EP1880497A1 - Verfahren zur codierung von datenblöcken - Google Patents

Verfahren zur codierung von datenblöcken

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EP1880497A1
EP1880497A1 EP06754840A EP06754840A EP1880497A1 EP 1880497 A1 EP1880497 A1 EP 1880497A1 EP 06754840 A EP06754840 A EP 06754840A EP 06754840 A EP06754840 A EP 06754840A EP 1880497 A1 EP1880497 A1 EP 1880497A1
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EP
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code
radio transmission
coding
transmission
layer
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Withdrawn
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EP06754840A
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English (en)
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Peter Trifonov
Elena Costa
Egon Schulz
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Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H04L1/18—Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
    • H04L1/1812—Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ]
    • H04L1/1819—Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ] with retransmission of additional or different redundancy
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    • H04L1/0009—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the channel coding
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    • H04L1/1829—Arrangements specially adapted for the receiver end
    • H04L1/1835—Buffer management
    • H04L1/1845—Combining techniques, e.g. code combining

Definitions

  • the invention relates to a method for coding data blocks for transmission in a radio communication system.
  • a typical multicarrier transmission method is the so-called “Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)" radio transmission method in which carriers called “subcarriers” are used to transmit symbols.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • a multi-carrier transmission method offers the advantage of a high data rate transmission with a low receiver overhead. In addition, it is very robust against temporal fluctuations of properties of the radio transmission channel.
  • a “chunk” is dimensioned by a number
  • Multicarriers or Subcarrier on the one hand and by a defined, the Mutliuzan or Subcarrier assignable period of time on the other. For example, several adjacent subcarriers are used to dimension a "chunk".
  • the dimensions of a "chunk” are determined depending on radio transmission channel properties.
  • the radio transmission channel properties are determined, for example, by channel estimation methods.
  • a transmitter-side adaptation of a transmission power and / or a selected modulation of the transmission signal takes place, as well as the selection of suitable subcarriers or multicarriers.
  • a considered “chunk” in terms of a so-called “flat fading” in the frequency domain and a constant temporal behavior in the time domain dimensioned makes it possible to adapt the radio transmission to be carried out adaptively to the properties of the radio transmission channel.
  • QoS Quality of Service
  • coding methods or error correction codes are used.
  • an achievable useful data throughput depends on the coding method used, since, for example, in the case of very secure data transmission with a complex error correction code, a high number of redundancy bits has to be transmitted.
  • data blocks are added as a function of predetermined quality-of-service requirements a so-called "outer” coding with a first, "outer” code encoded or encoded.
  • the data blocks encrypted with the outer code are re-encrypted or coded with a so-called “inner” coding with a second, “inner” code.
  • This second coding takes place in dependence on properties or radio channel properties of those "chunks" which are to be used for transmission.
  • the outer coding is preferably carried out in a layer 2 referred to as "link layer” and the inner coding is preferably carried out in a layer 1 designated as "physical layer".
  • the outer coding is preferably carried out with an error correction code whose code length or code rate is flexibly adjustable.
  • the adjustment is adapted to the respective length and adapted to error correction requirements of a layer 2 data block or data packet.
  • the inner coding is preferably carried out as a function of a selected modulation which is used for radio transmission.
  • a so-called “coset code” or a “trellis code” modulation could be used.
  • the inventive method realizes an adaptive and optimal approximation of a code rate per "chunk" to the properties of radio transmission channels or "chunks".
  • FIG. 1 shows the inventive method based on three data packets or data blocks DPI, DP2 and DP3 of an OFDM radio communication system.
  • Two data blocks DP2 and DP3 of a layer 3 are combined in the layer 2 to form a data block DP23 as a link-layer data block, while the data block DPI of the layer 3 arrives as a data block DPI to the layer 2.
  • the data block DPII has a header RBLI and the data block DP23 has a header RB23, wherein each header RBLI, RB23 includes a respective CRC code and control information.
  • the data block DPlI is supplied to an outer coding together with the header RBlI, while the data block DP23 is supplied together with the header RB23 to an outer coding.
  • the outer coding is selected taking into account a Quality of Service requirement and a selected traffic class.
  • a trivial error correction code could also be used for the outer coding if the code length assigned to a "chunk" is suitable for fulfilling the error correction requirements of a considered data packet.
