WO2000045540A1 - Verfahren und anordnung zur kanalcodierung - Google Patents

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WO2000045540A1
WO2000045540A1 PCT/DE2000/000237 DE0000237W WO0045540A1 WO 2000045540 A1 WO2000045540 A1 WO 2000045540A1 DE 0000237 W DE0000237 W DE 0000237W WO 0045540 A1 WO0045540 A1 WO 0045540A1
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radio stations
channel
radio
code
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PCT/DE2000/000237
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French (fr)
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Egon Schulz
Michael Färber
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0009—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the channel coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0023—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff characterised by the signalling
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0023—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff characterised by the signalling
    • H04L1/0028—Formatting

Definitions

  • the invention relates to a method and Anord ⁇ voltage for channel coding networks between stations in digital communications, particularly in digital mobile networks, a message set against fürtra ⁇ transmission errors.
  • Adjacent channel interference, co-channel interference with fading phenomena due to interference, attenuation, radio shadow effects, electromagnetic interference pulses, Doppler shifts, etc. are responsible for transmission errors.
  • channel coding methods for increasing transmission security are used to transmit data and for signaling on the air interface between a mobile station and a network random disturbances applied.
  • the methods for channel coding are specified, for example, by standards such as GSM (Global System for Mobile Communications) or DECT (Digital European Cordless Telephone), during which the decoding is manufacturer-dependent and is therefore not prescribed in the standards.
  • the mobile stations (MS) and also the base stations (BTS) on the network side contain a channel encoder (encoder) for coding the information to be transmitted and a channel decoder (decoder) for decoding the received information.
  • the encoder adds redundancy to the information to be transmitted to protect against interference. If errors have occurred in the received information, the decoder can correct the errors that have occurred based on the code and the added redundancy.
  • FEC Forward Error Correction
  • EDP Unequal Protection
  • the information bits to be transmitted are divided into classes, with a different amount of redundancy being added to the bits of the individual classes. Such methods are used, for example, for the transmission of voice-coded data. A lot of redundancy is added for very important bits and less redundancy for bits that are not so important.
  • the performance of a code depends on many Parame ⁇ tern, particularly on the channel to be transmitted over the information. For example, codes with a code rate between and H are used in mobile radio systems. The code rate is an important parameter for describing the code, it indicates the relationship between information and transmitted information, including redundancy. If, for example, information of 100 bits is to be transmitted with a code of the code rate, the encoder produces a bit sequence of 200 bits. These 200 bits are then transmitted. If the information is encoded with the code rate, a bit sequence of 400 bits results.
  • the invention is therefore based on the object of a method and an arrangement for channel coding for digital
  • Each service for example a voice service in the Fill Rate Speech Channel (TCH / FS) or Half Rate Speech Channel (TCH / HS) or data services from FAX Group 3 with a data volume transmission of 9.6 kbit / s, 4.8 kbit / s or 2.4 kbit / s, a channel coding method assigned to it for error protection, essentially characterized by the transmission code and a generator polynomial assigned to this code.
  • a generator polynomial is understood to mean a specific computing algorithm for increasing the transmission security, according to which the transmitter calculates the associated redundancy bits from the information bits and transmits them to the receiver. The receiver reconstructs the transmitted information from the received bits and the coding scheme.
  • a simple method is, for example, that the receiver cuts off the redundancy bits and in turn calculates the redundancy using the same algorithm. Then the calculated redundancy is compared with the actually received redundancy.
  • block coding e.g. B. the combination of the information bits and a redundancy word, which was formed by a generator polynomial, additionally provided with a further parity bit after even or odd parity.
  • the decoding algorithms such as a Viterbi decoder or a block decoder
  • a radio station for example a mobile station.
  • optional default parameters vomit ⁇ may further be chert. These default parameters can both nalcodtechnik to Ka ⁇ and also serve channel decoding to read the broadcast system information in the control channel than to send the Clearzugriffs the network.
  • the parameters of the channel coding can be communicated to the subscriber either when the channel is assigned, when the service is changed or when the relevant service is requested via the air interface.
  • the base station can also be used by other network devices, e.g. OMC organization and maintenance center, parameterized with regard to coding / decoding.
  • the transmission channel for the mobile station is the radio interface and for the base station is usually a. wired channel to other facilities of the communication network.
  • the parameterization of a mobile station is considered below.
  • the air interface is protected against errors in accordance with the requested service and this transmission code.
  • further parameters can be transmitted to the subscriber, such as interleaver depth, puncturing matrix, tail bits, etc.
  • the encoder implemented in the mobile station is then supplied with these parameters.
  • the subscriber can be assigned a more powerful code, which gives him a better quality of service without using more bandwidth in the system.
  • the mobile station informs the base station or the network beforehand of the computing power of its processor, which is available for coding and decoding.
