WO2002001746A2 - Verfahren bzw. kommunikationssystem mit einer robusten diversitäts-kombinierung - Google Patents

Verfahren bzw. kommunikationssystem mit einer robusten diversitäts-kombinierung Download PDF

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WO2002001746A2
WO2002001746A2 PCT/DE2001/002434 DE0102434W WO0201746A2 WO 2002001746 A2 WO2002001746 A2 WO 2002001746A2 DE 0102434 W DE0102434 W DE 0102434W WO 0201746 A2 WO0201746 A2 WO 0201746A2
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Christoph MECKLENBRÄUKER
Peter Slanina
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for performing a diversity combination in a communication system with the preamble features of claim 1, a receiving device with the features of claim 9 and a communication system for performing the method with the preamble features of claim 10.
  • messages and information are transmitted with the aid of electromagnetic waves via a radio interface between the sending and receiving station (base station or subscriber station).
  • Novel data services such as a GPRS (General Packet Radio Service) packet data service are currently being introduced into existing mobile radio networks based on the GSM standard (GSM: Global System for Mobile Communication).
  • Third-generation communication systems such as the UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) under the UTRA standard (UTRA: Universal Terrestrial Radio Access) - also provide for the transmission of voice data and the sending of packet data units (PDUs).
  • PDUs packet data units
  • These packet data units are derived from large data packets of higher layers or system levels (eg layer 3) by segmentation and by adding additional control information.
  • the transmission of packet data takes place asynchronously or non-synchronously, as a result of which the transmission times and / or the transmission paths of individual packet data units sent one after the other can differ from one another.
  • packet data identification information or sequence number. the. This identification information is transmitted in the currently used or the proposed systems in the header of the data packet or as a transport format combination identifier (TFCIJ).
  • the correct transmission of the identification information is very important here, since the data packets are often later assembled into large blocks and incorrect identification information would lead to an incorrect combination of individual data packets. In the worst case, such an incorrect combination is only recognized very late or not at all, so that a renewed request for transmission of the packet data is made very late or incorrect data is further processed. In particular, an undetected processing of incorrect identification information data leads to severe traffic disruptions at air interfaces between the transmitter and receiver, mostly with long-lasting consequences.
  • Data backup includes, in particular, coding methods and repetition methods, for example an automatic data repetition method with combinable coding for forward error correction FEC (Forward Error Correction) under the short designations Hybrid ARQ Type I or II (ARQ: Automatic Repeat Request or automatic data repetition request) are sketched in Fig. 1.
  • FEC Forward Error Correction
  • Hybrid ARQ Type I or II ARQ: Automatic Repeat Request or automatic data repetition request
  • Fig. 1 After a first unsuccessful data transmission of a packet data unit PDU, the receiving station MS requests a retransmission from the sending station BS (ACK / NACK). While the first transmission can optionally be coded (Pl), coded data P2 is transmitted at least during the repetition.
  • the redundancy can vary from repeat to repeat. increase, which increases the probability that the data packets PDU can be correctly reconstructed on the receiving side.
  • the error corrections which are based directly on only the received polynomials P1 and P2 correspond to the ARQ-I method, the polynomials P1 and P2 not necessarily being selected differently.
  • the error correction shown in the middle in FIG. 1 combines or concatenates the data of both received polynomials Pl and P2 according to the ARQ-II method. If the two polynomials P1 and P2 are identical, the encoded data can be combined, which is referred to as diversity combining.
  • the receiver cannot combine the associated transmissions, but should link them to a common “larger” coding block, which is then decoded.
  • the transmission of the data polynomial Pi which was received with the lowest signal / Ra ⁇ sch ratio, is preferably requested again.
  • a diversity combination can be used, for example a maximum ratio combination (MRC / Maximum Ratio Combining), if copies of previously transmitted coded data of the same polynomial are repeated.