  • a new data block DPII1 is formed from the data block DPII and the header RBII, which has redundancy bits within a region RBLI1.
  • a new data block DP123 is formed from the data block DP23 and the header RB23 and has redundancy bits within a range RB123.
  • the data block DPII1 and its redundancy area RBlIl is supplied to a partitioning and an internal coding, this taking place depending on the characteristics of the radio transmission resources "chunk” ckl and ck2 to be used. This results in further redundancy bits in areas RB51 and RB52.
  • the data block DP123 and its redundancy area RB123 are supplied to partitioning and internal coding, depending on the characteristics of the radio transmission resources "chunks" ck3 to ck7 to be used. This results in additional redundancy bits in areas RB61 to RB65.
  • modulation and the mapping take place on the respective carrier frequencies or subcarriers as a function of radio transmission channel properties.
  • a soft -UT decoding of the "inner” code is carried out on the receiver side.
  • the softoutput information is dispensed with.
  • the soft output information is collected and used to decode the outer code. After successful decoding of the outer code, the Layer 2 header is verified. Then the payload data is transferred to the network layer.
  • this is the codeword associated with chunk's ckl and ck2, or the codeword associated with chunk's ck3 through ck7.
  • Short data packets that require low transmission times are coded and transmitted only with the inner code, the outer coding can then be dispensed with.
  • a radio transmission resource or "chunk" is used by at least two subscribers and is thus assigned to these subscribers.
  • the participants are distinguishable, for example, by different CDMA codes or by different codes.
  • the first and / or the second code can be set or selected by a subscriber within the framework of the quality of service requirements.
  • the subscriber is offered suitable code combination of first and second code.

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Description

Beschreibung
Verfahren zur Codierung von Datenblöcken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Codierung von Datenblöcken für eine Übertragung in einem Funkkommunikationssystem.
Bei Mobilfunknetzen der dritten und vierten Generation gewin- nen so genannte "Mehrträger"-Übertragungsverfahren zunehmend an Bedeutung, bei denen mehrere Träger gleichzeitig moduliert werden. Ein typisches Mehrträger-Übertragungsverfahren ist das so genannte "Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM" - Funkübertragungsverfahren, bei dem als "Subcarrier" bezeichnete Träger zur Übertragung von Symbolen verwendet werden. Ein Mehrträger-Übertragungsverfahren bietet den Vorteil einer hohen Datenratenübertragung bei einem geringen Empfängeraufwand. Außerdem ist es sehr robust gegenüber zeitlichen Schwankungen von Eigenschaften des Funkübertragungska- nals.
Bei einer Vielzahl von Funkübertragungsverfahren - so auch bei einer OFDM-Funkübertragung - werden Funkübertragungsressourcen verwendet, die als so genannte "chunks" bezeichnet werden. Ein "chunk" wird dimensioniert durch eine Anzahl an
Multiträgern bzw. Subcarrier einerseits und durch einen definierten, den Mutliträgern bzw. Subcarrier zuordenbaren Zeitabschnitt andererseits. Beispielsweise werden mehrere benachbarte Subcarrier zur Dimensionierung eines "chunks" verwen- det.
Bei diesen Verfahren wird eine begrenzte Bit-Anzahl jeder Funkübertragungsressource zur Übertragung zugeordnet. Den Bits einer Funkübertragungsressource wiederum werden zusätz- liehe Steuerinformationen zugeordnet, die als so genannter
"signaling overhead" mit übertragen werden. Nachteilig reduzieren derartige Steuerinformationen einen als "Payload" bezeichneten Nutzdatendurchsatz . Die Dimensionen eines "chunks" werden in Abhängigkeit von Funkübertragungskanaleigenschaften festgelegt. Die Funküber- tragungskanaleigenschaften werden beispielsweise durch Kanal- schätzverfahren ermittelt. Je nach Funkübertragungskanalei- genschaften erfolgt eine senderseitige Anpassung einer Sendeleistung und/oder einer gewählten Modulation des Sendesignals sowie die Auswahl geeigneter Subcarrier bzw. Multiträger.