  • new channel coding / decoding algorithms can be transmitted to the participants, which at the same time offers the possibility of great to introduce.
  • the computing power of the mobile station is sen the most appropriate channel coding scheme zugewie ⁇ .
  • the information about the processable in a radio station (Mobilsta ⁇ tion) Codeprameter and / or code algorithms may remain, causing the connection structure is simplified and shortened in development of the invention in the other radio station (base station or network) until the next update stored, For example, in a database of the home location register (HLR), in which, among other things, every subscriber “resident” in the network is registered.
  • the base station or the network and the mobile station advantageously use standardized base channel coding for transmitting the code parameters, for example an ARQ method based on a block code.
  • IE information elements
  • Fig. 7 The classification coding example for a filling Ra ⁇ te Speech Codec for traffic channels (TCH / FS),
  • Fig. 11 an information element (IE) channel coding in the message immediate assignment for this third example.
  • IE information element
  • a chained channel coding method is generally used in mobile radio systems.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • bits are first added to the information to be transmitted using a block code.
  • the information coded in this way is then protected by means of a convolutional code.
  • the convolutional code is called the inner code.
  • the bits can be scrambled before each coding process.
  • the bits of the code words are interleaved again in order to counter the burst errors typical in mobile radio with effective channel coding and divided into blocks.
  • GSM each block is then transmitted in a half burst of a normal burst.
  • the blocks are combined again on the receiver side, descrambled and convolutionally decoded. This is followed by a CRC (Cyclic Redundancy Check).
  • the convolutional decoder is usually a Viterbi algorithm, in which channel status information can also be processed in a simple manner.
  • a simple block decoder is used for the CRC check, for example a BCH (Bose-Caudhuri-Hocquenghem) decoder.
  • a burst decoder or a Berlekamp-Massey algorithm can also be used.
  • the decoding is generally not fixed in the standard, but only the performance. Each manufacturer can therefore develop and implement its own decoder. The more complex a code is, the better the performance. The performance of the individual code is of course also dependent on the decoder. Have decoder plexity low Komple ⁇ low performance unlike decoders with higher complexity.
  • the convolutional code has a constraint length (constraint length) of 5.
  • a larger constraint length provides better perfor ⁇ mance, ie a lower bit error rate (BER).
  • BER bit error rate
  • be ⁇ indicates a greater constraint length also did a greater complexity.
  • the convolutional code can be decoded efficiently, for example, using a Viterbi algorithm.
  • the new code parameters are transmitted via the air interface when the channel is assigned.
  • a new information element (IE) Channel Coding is introduced in addition to the Channel Description in the Immediate Assignment Command, for example.
  • the channel coding parameters can then be transmitted in this IE.
  • the mobile station confirms that it can support the new coding method (Channel Coding Confirm) or not (Channel Coding Reject). In the latter case, the old coding method or a parameter set is used.
  • 2 shows the message Channel Coding TCH / F9.6 kbit / s in a general representation
  • 3 shows the main bit sequences of an exemplary message.
  • 4 shows an example of how a message could look for each service.
  • 5 shows a sub-IE of
  • 7 lists the classification of the fill rate speech codec bits in a traffic channel. Due to the limited frequency range of the available radio spectrum, the digitized speech signal to be transmitted must be subjected to a reduction process.
  • the fill rate speech codec delivers 260 bits every 20 ms. In a first step, these bits of a data block are classified into three areas or groups according to their importance, including 182 bits in class 1 as protected bits.
  • the block coding generates 3 CRC bits.
  • tail bits (0000) are appended to the 132 class lb bits and thus obtain a structure as shown in FIG. 8.
  • the generator polynomials are:
  • the channel-coded block of 456 bits is scrambled (interleaved) according to an algorithm and broken down into 8 sub-blocks. This corresponds to an interleaving depth of 8.
  • One sub-block is transmitted in each TDMA frame.
  • BER Bit Error Rate
  • FER Flash Erasure Rate
  • the channel coding method can be changed, and if the implementation of the standard should show that the performance of the proposed methods is not so good, it can be changed.
  • g B (x) X 20 + X 18 + ⁇ 17 + x 10 + ⁇ 9 + ⁇ 8 + ⁇ 4 + ⁇ 3 + x + 1.
  • 21 CRC bits are generated from the information of the class la bits. It is an advantage that the decoding failure rate drops sharply since 21 CRC bits are now added instead of 3 CRC bits.
  • the new generator polynomials for convolutional coding have an influence length of 7 and therefore have a degree of 6 and are:
  • g F1 (x) x 6 + x 5 + x 3 + x 2 + 1
  • g F2 (x) x 6 + x 4 + x 3 + x 2 + x + 1.
  • R convolution.
  • the result is 420 bits.
  • puncturing is performed, whereby every 10th bit is not transmitted. This results in 378 bits.