  • MRC Maximum Ratio Combining
  • the following errors can occur in the receiver station: 1. If the signaling information in the header section of the transmitted data block is transmitted in a band, ie together with the user data, and is not protected with its own checksum (CRC: Cyclic Redundancy Check) in order to save system capacities and thus costs, then undetected errors can occur the decoding of this header.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the corresponding data block (in the case of diversity combining or linking) is processed with data from other data packets or data blocks not belonging to it. In particular, this can lead to the destruction of valuable intermediate-buffered baseband information in the receiving station. In the worst case, such errors can even propagate unnoticed or only noticed later.
  • the above methods generally offer good results if the interference signals superimposed on a data block can be described as Gaussian-distributed noise.
  • signaling from other transmitters or data or data blocks transmitted via other routes can lead to interference that does not correspond to a Gaussian distribution.
  • Such disorders cannot be easily treated with methods such as the maximum ratio combination MRC.
  • Outliers which are superimposed on the desired received signal with high amplitudes, also have a negative impact as interference signals.
  • a specific problem of the maximum behavior is combination MRC lies in the necessity before the actual one Combination of signal-to-noise power ratios from the transmitted data. It is not trivial to get a stable estimate of signal-to-noise powers in the presence of outliers in the transmitted data.
  • the object of the invention is to provide a method for transmitting packet data units or data packets in a radio communication system or such a radio communication system, in which a more stable combination of diversity is made possible.
  • the use of the robust maximum ratio combination offers both a very good performance in the case of Gauss 'interference signals and a more stable performance in the case of various, in particular non-Gauss' interference signals and other error situations.
  • FIG. 1 schematic flow diagrams for data transmission
  • Fig. 2 schematically shows a structure of an exemplary known radio communication system.
  • the communication system shown in Fig. 2 shows one
  • Radio communication network with facilities that enable a packet data service GPRS As an example of a stationary or mobile communication terminal, a mobile station MS of a mobile subscriber is shown, which uses an air interface V with devices of a terrestrial UMTS radio network UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) or its base station system BSS with fixed base stations BS and Base station controls, is wirelessly coupled.
  • the connection to a packet-oriented communication network GPRS-N is made by the UMTS radio network UTRAN via a mobile switching center MSC.
  • the communication network GPRS-N has devices known per se.
  • the resulting data z are formed as the sum of the products of the received data x and y with their signal / noise ratios SNRx and SNRy:
  • x denotes the "older * received data from an earlier transmission that the receiver has stored
  • y denotes the" younger * received data of the last transmission received.
  • the data (PDU) modulated onto a carrier signal prior to transmission are mapped onto in-phase and quadrature-phase data components of the complex number level, so that the received data sequences x and y which can be further processed and the reconstructed data z are complex-valued quantities.
  • the maximum ratio combination MRC provides the maximum signal / noise ratio SNRz and the associated lowest block error probability after the diversity combination. That the data z combined in this way can be decoded with a maximum probability of success.
  • the long error propagation memory has a disadvantageous effect with the maximum ratio combination MRC.
  • a parameter ⁇ (gamma) is introduced so that the following applies:
  • the ⁇ parameter can be selected appropriately by the receiver.
  • Distinctness is also referred to as stability parameter ⁇ .
  • the calculations are carried out several times, each with a different stability parameter ⁇ . With today's computing power, even mobile subscriber stations MS are unproblematic. The calculation
  • the stability parameter ⁇ is selected, with which the highest signal-to-noise ratio SNRz or the successful decoding has resulted.
  • Non-linear cleaning functions ⁇ are introduced to improve the robustness of the process. These are used to eliminate outliers in the data, ie in particular individual data values that differ greatly from the values of the neighboring data or from a medium level, or to limit their influence on the resulting data. Outliers in the data are "pulled in” in the direction of the origin by the cleaning function ⁇ .
  • evaluation factors ⁇ can be introduced in order to be able to evaluate younger, newly or recently repeatedly transmitted data y higher than older, temporarily stored data x.
  • this can combat the effects of error propagation.