Vorteilhaft wird ein betrachteter "chunks" hinsichtlich eines so genannten "flat fading" im Frequenzbereich und eines konstanten zeitlichen Verhaltens im Zeitbereich dimensioniert. Durch die Dimensionierung ist es möglich, die durchzuführende Funkübertragung an die Eigenschaften des Funkübertragungska- nals adaptiv anzupassen.
Bei einer Funkübertragung sind außerdem so genannte "Quality- of-Service, QoS" - Anforderungen, die von Wünschen bzw. von gewählten Diensten eines Teilnehmers abhängig sind, einzuhal- ten.
Zur adaptiven Anpassung der Funkübertragung an die Eigenschaften des Funkübertragungskanals und zur Erfüllung der QoS-Anforderungen werden Codierverfahren bzw. Fehlerkorrek- turcodes verwendet. Dabei ist ein erzielbarer Nutzdatendurchsatz vom verwendeten Codierverfahren abhängig, da beispielsweise bei einer sehr sicheren Datenübertragung mit einem aufwändigen Fehlerkorrekturcode eine hohe Anzahl an Redundanzbits zu übertragen ist.
Wird zur Codierung beispielsweise ein so genannter "Turbocode, TC" oder ein so genannter "Low Density Parity Check Code, LDPC" verwendet, so wird für eine qualitativ gute Übertragung eine relativ lange Codefolge benötigt.
Wird im Rahmen einer OFDM-Funkübertragung eine niedrige Modulation, beispielsweise eine BSPSK-Modulation, verwendet, so kann damit nur eine maximale Bitanzahl von 64 Bits pro "chunk" übertragen werden.
Im Hinblick auf diese maximale Bitanzahl könnte zur Codierung der Bits eine kurze Codefolge verwendet werden, wodurch jedoch ein Datenverlust bei der Übertragung die Folge sein könnte .
Soll hingegen eine lange Codefolge verwendet werden und wer- den die codierten Bits nachfolgend auf die "chunks" aufgeteilt, so wäre es nur schwer möglich, eine geeignete Codelänge für jeweilige Modulationen aufzufinden. Eine unabhängige Anpassung von Codierung einerseits und einer adaptiv einstellbaren Modulation andererseits ist für eine gewünschte optimale Nutzdatenübertragung nur schwer möglich.
Zur Codierung wird typischerweise eine Anzahl von Fehlerkorrekturcodes mit verschiedenen Codelängen bereitgestellt und eine Kompromissauswahl in Abhängigkeit zwischen Fehlerkorrek- turmöglichkeit einerseits und Verzögerungen bei der Nutzdatenübertragung im Rahmen der QoS-Anforderungen andererseits getroffen. Dann werden Datenblöcke codiert und auf zur Verfügung stehende "chunks" abgebildet bzw. aufgeteilt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Codierung von Datenblöcken, die mittels eines Mehrträger-Übertragungsverfahrens in einem Funkkommunikationssystem übertragen werden sollen, anzugeben, bei dem einerseits die Codierung und andererseits die Anpassung der Funkübertra- gung an die Eigenschaften des Funkübertragungskanals optimiert einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü- hen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Datenblöcke in Abhängigkeit von vorgegebenen Quality-of-Service-Anforderungen bei einer so genannten "äußeren" Codierung mit einem ersten, "äußeren" Code verschlüsselt bzw. codiert.
Nachfolgend werden die mit dem äußeren Code verschlüsselten Datenblöcke bei einer so genannten "inneren" Codierung mit einem zweiten, "inneren" Code erneut verschlüsselt bzw. kodiert. Diese zweite Codierung erfolgt in Abhängigkeit von Eigenschaften bzw. Funkkanaleigenschaften derjenigen "chunks", die zur Übertragung verwendet werden sollen.
Die äußere Codierung wird bevorzugt in einem als "link layer" bezeichneten Layer 2 und die innere Codierung bevorzugt in einem als "physical layer" bezeichneten Layer 1 durchgeführt.
Die äußere Codierung erfolgt bevorzugt mit einem Fehlerkorrekturcode, dessen Codelängen bzw. Coderate flexibel einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt angepasst an die jeweilige Länge und angepasst an Fehlerkorrekturanforderungen eines Layer 2 - Datenblocks bzw. Datenpakets.