  • the 78 bits of Class 2 are appended, resulting in a data stream of 456 bits.
  • the bits are then interleaved via 8 normal bursts.
  • the information element (IE) channel coding in the message immediate assignment can look, for example, according to FIG. 11, but not all bit sequences are specified. It was assumed here that the division of the speech codec bits is retained and the class 2 bits are not coded against interference.

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Abstract

Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren und einer Anordnung zur Kanalcodierung einer Nachrichtenmenge gegen Übertragungsfehler zwischen Funkstellen in digitalen Kommunikationsnetzen, insbesondere in digitalen Mobilfunknetzen, den Funkstellen die Codier-/Decodier-Algorithmen und/oder die Codeparameter auf dem Übertragungskanal, d.h. für Mobilstationen über die Luftschnittstelle, übermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Kanalcodierung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anord¬ nung zur Kanalcodierung einer Nachrichtenmenge gegen Übertra¬ gungsfehler zwischen Funkstellen in digitalen Kommunikations- netzen, insbesondere in digitalen Mobilfunknetzen. Verantwortlich für Übertragungsfehler sind insbesondere Nachbarka- nalstörungen, Gleichkanalstörungen mit Schwunderscheinungen durch Interferenzen, Dämpfung, Funkschatten-Effekte, elektromagnetische Störimpulse, Dopplerverschiebungen usw.
In Mobilfunksystemen, die im folgenden zur Darstellung des technischen Hintergrundes dienen sollen, ohne die Allgemeinheit des Einsatzes der Erfindung einzuschränken, werden zur Übertragung von Daten und zur Signalisierung auf der Luftschnittstelle zwischen einer Mobilstation und einem Netzwerk unter anderem Kanalcodierungsverfahren zur Erhöhung der Über- tragungssicherheit gegen zufällige Störungen angewendet. Dabei werden die Verfahren für die Kanalcodierung zum Beispiel durch Standards wie GSM (Global System for Mobile Communications) oder DECT (Digital European Cordless Telephone) vorgegeben, währenddessen die Decodierung herstellerabhängig ist und deshalb in den Standards nicht vorgeschrieben wird.
Im GSM Funknetz enthalten die Mobilstationen (MS) und auch die Basisstationen (BTS) auf der Netzseite einen Kanalcodie- rer (Encoder) zum Codieren der zu übertragenen Information und einen Kanaldecodierer (Decoder) zum Decodieren der empfangenen Information. Der Encoder fügt der zu übertragenden Information zum Schutz gegen Störungen Redundanz hinzu. Sind in der empfangenen Information Fehler aufgetreten, so kann der Decoder, basierend auf dem Code und der hinzugefügten Redundanz, die aufgetretenen Fehler korrigieren. Man spricht in diesem Fall von einem FEC (Forward Error Correction) - Verfahren, bei dem die Fehlererkennung und -korrektur in ei¬ nem Schritt erfolgt.
Sind in der empfangenen Information mehr Fehler aufgetreten als der Code korrigieren kann, so wird in der Regel die Information vom Sender zwecks Korrektur nochmals angefordert. Man spricht dann von einem ARQ (Automatic Repeat Request)- Verfahren. Eine Kombination von FEC und ARQ wird als Hybrid- Verfahren bezeichnet.
Es ist heute üblich, bestimmte Codetypen und bestimmte Encoder/Decoder einzusetzen. Wird als Code ein sogenannter Faltungscode eingesetzt, bei dem die Redundanz kontinuierlich durch Verknüpfung (Faltung) der Information gebildet wird, dann wird im Decoder in der Regel der effiziente Viterbi- Algorithmus eingesetzt. Wird dagegen ein Blockcode eingesetzt, bei dem voneinander unabhängige Blöcke - die Codewörter - mit einem konstanten Verhältnis von Information und Redundanz gebildet werden, so wird in der Regel im Block- Decoder der Berlekamp-Massey-Algorithmus eingesetzt. Es können aber selbstverständlich auch andere Decodieralgorithmen eingesetzt werden. In den Standards wird nicht vorgeschrieben, welche Decoder und welche Decodierverfahren eingesetzt werden sollen, sondern es wird vorgegeben, welche Mindest- Performance, wie zum Beispiel Bit Error Rate (BER) , unter welchen Bedingungen erreicht werden muß, um eine gute Übertragungsqualität abzusichern.