  • the older data y are devalued compared to the younger data x using the evaluation factor ⁇ as a small constant ⁇ with in particular 1 >> ⁇ > 0, which e.g. with the expanded formula
  • the method can of course be used regardless of the transmission direction, that is to say both if one of the mobile subscriber stations MS is the transmitting station and the base station BS is the receiving station, and vice versa.
  • the receiving station (MS; BS) is preferably a receiving device (MS; BS) of a communication system (UMTS, GPRS) for performing the method described above.
  • the receiving device (MS; BS) has a storage device (S) for temporarily storing data packets (PD) which have been received several times by the transmitter (BS; MS), and a calculation device (C) for performing the calculations in accordance with that described above or other formulas with a comparable effect.
  • Communication systems with so-called hybrid ARQ algorithms with the designations UMTS UTRA in the TDD and FDD mode or TD-SCDMA mode for China, fixed wireless access or HIPERLAN / 2 are currently particularly preferred fields of application.
  • the ARQ type II algorithms increase the redundancy between individual transmissions and the diversity combination used.
  • the method can also be implemented in other communication systems that use a diversity combination for antenna diversity, "soft handover / macro diversity” or the like.
  • the method is not limited to the described transmission via the air interface V, but in principle also for other interfaces, e.g. wired interfaces applicable.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Paketdaten (PDU) in einem Kommunikationssystem (UMTS, GPRS) zwischen einem Sender (BS; MS) und einem Empfänger (MS; BS), bei dem die zu versendenden Datenpakete (PDU) zur empfängerseitigen Sicherstellung der fehlerfreien Weiterverarbeitung vom Sender (BS; MS) wiederholt versendet und vom Empfänger (MS; BS) als früher empfangene Daten (x) bzw. später empfangene Daten (y) empfangen werden, empfängerseitig eine Diversitäts-Kombinierung (MRC) der früher empfangenen Daten (x) und der später empfangenen Daten (y) zur Rekonstruierung des versendeten Datenpakets (PDU) durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren bzw. Kommunikationssystem mit einer robusten Diversitats-Kombinierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Diversitats-Kombinierung in einem Kommunikationssystem mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Empfangseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bzw. ein Kommunikationssystem zum Durchführen des Verfahrens mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 10.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten und Informationen, beispielsweise Sprache, Bildinformationen oder an- dere Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwischen sendender und empfangender Station (Basisstation bzw. Teilnehmerstation) übertragen. In bestehende Mobilfunknetze nach dem GSM-Standard (GSM: Global System for Mobile Communication) werden derzeit auch neuarti- ge Datendienste wie ein Paketdatendienst GPRS (General Packet Radio Service) eingeführt. Auch KommunikationsSysteme der dritten Generation - z.B. das UMTS (Universal Mobile Telecom- munication System) unter dem UTRA-Standard (UTRA: Universal Terrestrial Radio Access) - sehen neben der Übertragung von Sprachdaten auch den Versand von Paketdateneinheiten (PDUs) vor. Diese Paketdateneinheiten werden durch Segmentierung und durch Hinzufügung weiterer Kontrollinformationen aus großen Datenpaketen höherer Schichten bzw. Systemebenen (z.B. Layer 3) abgeleitet. Insbesondere erfolgt die Übertragung von Pa- ketdaten asynchron bzw. nicht synchron, wodurch die Übertragungsdauern und/oder die Übertragungswege einzelner nacheinander gesendeter Paketdateneinheiten zueinander verschieden sein können. Zur Identifizierung der beim Empfänger eintreffenden Paketdateneinheiten werden diese mit einer Paketdaten- Identifikationsinformation oder Sequenz-Nummer versehen wer- den. Diese Identifikationsinformation wird bei den derzeit benutzten oder den vorgeschlagenen Systemen im Kopfabschnitt (Header) des Datenpakets oder als Transportformat- Kombinationsidentifikatoren (TFCIJ übertragen.