Die innere Codierung erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von einer gewählten Modulation, die zur Funkübertragung verwendet wird. So könnte beispielsweise ein so genannter "coset code" oder eine "trellis code" Modulation verwendet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine adaptive und optimale Annäherung einer Coderate pro "chunk" an die Eigenschaften von Funkübertragungskanälen bzw. "chunks" verwirklicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erklärt. Dabei zeigt FIG 1 das erfindungsgemäße Verfahren anhand von drei Datenpaketen bzw. Datenblöcken DPI, DP2 und DP3 eines OFDM-FunkkommunikationsSystems . Zwei Datenblöcke DP2 und DP3 eines Layer 3 werden im Layer 2 zu einem Datenblock DP23 als Link-Layer-Datenblock zusammen- gefasst, während der Datenblock DPI des Layers 3 als Datenblock DPlI zum Layer 2 gelangt.
Der Datenblock DPlI weist einen Header RBlI und der Datenblock DP23 weist einen Header RB23 auf, wobei jeder Header RBlI, RB23 einen jeweiligen CRC-Code und Kontrollinformationen beinhaltet.
Der Datenblock DPlI wird zusammen mit dem Header RBlI einer äußeren Codierung zugeführt, während der Datenblock DP23 zusammen mit dem Header RB23 einer äußeren Codierung zugeführt wird. Die äußere Codierung wird unter Berücksichtigung einer Quality-of-Service-Anforderung und einer gewählten Verkehrsklasse ausgewählt.
Zur äußeren Codierung könnte beispielsweise auch ein trivialer Fehlerkorrekturcode verwendet werden, wenn die einem "chunk" zugeordnete Codelänge dazu geeignet ist, die Fehlerkorrekturanforderungen eines betrachteten Datenpakets zu erfüllen.
Durch die äußere Kodierung wird aus dem Datenblock DPlI und dem Header RBlI ein neuer Datenblock DPlIl gebildet, der Redundanzbits innerhalb eines Bereichs RBlIl aufweist.
Durch die äußere Kodierung wird aus dem Datenblock DP23 und dem Header RB23 ein neuer Datenblock DP123 gebildet, der Re- dundanzbits innerhalb eines Bereichs RB123 aufweist.
Der Datenblock DPlIl und dessen Redundanzbereich RBlIl wird einer Aufteilung und einer inneren Codierung zugeführt, wobei diese in Abhängigkeit von den Eigenschaften der zu verwenden- den Funkübertragungsressourcen "chunks" ckl und ck2 erfolgt. Dabei ergeben sich weitere Redundanzbits in Bereichen RB51 und RB52. Der Datenblock DP123 und dessen Redundanzbereich RB123 wird einer Aufteilung und einer inneren Codierung zugeführt, wobei diese in Abhängigkeit von den Eigenschaften der zu verwendenden Funkübertragungsressourcen "chunks" ck3 bis ck7 erfolgt. Dabei ergeben sich weitere Redundanzbits in Bereichen RB61 bis RB65.
Abschließend erfolgen die Modulation und die Abbildung auf die jeweiligen Trägerfrequenzen bzw. Subcarrier in Abhängig- keit von Funkübertragungskanaleigenschaften.
Bei einer OFDM-Funkübertragung wird empfängerseitig eine Sof- toutput-Decodierung des "inneren" Codes durchgeführt. Bei denjenigen "chunks", die ein vollständiges Layer 2 - Datenpa- ket tragen, wird auf die Softoutput-Information verzichtet.
Hard-Decision-Werte werden beibehalten, Layer 2 - Header werden verifiziert und die gebildeten Payload-Daten bzw. Nutzdaten werden zum Network-Layer übertragen.
Bei denjenigen "chunks", die nur einen Teil eines Layer 2 - Datenpakets tragen, werden die Softoutput-Informationen gesammelt und zur Decodierung des äußeren Codes verwendet. Nach erfolgreicher Decodierung des äußeren Codes erfolgt eine Verifizierung des Layer 2 - Header. Dann werden die Payload- Daten zum Network-Layer übergeben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden nachfolgend drei Verfahren für eine "Automatic Repeat Re- quest, ARQ" Wiederholung beschrieben.
Bei einem ersten ARQ-Verfahren werden nur die fehlerhaft decodierten Codeworte des inneren Codes erneut übertragen.