Neben einfachen Kanalcodierungsschemata werden auch sogenann- te Unequal Protection (UEP) -Verfahren eingesetzt. Dabei werden die zu übertragenden Informationsbits in Klassen eingeteilt, wobei den Bits der einzelnen Klassen unterschiedlich viel Redundanz hinzugefügt wird. Solche Verfahren werden zum Beispiel bei der Übertragung von sprachcodierten Daten ange- wendet. Dabei wird bei sehr wichtigen Bits viel Redundanz und bei nicht so wichtigen Bits weniger Redundanz hinzugefügt. Die Leistungsfähigkeit eines Codes hängt von vielen Parame¬ tern ab, insbesondere vom Kanal, über den die Information übertragen werden soll. Zum Beispiel werden bei Mobilfunksystemen Codes mit einer Coderate zwischen und H angewen- det. Die Coderate ist eine wichtige Größe zur Beschreibung des Codes, sie gibt das Verhältnis zwischen Information und übertragener Information einschließlich Redundanz an. Soll beispielhaft eine Information von 100 Bit mit einem Code der Coderate übertragen werden, so produziert der Encoder eine Bitfolge von 200 Bits. Diese 200 Bits werden dann übertragen. Wird die Information mit der Coderate codiert, so ergibt sich eine Bitfolge von 400 Bits.
Um für ein Mobilfunksystem oder andere Übertragungssysteme Codierungsschemata zu entwerfen, sind aufwendige Simulationen notwendig, um den Code zu spezialisieren und anschließend zu standardisieren. Heute ist es üblich, daß die Codes sowohl in den Basisstationen - oder ganz allgemein im Netzwerk - als auch in den Mobilstationen fest, d.h. durch Schaltungstech- nik, implementiert sind.
Möchte man zum Beispiel in einem bestehenden Mobilfunknetz einen neuen Dienst einführen, und dieser Dienst benötigt zum Beispiel zur Optimierung der Übertragungsrate einen anderen Code als die bisher im System implementierten Codes, so muß man dem Teilnehmer eine neue Mobilstation mit diesem neuen Merkmal zur Verfügung stellen. Es kann sich auch im Laufe des Wirkbetriebs des Kommunikationsnetzes herausstellen, daß die spezifizierten Codes in gewissen Szenarien doch nicht die er- forderliche Performance erbringen. Dann müßte man neue Codes spezifizieren und diese in die Netzwerkelemente, wie zum Beispiel Basisstationen und Mobilstationen, implementieren.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Ver- fahren und eine Anordnung zur Kanalcodierung für digitale
Kommunikationssysteme zu entwickeln, die Weiterentwicklungen zur Erhöhung der Servicequalität, beispielsweise hinsichtlich neuer Sprach- und Datendienste oder verbessertem Codierungs¬ gewinn ohne unmittelbare Eingriffe in die Decodier-Hardware der Endgeräte ermöglichen, insbesondere unabhängig von in Mobilstationen eines Mobilfunksystems festverschalteten Deco- dier-Parametern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Wei¬ terentwicklungen geben die begleitenden abhängigen Ansprüche an.
Danach gehört zu jedem Dienst, also beispielsweise einem Sprachdienst im Füll Rate Speech Channel (TCH/FS) oder Half Rate Speech Channel (TCH/HS) oder Datendiensten der FAX Grup- pe 3 mit einer Datenmengenübertragung von 9.6 kbit/s, 4.8 kbit/s oder 2.4 kbit/s, ein ihm zugeordnetes Kanalcodierungsverfahren für den Fehlerschutz, charakterisiert im wesentlichen durch den Übertragungscode und einem diesem Code zugeordnetes Generatorpolynom. Unter einem Generatorpolynom ver- steht man einen bestimmten Rechenalgorithmus zur Erhöhung der Übertragungssicherheit, nach dem der Sender aus den Informationsbits die zugehörigen Redundanzbits berechnet und dem Empfänger überträgt. Der Empfänger rekonstruiert aus den empfangenen Bits und des Codierungsschemas die gesendete Infor- mation. Eine einfache Methode ist zum Beispiel, daß der Empfänger die Redundanzbits abschneidet und seinerseits nach demselben Algorithmus die Redundanz berechnet. Danach wird die errechnete Redundanz mit der tatsächlich empfangenen Redundanz verglichen. Bei einer Blockcodierung ist z. B. die Kombination der Informationsbits und einem Redundanzwort, das durch ein Generatorpolynom gebildet wurde, noch zusätzlich mit einem weiteren Paritätsbit nach gerader oder ungerader Parität versehen.
In einer Funkstelle, also beispielsweise einer Mobilstation, sind erfindungsgemäß lediglich die Decodieralgorithmen, wie zum Beispiel ein Viterbi-Decoder oder ein Block-Decoder im- plementiert, optional können ferner Standardparameter gespei¬ chert sein. Diese Standardparameter können sowohl zur Ka¬ nalcodierung und Kanaldecodierung, zum Lesen der Broadcast System Information im Organisationskanal als auch zum Senden des Erstzugriffs auf das Netzwerk dienen. Die Parameter der Kanalcodierung können dem Teilnehmer entweder bei der Zuweisung des Kanals, bei einer Änderung des Services oder mit Anforderung des betreffenden Dienstes über die Luftschnittstel- le mitgeteilt werden.