Die korrekte Übertragung der Identifikationsinformation ist dabei sehr wichtig, da die Datenpakete später häufig zu großen Blöcken zusammengesetzt werden und eine fehlerhafte Identifikationsinformation zu einer falschen Kombination einzel- ner Datenpakete führen würde. Im ungünstigsten Fall wird eine solche fehlerhafte Kombination erst sehr spät oder gar nicht erkannt, so dass eine erneute Anforderung einer Übertragung der Paketdaten erst sehr spät erfolgt oder gar falsche Daten weiterverarbeitet werden. Insbesondere führt eine nicht er- kannte Verarbeitung von fehlerhaften Identifikationsinforma- tionsdaten zu schweren Störungen des Verkehrs an Luftschnittstellen zwischen Sender und Empfänger, dies zumeist mit lang anhaltenden Folgen.
Da bei der Übertragung der Paketdateneinheiten in einer Vielzahl von Situationen Datenverluste vorkommen können, sind Verfahren zur Datensicherung übertragener Daten bekannt. Zur Datensicherung zählen insbesondere Kodierungsverfahren und Wiederholungsverfahren, z.B. ein automatisches Datenwiederho- lungsverfahren mit kombinierbarer Kodierung zur Vorwärts- Fehlerkorrektur FEC (Forward Error Correction) unter den Kurzbezeichnungen Hybrid ARQ Type I bzw. II (ARQ: Automatic Repeat Request bzw. automatische Datenwiederholungsanfrage) , die in Fig. 1 skizziert sind. Nach einer ersten mißglückten Datenübertragung einer Paketdateneinheit PDU wird von der empfangenden Station MS von der sendenden Station BS eine erneute Übertragung angefordert (ACK/NACK) . Während die erste Übertragung optional kodiert erfolgen kann (Pl), werden zumindest bei der Wiederholung kodierte Daten P2 übertragen. Dabei kann die Redundanz von Wiederholung zu Wiederholung an- steigen, wodurch entsprechend die Wahrscheinlichkeit steigt, dass die Datenpakete PDU auf der Empfangsseite korrekt rekonstruiert werden können.
In Fig. 1 sind drei Wege zu korrigierten Daten dargestellt. Dabei entsprechen die Fehlerkorrekturen, die direkt auf nur den empfangenen Polynomen Pl bzw. P2 beruhen dem ARQ-I-Ver- fahren, wobei die Polynome Pl und P2 nicht notwendig verschieden gewählt werden. Bei dem ARQ-I-Verfahren braucht der Empfänger die Daten von früheren Übertragungen nicht zu speichern, um die aktuelle Übertragung zu dekodieren. Die mittig dargestellte Fehlerkorrektur in Fig. 1 kombiniert oder verkettet gemäß dem ARQ-II-Verfahren die Daten beider empfangener Polynome Pl und P2. Wenn die beiden Polynome Pl und P2 identisch sind, können die kodierten Daten kombiniert werden, was als Diversitats-Kombinierung bezeichnet wird. Sind die Polynome Pl und P2 dagegen verschieden, kann der Empfänger die zugehörigen Übertragungen nicht kombinieren, sondern sollte sie zu einem gemeinsamen „größeren* Kodierungsblock verketten, der anschließend dekodiert wird. Bei der Diversitats-Kombinierung wird bei fehlerhaftem Empfang mehrerer verschieden kodierter Daten-Polynome vorzugsweise die Übertragung des Daten-Polynoms Pi neu angefordert, das mit geringstem Signal/Raύsch-Verhältnis empfangen wurde.
