g3·x3 + g2·x2 + g1·x1 + g0 = x4 + α3·x3 + x2 + α·x1 + α3. Anfänglich werden n – k Register 136 auf 0 zurückgesetzt und MUX1 130 und MUX2 138 werden in die "1"-Position gewählt, um es den k Datensymbolen zu erlauben, zu den MUX-Ausgängen gelenkt zu werden. Nachdem k Datensymbole eingeschoben wurden, werden MUX1 130 und MUX2 138 in die "0"-Position umgeschaltet, um es zu ermöglichen, die n – k Paritätssymbole von Registern 136 zu lesen. Die Koeffizienten des Generatorpolynoms g(x) sind innerhalb des GF-Multiplizierers 132 gezeigt. „GF add" 134 sind Galois-Feld-Addierer.
  • Der erste Schritt im Decodieren des Reed-Solomon-Codes beinhaltet das Berechnen eines Satzes von Syndromen von den empfangenen n Codesymbolen. Die Syndrome zeigen an, ob ein Symbolfehler in dem Codewort aufgetreten ist. Der Fehlerkoeffizient, σ(x) des Fehlerpositionspolynoms wird unter Verwendung der Syndrome berechnet und von hier werden die Fehlerlokatoren Xi und die Fehlerwerte Yi berechnet. Mit den Fehlerlokatoren und Fehlerwerten wird die Position der fehlerhaften Symbole bestimmt und korrigiert.
  • Der CRC-Blockcode ist ebenfalls systematisch, zyklisch und linear. Daher wird die Generierung der CRC-Bits auf dieselbe Art und Weise wie für den Reed-Solomon-Code erreicht. Tatsächlich, da der CRC-Blockcode binär ist, können die Galois-Feld-Addierer durch einfache Exklusiv-ODER-Gatter ausgetauscht werden und die Galois-Feld-Multiplizierer werden eliminiert. Das Diagramm des Rate-(88, 80)-CRC-Blockcodierers für einen Betriebsmodus, der von dem IS-99-Standard unterstützt wird, ist in 9 gezeigt. Das Generatorpolynom für Rate-(88, 80)-CRC-Blockcodierer ist g(x) = x8 + x7 + x4 + x3 + x + 1. Anfänglich werden die acht Register 152 auf Null zurück gesetzt und MUX1 150 und MUX2 156 werden in die "1"-Position gewählt, um es zu ermöglichen, die Datenbits zu den MUX-Ausgängen zu lenken. Nachdem achtzig Datenbits eingeschoben wurden, wird MUX1 150 und MUX2 156 in die "0"-Position gebracht, um es zu erlauben, die acht Paritätsbits von Registern 152 zu lesen. Addieren 154 sind Modulo-2-Addierer, die in Exklusiv-ODER-Gattern implementiert werden können.
  • Der IS-99-Standard spezifiziert außerdem die Verwendung des Rate(184, 172)-CRC-Blockcodierers für einige Betriebsmodi. Das Generatorpolynom für Rate-(184,172)-CRC-Blockcodierer ist g(x) = x12 + x11 + x10 + x9 + x8 + x4 + x + 1.
  • Faltungscodierung ist auf dem Fachgebiet bekannt und die Theorie und der Betrieb von Faltungscodierung und Viterbi-Decodierung ist unter Bezugnahme auf beliebige der zuvor zitierten Referenzdokumente ersichtlich. Die Imp lementierung der Faltungscodierung und der Viterbi-Decodierung wird im Kurzen unten beschrieben um eine Würdigung der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
  • Ein Rate-1/2, K = 9-Faltungscodierer 36 gemäß dem IS-99-Standard ist in 10 gezeigt. Die Eingabedatenbits werden gemäß dem Generatorpolynom G(x) codiert, wobei G0 = 1EB (Hex) und G1 = 171 (Hex). Die neun Register 180 werden durch die Constraint Lenght bzw. Einflusslänge K = 9 bestimmt. Addieren 182, 184 sind Modulo-2-Addierer. Jedes Eingabedatenbit resultiert in zwei Codebits C0 und C1. Das Codebitpaar bildet einen Codebranch bzw. -ast. Für einen Rate-1/2-Faltungscodierer werden beide Codebits gesendet. Für einen Rate-3/4-Faltungscodierer, punktiert von einem Rate-1/2-Faltungscodierer werden drei Datenbits in sechs Codebits codiert und nur vier Codebits werden gesendet. Die anderen zwei Codebits werden punktiert oder gelöscht. Der Rate-3/4-Punktierungszustand ist in der 11 gezeigt.