Gleiches gilt auch für eine Basisstation als Funkstelle. Auch die Basisstation kann von anderen Netzeinrichtungen, z.B. OMC Organisations- und Wartungszentrum, parametrisiert werden bezüglich der Codierug/Decodierung. Im Sinne der Erfindung ist der Übertragungskanal für die Mobilstation die Funkschnittstelle und für die Basisstation ein i.d.R. leitungsgebundener Kanal zu anderen Einrichtungen des Kommunikationsnetzes . Im folgenden wird die Parametrisierung einer Mobilstation betrachtet.
Entsprechend dem angeforderten Dienst und diesem Übertragungscode wird die Luftschnittstelle gegen Fehler geschützt. Hinzu können noch weitere Parameter dem Teilnehmer übermittelt werden, wie zum Beispiel Interleaver-Tiefe, Puncturing Matrix, Tailbits usw. Der in der Mobilstation implementierte Encoder wird dann anschließend mit diesen Parametern versorgt. Ebenso kann man dem Teilnehmer einen leistungsfähigeren Code zuordnen, womit er eine bessere Qualität des Dienstes erhält, ohne mehr Bandbreite des Systems zu benutzen. Hierzu teilt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Mobilstation der Basisstation bzw. dem Netzwerk zuvor die Rechenleistung seines Prozessors mit, die zum Codieren und Decodieren zur Verfügung steht.
Ferner können in Fortbildung der Erfindung den Teilnehmern neue Kanalcodier-/Decodier-Algorithmen übermittelt werden, womit zugleich die Möglichkeit besteht, eine neue Mobilfunk- klasse einzuführen. Entsprechend der Rechenleistung wird der Mobilstation das bestgeeignete Kanalcodierungsschema zugewie¬ sen. Die Mitteilungen über die in einer Funkstelle (Mobilsta¬ tion) verarbeitbaren Codeprameter und/oder Code-Algorithmen können in Fortbildung der Erfindung in der anderen Funkstelle (Basisstation bzw. Netzwerk) bis zur nächsten Aktualisierung gespeichert bleiben, wodurch sich der Verbindungsaufbau vereinfacht und verkürzt, beispielsweise in einer Datenbank des Heimatregisters (HLR) , in der u.a. jeder im Netz „beheimate- te" Teilnehmer registriert ist. In vorteilhafter Weise wenden die Basisstation bzw. das Netz und die Mobilstation zur Übertragung der Codeparameter eine standardisierte Basis-Kanalcodierung an, beispielsweise ein ARQ-Verfahren, basierend auf einem Blockcode.
Die Erfindung und ihre Vorteile sollen anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf den technischen Standard GSM Rec. 05.03. näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
Fig. 1: Das Schema der Datencodierung anhand eines Datendienstes der FAX Gruppe 3 TCH/F9.6,
Fig. 2: Eine allgemeine Darstellung einer Channel Coding Mes- sage gemäß der Erfindung,
Fig. 3: Ein erfindungsgemäßes Codierbeispiel für den Traffic Channel/Fullrate 9.6 kbits/s in Bits und Bytes,
Fig. 4: Informationselemente (IE) der Kanalcodierung,
Fig. 5: Sub-Informationselementes (Sub-IE) der Kanalcodierung,
Fig. 6: Informationselementes (IE) für Kanalcodierschemata, Fig. 7: Die Klasseneinteilung für ein Codierbeispiel Füll Ra¬ te Speech Codec für Verkehrskanäle (TCH/FS) ,
Fig. 8: Die Codestruktur nach Fig. 7 blockcodiert und gene- riert,
Fig. 9: Einen kanalcodierten Block von 456 Bits,
Fig. 10: ein drittes Codierbeispiel für eine verbesserte Ko- dierung des TCH/FS nach einer Blockcodierung und
Fig. 11: ein Informationselement (IE) Kanalcodierung in der Message Immediate Assignment für dieses dritte Beispiel.
In Mobilfunksystemen wird im allgemeinen ein verkettetes Kanalcodierverfahren angewandt. Dabei werden in der Regel zuerst der zu übertragenden Information einige CRC (Cyclic Red- undancy Check) -Bits mittels eines Blockcodes hinzugefügt. Man spricht in diesem Fall von einem äußeren Code. Anschließend wird die so codierte Information mittels eines Faltungscodes geschützt. Der Faltungscode wird als innerer Code bezeichnet. Vor jedem Codiervorgang kann man die Bits verwürfein. Nach der Codierung werden die Bits der Codewörter nochmals verwürfelt (interleaved) , um den im Mobilfunk typischen Burstfeh- lern mit einer effektiven Kanalcodierung zu begegnen und in Blöcke eingeteilt. Jeder Block wird bei GSM dann in einem Halbburst eines Normalburst übertragen. Auf der Empfängerseite werden die Blöcke wieder zusammengefaßt, entwürfelt und faltungsdecodiert . Im Anschluß erfolgt ein CRC (Cyclic Redun- dancy Check) .