Im Zusammenhang mit der Hybrid-ARQ-Fehlerkorrektur kann eine Diversitats-Kombinierung verwendet werden, z.B. eine Maximalverhältnis-Kombinierung (MRC / Maximum-Ratio Combining) , wenn Kopien schon früher gesendeter kodierter Daten desselben Po- lynoms wiederholt werden. Mit zunehmender Redundanzübertragung, d.h. mit wachsender Anzahl von wiederholten Übertragungen mit jeweils stärkerer Kodierung, können in der Empfängerstation jedoch folgende Fehler auftreten: 1. Wenn die Signalisierungsmformation im Kopfabschnitt des übertragenen Datenblocks mbandig, d.h. zusammen mit den Nutzdaten, übertragen wird und dabei nicht mit einer eigenen Prüfsumme (CRC: Cyclic Redundancy Check) geschützt wird, um Systemkapazitaten und damit Kosten zu sparen, dann können unerkannte Fehler bei der Dekodierung dieses Kopfabschnitts auftreten. Falls die Identifizierungs-Information des Datenpakets bzw. des Kopfabschnittes verfälscht wurde oder verloren gegangen ist, so wird der entsprechende Datenblock (bei der Diversitats-Kombinierung bzw. Verkettung) mit Daten von anderen, nicht zu ihm gehörenden Datenpaketen bzw. Datenblo- cken verarbeitet. Insbesondere kann dies zur Zerstörung wertvoller zwischengepufferter Basisband-Informationen m der Empfangerstation fuhren. Solche Fehler können sich im unguns- tigen Fall sogar unbemerkt oder erst spat bemerkt fortpflanzen.
2. Wenn die Empfangerstation versucht einen Datenblock zu dekodieren, der von einer fremden Sendestation gesendet und aufgrund einer Uberreichweite empfangen wurde, können vergleichbare Probleme auftreten.
Allgemein lasst sich feststellen, dass die vorstehenden Verfahren m der Regel gute Ergebnisse bieten, wenn die einem Datenblock überlagerten Storsignale als Gauss-verteiltes Rauschen beschrieben werden können. Im Mobilfunk können jedoch Signalisierungen fremder Sendestationen oder über andere Laufwege übertragene Daten oder Datenblocke zu Störungen fuhren, die keiner Gauss-Verteilung entsprechen. Solche Storun- gen sind mit Verfahren wie der Maximalverhaltnis-Kombination MRC nicht problemlos zu behandeln. Als Storsignale machen sich insbesondere auch Ausreißer negativ bemerkbar, die dem gewünschten EmpfangsSignal mit hohen Amplituden überlagert sind. Ein spezifisches Problem der Maximalverhalt is-Kombi- nation MRC liegt m der Notwendigkeit, vor der eigentlichen Kombinierung Signal-zu-Rauschleistungsverhältnisse aus den übertragenen Daten schätzen zu müssen. Es ist nicht trivial, eine stabile Schätzung von Signal-zu-Rauschleistungen bei Anwesenheit von Ausreißern in den übertragenen Daten zu erhal- ten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Übertragen von Paketdateneinheiten bzw. Datenpaketen in einem Funk-Kommunikationssystem bzw. ein solches Funk- Kommunikationssystem bereitzustellen, bei denen eine stabilere Diversitats-Kombinierung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit- den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Empfangseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bzw. das Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Die Anwendung der robusten Maximalverhaltnis-Kombination bietet sowohl eine sehr gute Leistungsfähigkeit im Fall von Gauss' sehen Störsignalen als auch eine stabilere Leistung bei verschiedenartigen, insbesondere nicht-Gauss ' sehen Störsigna- len und anderen FehlerSituationen.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Ablaufdiagramme für Datenversand und
Datenverarbeitung bei Hybrid-ARQ-Verfahren und
Fig. 2 schematisch einen Aufbau eines beispielhaften bekannten Funk-Kommunikationssystems . Das in Fig. 2 dargestellte Kommunikationssystem zeigt ein
Funk-Kommunikationsnetz mit Einrichtungen, die einen Paketdatendienst GPRS ermöglichen. Als Beispiel für eine stationäre oder mobile Kommunikationsendeinrichtung ist eine mobile Sta- tion MS eines mobilen Teilnehmers dargestellt, die über eine Luftschnittstelle V mit Einrichtungen eines terrestrischen UMTS-Funknetzes UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) bzw. dessen Basisstationssystem BSS mit ortsfesten Basisstationen BS und Basisstationssteuerungen, drahtlos gekoppelt ist. Die Verbindung zu einem paketorientierten Kommunikationsnetz GPRS-N erfolgt seitens des UMTS-Funknetz UTRAN über eine Mobilvermittlungszentrale MSC. Zur Übertragung von Paketdaten PD zwischen der mobilen Station MS und einem Paketdatennetz PDN weist das Kommunikationsnetz GPRS-N für sich bekannte Einrichtungen auf.