  • Faltungsdecodierung ist auf dem Fachgebiet bekannt und jeder beliebige Trellis-Decodierer kann eine Decodierung von faltungscodierten Daten ausführen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Viterbi-Decodierer 86 für die Faltungsdecodierung verwendet. Viterbi-Decodierung wird ausgeführt durch Berechnung eines Satzes von Ast- bzw. Branch-Metriken, Aktualisieren der Pfadmetriken mit den Ast-Metriken, Bestimmen des Pfades mit den minimalen Pfadmetriken und Speichern des überlebenden Pfades für jeden Zustand in einem Pfadspeicher. Die Einflusslänge K bestimmt die Anzahl der Zustände und beeinflusst die Auswahl der Trace-Back-Tiefe. Diese zwei Parameter definieren die Speicheranforderung des Pfadspeichers. Die Trace-Back-Tiefe bestimmt außerdem die Latenz in dem Viterbi-Decodierungsprozess. Punktierte Codes, wie zum Beispiel der Rate-3/4-Code, der nicht in dem IS-99-Standard spezifiziert ist, erhöhen die Trace-Back- bzw. Rückverfolgungstiefe und die Latenz.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann Reed-Solomon-Codierer 22 mit einem ersten Faltungscodierer ausgetauscht wer den. Der erste Faltungscodierer codiert Daten von Datenquelle 20 zeilen- oder spaltenweise und kann die Codebits in Puffer 24 zeilen- oder spaltenweise einschreiben. Die Daten können in einer von möglichen vier Reihenfolgen verarbeitet werden und die optimale Reihenfolge wird durch die Systemkonstruktion bestimmt. Die Coderate und die Einflusslänge K des ersten Faltungscodierers sind Systemkonstruktionsparameter. Unterschiedliche Coderaten resultieren darin, dass die Daten von der Datenquelle 20 in unterschiedliche Datenrahmengrößen partitioniert sind, da die CRC-codierte Rahmengröße des Puffers 34 (siehe 5) durch den IS-99-Standard festgelegt ist. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine beliebige Kombination von Coderate und Einflusslänge für den ersten Faltungscodierer.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem der Reed-Solomon-Codierer 22 mit einem ersten Faltungscodierer ausgetauscht ist, werden mehrere Designparameter bei der Konstruktion des ersten Faltungscodierers in Betracht gezogen. Eine lange Einflusslänge resultiert in einer komplexeren Decodierungsschaltung und erhöhter Latenz. Die Coderaten der ersten Faltungscodierer und des Faltungscodierers 36 reduzieren die effektive Datendurchsatzrate. Ein Rate-1/2-Erstfaltungscodierer zusammen mit einem Rate-1/2-Faltungscodierer 36 resultiert zum Beispiel in einer Gesamtdatendurchsatzrate von ¼. Die gesendeten codierten Daten haben viermal die Größe der Originaldatei, was nicht die Overheadbits mit einschließt. Andere Punktierungsraten, wie zum Beispiel Rate-3/4, verbessern die Datendurchsatzrate, sehen jedoch einen geringeren Codierungsgewinn vor. Konstruktionskompromisse sollten bedacht werden. Als zusätzlicher Punkt sollte bedacht werden, dass Viterbi-Decodierer 86 die Tendenz besitzt, korrelierte Fehlerbursts auszugeben. Daher könnte ein Interleaving zwischen dem Erstfaltungscodierer und Faltungscodierer 36 wünschenswert sein.
  • Das Blockdiagramm des Codierers innerhalb der Zentralstation 2, gezeigt in 3 und 4 enthält zwei separate Puffer 24 und 34. Die zwei Puffer 24 und 34 sind nur aus Gründen der Darstellung gezeigt. In der Praxis kann es möglich sein, Puffer 24 und 34 unter Verwendung von einem Speicherblock, wie es in 5 gezeigt ist, zu implementieren. Daten von Datenquelle 20 können in eine Ecke des Speichers geschrieben werden. Reed-Solomon-Codierung und CRC-Blockcodierung werden ausgeführt und die Paritybits von diesen Codierungsschritten werden in separate Positionen desselben Speichers geschrieben.
  • Blockinterleaver 38 führt ein Verschachteln der Codebits von Faltungscodierer 36 aus. Somit ist die Reihenfolge, in der Daten in den Blockinterleaver 38 geschrieben werden und ausgelesen werden, spezifisch durch den IS-99-Standard definiert. Das Interleaving "whitens" bzw. übertüncht den Einfluss von Fehlerbursts, die durch Kanalbeeinträchtigungen bewirkt werden. In einer Satellitenverbindung, wo die Kanalcharakteristiken hauptsächlich "white" bzw. gleichförmig sind, kann Blockinterleaver 38 eliminiert werden, ohne dabei die Performance zu verschlechtern.
  • Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird vorgesehen um es einem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung zu verwenden oder herzustellen. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann leicht offensichtlich und die Grundprinzipien, die hierin definiert sind, können auf andere Ausführungsbeispiele ohne die Verwendung erfinderischer Tätigkeit angewendet werden. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht als auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt anzusehen, sondern vielmehr sollte ihr der breitest mögliche Umfang, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zugewiesen werden.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Codieren eines Datenordners bzw. Datei für die Übertragung über die Luft, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Fehlerkorrekturcodierer (22) zum Codieren des Datafiles zur Erzeugung eines ersten codierten Datafiles; ein CRC-Blockcodierer (32) geschaltet zum Empfang des ersten codierten Datafiles und betreibbar zur Erzeugung eines zweiten codierten Datafiles; und ein Faltungscodierer (36) geschaltet zum Empfang des zweiten codierten Datafiles.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei weiterhin Folgendes vorgesehen ist: Ein Puffer (24) zum Speichern des ersten codierten Datafiles empfangen von dem Fehlerkorrekturcodierer (22).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fehlerkorrekturcodierer (22) ein Blockcodierer ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fehlerkorrekturcodierer (22) ein Reed-Solomon-Blockcodierer ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fehlerkorrekturcodierer (22) ein Faltungskodierer ist.
  6. Vorrichtung zum Empfang eines codierten Datenfiles bzw. Datei übertragen über die Luft, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Faltungsdecodierer (86) zum Decodieren des codierten Datafiles, um ein erstes decodiertes Datafile zu erzeugen; CRC-Check- oder Prüfmittel (90) verbunden zum Empfang des ersten decodierten Datafiles und Betreiber zur Ausführung einer CRC-Prüfung (CRC-Check) des ersten decodierten Datafiles, wobei die CRC-geprüften Daten CRC-decodierte Datenrahmen aufweisen; und ein Fehlerkorrekturdecodierer (104) verbunden zum Empfang der CRC-geprüften Daten und Betreiber zur Erzeugung eines zweiten decodierten Datafiles.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Fehlerkorrekturdecodierer (104) ein Faltungsdecodierer ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei Folgendes vorgesehen ist: Steuermittel (70) betätigbar zum Empfang einer Fehleranzeige von den CRC-Check- oder -Prüfmitteln (90) und zum selektiven Steuern des Fehlerkorrekturdecodierers (104) ansprechend auf den Fehleranzeiger.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, wobei der Fehlerkorrekturdecodierer (104) ein Blockdecodierer ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Fehlerkorrekturdecodierer (104) ein Reed-Solomon-Decodierer ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei Folgendes vorgesehen ist: ein Sender (68) zum Senden und Übertragen einer Nachricht, die eine Anzeige für die CRC-geprüften Datenrahmen bildet, die angezeigt werden als Fehlerrahmen und zwar durch die CRC-Check- oder -Prüfmittel.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die CRC-Check-Mittel (90) betätigbar sind, um die Fehlerrahmen durch Löschungen zu ersetzen; und wobei der Fehlerkorrekturdecodierer (104) betätigbar ist, um jedwede Löschungen vorgesehen durch die CRC-Checkmittel (90) zu korrigieren.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 12, wobei der Fehlerkorrekturdecodierer ein Reed-Solomon-Decodierer ist.
  14. Verfahren zum Codieren eines Datafiles für die Übertragung über die Luft, wobei das Verfahren Folgendes vorsieht: Fehlerkorrektur-Codieren (22) des Datafiles und Erzeugen eines ersten codierten Datafiles; Empfang des ersten codierten Datafiles an dem CRC-Blockcodierer (32) und Erzeugen eines zweiten codierten Datafiles; und Empfangen des zweiten codierten Datafiles an einem Faltungscodierer (36).
  15. Verfahren zum Empfang eines codierten Datenordners (Datafile), übertragen über Luft, wobei das Verfahren Folgendes vorsieht: Decodieren des codierten Datafiles mit einem Faltungsdecodierer (86) und Erzeugen einer ersten decodierten Datafile; Empfang der ersten decodierten Datafile an den CRC-Prüfmittel (90) und Ausführen einer CRC-Prüfung oder eines CRC-Checks an den ersten decodierten Datafile, wobei die CRC-geprüften Data CRC-decodierte Datenrahmen aufweisen; und Empfang der CRC-geprüften Daten mit einem Fehlerkorrekturdecodierer (104) und Erzeugen eines zweiten decodierten Datafiles.
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