Der Faltungsdecodierer ist in der Regel ein Viterbi-Algorith- mus, bei dem auch in einfacher Weise Kanalzustandsinformatio- nen mitverarbeitet werden können. Man spricht von einem Soft Decision Decoding. Beim CRC-Check wird ein einfacher Blockdecoder verwendet, beispielsweise ein BCH (Bose-Caudhuri-Hocquenghem) -Decoder . Ebenso kann ein Burstdecoder oder ein Berlekamp-Massey- Algorithmus Anwendung finden.
Die Decodierung wird im Standard im allgemeinen nicht festgeschrieben, sondern lediglich die Performance. Jeder Hersteller kann demnach seinen eigenen Decoder entwickeln und implementieren. Je komplexer ein Code ist, desto besser ist die Performance. Die Performance des einzelnen Codes ist natürlich auch abhängig vom Decoder. Decoder mit geringer Komple¬ xität haben eine geringe Performance im Gegensatz zu Decodern mit höherer Komplexität.
Unter Bezugnahme auf einen Datendienst der FAX Gruppe 3 soll die Erfindung in einem ersten Beispiel ausführlicher erläutert werden.
Beim Datendienst 9.6 kbits/s (TCH/F9.6) werden 240 Datenbits und 4 Tailbits (Fig. 1) mittels eines Faltungscodes mit der Coderate R = kanalcodiert. Damit resultiert ein kanalkodierter Datenblock von 488 Bits. Jetzt wird der Datenblock punktiert, das heißt, bestimmte Stellen des Datenblocks werden gelöscht, um einen verkürzten Code bestimmter Rate zu er- zeugen. Es werden 32 Bits nicht übertragen. Jedes j = 11 + 15*k (k= 0, 1, ..., 31) -te Bit wird aus dem Datenblock gestrichen bzw. nicht übertragen. Somit resultieren 456 Bits. Anschließend werden die kanalcodierten Bits verwürfelt. Die Interleaving Tiefe beträgt hierbei 22, das heißt, ein Daten- block kann nach 22 empfangenen Normalburst decodiert werden. Der Faltungscode mit der Coderate R = H besitzt die Generatorpolynome
Figure imgf000010_0001
g2 (x) = x4 + x3 + x + 1 Der Faltungscode hat eine Einflußlänge (Constraint length) von 5. Eine größere Einflußlänge liefert eine bessere Perfor¬ mance, d. h. eine geringere Bit Error Rate (BER) . Jedoch be¬ deutet eine größere Einflußlänge auch eine größere Komplexi- tat. Der Faltungscode kann beispielsweise mittels eines Vi- terbi-Algorithmus effizient decodiert werden.
Bei Benutzung anderer Generatorpolynome, wie zum Beispiel:
gFι(x) = x6 + x5 + x3 + x2 + 1 gF2(x) = x6 + x4 + x3 + x2 + x + 1
mit der Einflußlänge 7 wird die Performance gemessen in BER verbessert, aber dafür muß eine höhere Rechenleistung beim Decodieren zur Verfügung gestellt werden, währenddessen beim Codieren die Komplexität nur marginal zunimmt.
Die neuen Codeparameter werden bei der Zuordnung des Kanals über die Luftschnittstelle übertragen. Hierfür wird bei- spielsweise im Immediate Assignment Command neben der Channel Description ein neues Informationselement (IE) Channel Coding eingeführt. In diesem IE können dann die Channel Coding- Parameter übertragen werden.
Anzumerken ist, daß im System ein Satz von Default-Parametern für bestimmte Kanäle existiert. Ferner kann der Teilnehmer die neuen Codeparameter anfordern, wenn er über seine Mobilstation bekanntgibt, daß er einen leistungsfähigen DSP (Digital Signal Processor) besitzt und eine bessere Qualität wünscht, ohne mehr Bandbreite des Systems zu nutzen.
In einer darauffolgenden Nachricht bestätigt die Mobilstation, daß sie das neue Codierverfahren unterstützen kann (Channel Coding Confirm) oder auch nicht (Channel Coding Reject) . In letzterem Fall wird das alte Codierverfahren oder ein Parametersatz verwendet. Die Fig. 2 gibt die Nachricht Channel Coding TCH/F9.6 kbit/s in allgemeiner Darstellung wieder, die hauptsächlichen Bitfolgen einer beispielhaften Nachricht gibt Fig. 3 wieder.