Bei einem zweiten ARQ-Verfahren werden zusätzliche Überprü- fungsbits, die für den äußeren Code generiert wurden, zusammen mit dem inneren Code codiert und mit übertragen. Bei einem dritten ARQ-Verfahren wird das gesamte Codewort erneut übertragen.
Mit Bezug auf FIG 1 ist dies beispielsweise das Codewort, das den "chunks" ckl und ck2 zugeordnet ist oder das Codewort, das den "chunks" ck3 bis ck7 zugeordnet ist.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gemeinsame Implementierung von Funktionen eines Physical-Layers und eines Link-Layers durchgeführt und eine adaptive Übertragung realisiert .
Kurze Datenpakete, die geringe Übertragungszeiten benötigen, werden nur mit dem inneren Code codiert und übertragen, auf die äußere Codierung kann dann verzichtet werden.
Längere Datenpakete hingegen werden zur Realisierung eines besseren Fehlerschutzes zunächst durch den äußeren Code verschlüsselt und das Codewort über mehrere "chunks" aufgeteilt übertragen. Die Adaption erfolgt an den Funkübertragungskanal bzw. an dessen Eigenschaften durch den inneren Code.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine Funkübertragungsressource bzw. "chunk" durch mindestens zwei Teilnehmer verwendet und ist somit diesen Teilnehmern zugeordnet. Die Teilnehmer sind dabei beispielsweise durch unterschiedliche CDMA-Codes oder durch unterschiedliche Codierungen unterscheidbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der erste und/oder der zweite Code seitens eines Teilnehmers im Rahmen der Qua- lity-of-Service-Anforderungen eingestellt bzw. ausgewählt werden. Vorteilhaft werden dazu dem Teilnehmer geeignete Codekombination aus erstem und zweitem Code angeboten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Codierung von Datenblöcken für eine Übertragung in einem FunkkommunikationsSystem, - bei dem zumindest ein Datenblock in Abhängigkeit von vorgegebenen Quality-of-Service-Anforderungen mit einem ersten Code kodiert wird, und - bei dem der mit dem ersten Code kodierte Datenblock in
Abhängigkeit von Funkübertragungseigenschaften einer zu verwendenden Funkübertragungsressource mit einem zweiten Code kodiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Funkübertragung ein Multiträger-Übertragungsverfahren verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein OFDM-Übertragungs- verfahren mit Subträgern zur Funkübertragung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Funkübertragungsressource durch Multiträger einerseits und durch eine den Multiträgern zuordenbaren Zeitabschnitt andererseits dimensioniert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem benachbarte Subträger zur Dimensionierung der Funkübertragungsressource verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Codierung in einem Layer 2 und die zweite Codierung in einem Layer 1 des verwendeten Übertragungsverfahrens erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem zur ersten Codierung ein Fehlerkorrekturcode verwendet wird, dessen Codelänge und/oder Coderate flexibel einstellbar ist, wobei die Einstellung an eine jeweilige Länge und an eine Fehlerkorrekturanforderungen eines Layer 2 - Datenblocks erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste und/oder der zweite Code seitens eines Teilnehmers im Rahmen der Quality-of-Service-Anforderungen einge- stellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Codierung in Abhängigkeit einer gewählten Modulation des Übertragungsverfahrens erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mit dem ersten und mit dem zweiten Code codierte Datenblock auf eine Anzahl von zu verwendender Funkübertragungsressourcen aufgeteilt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Datenblock, der mit dem ersten Code verschlüsselt werden soll, im Layer 2 aus mehreren Datenblöcken eines Layer 3 zusammengesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Rahmen eines ARQ-Verfahrens nur fehlerhaft decodierte Codeworte des zweiten Codes erneut übertragen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Rahmen eines ARQ-Verfahrens zusätzliche Überprüfungsbits, die für den ersten Code generiert wurden, zusammen mit dem zweiten Code codiert und übertragen werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Rahmen eines ARQ-Verfahrens ein gesamtes Codewort, das auf die Funkübertragungsressourcen zur Übertragung aufgeteilt wurde, erneut übertragen wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Funkübertragungsressource mindestens zwei Teilnehmern zugeordnet wird, die durch unterschiedliche Codierung unterscheidbar sind.
16. Anordnung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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