Fig. 4 zeigt beispielhaft, wie für jeden Dienst eine Nach- rieht aussehen könnte. Die Fig. 5 zeigt hierzu ein Sub-IE vom
Channel Coding und die Fig. 6 ein IE Codier-Schema hierzu.
Anhand der Fig. 7 bis 9 ist ein weiteres Beispiel betreffend einen Füll Rate Verkehrskanal (TCH/FS) aufgeführt. Im einzel- nen listet Fig. 7 die Klasseneinteilung der Füll Rate Speech Codec-Bits in einem Verkehrskanal auf. Aufgrund der eingeschränkten Frequenzbreite des verfügbaren Funkspektrums muß das zu übertragende digitalisierte Sprachsignal einem Reduktionsverfahren unterworfen werden. Der Füll Rate Speech Codec liefert alle 20 ms 260 Bits. Diese Bits eines Datenblocks werden in einem ersten Schritt in drei Bereiche bzw. Gruppen entsprechend ihrer Wichtigkeit klassifiziert, davon 182 Bits in der Class 1 als protected bits. Die 50 Class la Bits werden im zweiten Schritt mittels eines Blockcodes g(x) = x3 + x + 1 blockcodiert. Durch die Blockcodierung werden 3 CRC Bits generiert. Anschließend werden 4 Tailbits (0000) an die 132 Class lb Bits angehängt und erhalten damit eine Struktur nach Fig. 8. Im dritten Schritt werden die 185 Bit mit höchster Wertigkeit (inclusive der 3 CRC-Bit) und die anschließenden Tailbits durch einen Faltungs-Encoder mit einer Faltungscoderate R = geschickt, was zusammen mit den restlichen 78 Class 2 Bit (no protection) einen Rahmen mit einer Länge von 456 Bit ergibt (Fig. 9) . Die Generatorpolynome lauten:
gx(x) = x4 + x3 + 1 g2 (x) = x4 + x3 + x + 1.
Der kanalcodierte Block von 456 Bits wird entsprechend einem Algorithmus verwürfelt (interleaved) und in 8 Sub-Blöcke zer- legt. Dieses entspricht einer Interleaving Tiefe von 8. In jedem TDMA-Rahmen wird ein Sub-Block übertragen. Die verwendeten Generatorpolynome gi (x) und g2(x) haben eine Einflußlänge von 5 = grad gi (x) + 1. Durch eine Erhöhung der Einflußlänge und damit eine Erhöhung des Grades der Genera¬ torpolynome kann die Performance des Faltungscodes erhöht werden. Durch eine Erhöhung der Performance in Terms von BER (Bit Error Rate) und FER (Frame Erasure Rate) kann die Sendeleistung reduziert werden, wodurch in interference-begrenzten Gebieten wiederum mehr Teilnehmer zugelassen werden können. Andererseits kann man bei höherer Performance der Kanalcodie- rung und bei gleicher Sendeleistung die Reichweite erhöhen.
In vorteilhafter Weise kann mit fortschreitender Technologie der Prozessoren das Kanalcodierverfahren geändert werden, und wenn sich bei der Implementierung des Standards herausstellen sollte, daß die Performance der vorgeschlagenen Verfahren doch nicht so gut ist, dieser geändert werden.
Mit den derzeitigen Prozessoren lassen sich bereits Faltungscodes verwenden, die eine größere Einflußlänge haben, da die Anzahl der MIPS (Million Instructions Per Second) bei den DSP zugenommen haben. Aus diesem Grunde ist es von großem Vorteil, die Codeparameter von Zeit zu Zeit zu aktualisieren, Mobil- und Basisstation enthalten festeingestelllt lediglich die Decodier-Algorithmen und Standardparameter zum Lesen des BCCH (Organisationskanal) und zum Erstzugriff.
Ein weiteres Beispiel soll anhand einer verbesserten Codierung des Füll Rate Traffic Channel (TCH/FS) erläutert werden. Anstatt der 3 CRC-Bits liefert ein Blockcode mit der Generie- rung von mehr CRC-Bits eine verbesserte Performance hinsichtlich Decodierung Failure Rate. Hierzu wird der folgende Blockcode vorgeschlagen:
gB ( x ) = X20 + X18 + χ17 + x10 + χ9 + χ8 + χ4 + χ3 + x + 1 .
Mit diesem Generatorpolynom werden 21 CRC-Bits aus der Information der Class la Bits generiert. Dabei ist von Vorteil, daß die Decoding Failure Rate stark abnimmt, da anstatt 3 CRC-Bits jetzt 21 CRC-Bits hinzugefügt werden.
Für eine Faltungscodierung sollte die Coderate mit R = er- halten bleiben. Die neuen Generatorpolynome für die Faltungscodierung haben eine Einflußlänge 7 und besitzen daher den Grad 6 und lauten:
gF1 (x) = x6 + x5 + x3 + x2 + 1 gF2(x) = x6 + x4 + x3 + x2 + x + 1.
Aufgrund der erhöhten Einflußlänge erhöhen sich auch die Tailbits (Fig. 10) .
Anschließend werden die Class 1 Bits mit einer Coderate R = faltungscodiert . Es resultieren 420 Bits. Danach wird ein Puncturing durchgeführt, wobei jedes 10-te Bit nicht übertragen wird. Somit resultieren 378 Bits. Jetzt werden die 78 Bits der Class 2 angehängt und es ergibt sich somit ein Da- tenstrom von 456 Bits. Anschließend werden die Bits über 8 Normalbursts interleaved übertragen.
Das Informationselement (IE) Channel Coding im Message Immediate Assignment kann beispielsweise gemäß Fig. 11 aussehen, wobei nicht alle Bitfolgen angegeben sind. Hierbei wurde angenommen, daß die Einteilung der Speech Codec Bits beibehalten bleibt und die Class 2 Bits nicht gegen Störungen codiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kanalcodierung einer Nachrichtenmenge gegen Übertragungsfehler zwischen Funkstellen in digitalen Kommuni- kationsnetzen, wobei die Funkstellen mit anderen Einrichtungen des Kommunikationsnetzes über einen Übertragungskanal verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Funkstellen die Codeparameter auf dem Übertragungska- nal übermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Encodern und/oder Decodern der Funkstellen die Code- parameter des beanspruchten Dienstes während des Verbindungsaufbaus mitgeteilt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Encodern und/oder Decodern der Funkstellen aktualisierte Codeparameter des beanspruchten Dienstes während einer bestehenden Verbindung mitgeteilt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in den Funkstellen lediglich Codier- und Decodier- Algorithmen implementiert sind, nicht aber die Codier- und Decodierparameter.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Codeparameter je Diensterfordernis Generatorpolynome,
Tailbits, Puncturing Matrix und/oder das Interleaving-
Verfahren übertragen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Funkstellen lediglich einen Encoder-Algorithmus für Faltungscodierung und/oder Blockcodierung und lediglich einen Decoder-Algorithmus für Faltungscodierung und/oder zum Decodieren eines Blockcodes vorgegeben haben.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Funkstellen eine Basis-Kanalcodierung zur Übertragung der vereinbarten Übertragungsparameter anwenden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Codeparameter im Rahmen eines erweiterten oder neuen Protokolls übertragen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Immediate Assignment Command des Übertragungsprotokolls ein Informationselement (IE) Kanalcodierung eingeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Funkstelle (Mobilstation) der anderen Funkstelle (Netzwerk) mitteilt, daß sie ein variables Kanalcodierungsschema verarbeiten kann.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Funkstelle (Netzwerk) die vereinbarten Codeparameter bis zur nächsten Aktualisierung speichert.
12. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auswahl der zu übertragenden Codeparameter in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Rechenleistung der Funkstellen erfolgt.
13. Verfahren zur Kanalcodierung einer Nachrichtenmenge gegen Übertragungsfehler zwischen Funkstellen in digitalen Kommunikationsnetzen, wobei die Funkstellen mit anderen Einrichtungen des Kommunikationsnetzes über einen Übertragungskanal verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Funkstellen die Codier- und/oder Decodier-Algorithmen auf dem Übertragungskanal mitgeteilt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Funkstelle (Netzwerk) die vereinbarten Code- Algorithmen bis zur nächsten Aktualisierung speichert.
15. Anordnung zur Kanalcodierung einer Nachrichtenmenge gegen Übertragungsfehler zwischen Funkstellen in digitalen Kommunikationsnetzen, insbesondere in digitalen Mobilfunknetzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in den Funkstellen lediglich Codier- und/oder Decodier-Algorithmen implementiert sind, nicht aber Codeparameter.
16. Anordnung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in den Funkstellen eine Basis-Kanalcodierung implementiert ist, auf der die Codeparameter übertragen werden.
17. Anordnung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für die Übertragung der Codeparameter in den Funkstellen ein erweitertes oder neues Protokoll implementiert ist.
18. Anordnung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Immediate Assignment Command des Übertragungsprotokolls ein Informationselement (IE) Kanalcodierung implementiert ist.
19. Anordnung zur Kanalcodierung einer Nachrichtenmenge gegen Übertragungsfehler zwischen Funkstellen in digitalen Kommuni- kationsnetzen, insbesondere in digitalen Mobilfunknetzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in den Funkstellen Basis-Algorithmen zur Kanalcodierung implementiert sind, die zur Übertragung neuer Codier- und/oder Decodier-Algorithmen dienen.
20. Anordnung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Funkstelle (Netzwerk) die jeweils mit der anderen Funkstelle (Mobilstation) vereinbarten Codier- und/oder Decodier-Algorithmen bis zur nächsten Aktualisierung speichert.
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