Dem nachfolgend beschriebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, für die Empfangsdaten einen robusten statistischen Ansatz zu wählen. Dabei wird ein statistischer Ansatz robust genannt, wenn er gegenüber Kontaminierungen der angenommenen Gauss' sehen Verteilung der Störungen unempfindlich ist. D.h. „kleine Änderungen* in den empfangenen Daten, sollen auch nur „kleine Änderungen* in den resultierenden Schätzungen hervorrufen. Dabei können „kleine Änderungen* sowohl „große Ände- rungen in einem kleinen Bruchteil der Daten*, als auch „kleine Änderungen in allen Daten* sein. Dieser vorgeschlagene Ansatz soll den Vorteil von Maximalverhaltnis-Kombination (MRC: Maximum Ratio Combining) , nämlich die hohe Wirksamkeit im nicht-kontaminierten Fall und die Vorteile von robusten Schätzern bzw. Schätzungsoperatoren im kontaminierten Fall miteinander verbinden. Beispielsweise hat die Diversitätskom- binierung mit gleichem Verstärkungsgrad (EGC: Equal Gain Combining) ein stabileres Verhalten in einer großen Klasse an Störverteilungen als eine Maximalverhältnis-Kombination (MRC) , aber niedrigere Wirksamkeit im (nicht kontaminierten) Fall von Gauss' sehen Störungen. Auch erfordert sie keine
Schätzung von Signal-zu-Rauschleistungen aus den Daten.
Bei der Maximalverhältnis-Kombination MRC werden die resul- tierenden Daten z als Summe der Produkte der empfangenen Daten x und y mit deren Signal/Rausch-Verhältnissen SNRx bzw. SNRy gebildet:
z = SNRx * x + SNRy * y.
Dabei bezeichne x die „älteren* empfangenen Daten aus einer früheren Übertragung, die der Empfänger gespeichert hat, und y bezeichne die „jüngeren* empfangenen Daten der zuletzt empfangenen Übertragung.
Bei der Demodulation empfangener Daten werden die vor dem Versand auf ein Trägersignal aufmodulierten Daten (PDU) auf inphasige und quadraturphasige Datenanteile der komplexen Zahlenebene abgebildet, so dass die weiterverarbeitbaren emp- fangenen Datenfolgen x und y sowie die rekonstruierten Daten z komplexwertige Größen sind.
Im Fall Gauss 'sehen Rauschens liefert die Maximalverhältnis- Kombination MRC nach der Diversitätskombination das maximale Signal/Rausch-Verhältnis SNRz und die damit verbundene geringste Blockfehlerwahrscheinlichkeit. D.h. die auf diese Weise kombinierten Daten z können mit maximaler Erfolgswahrscheinlichkeit dekodiert werden. Jedoch wirkt sich das lange Fehlerfortpflanzungsgedächtnis bei der Maximalverhältnis- Kombination MRC nachteilhaft aus.
Bei der Verwendung einer Diversitätskombinierung mit gleichem Verstärkungsgrad (EGC) wird zur Rekonstruktion der Daten z der arithmetische Mittelwert der empfangenen Daten x und y gebildet: : z = (x + y)/2.
Dies liefert im Fall von Gauss" schem Rauschen und unter- schiedlichen SNRx, SNRy ein geringeres Signal/Rausch-Verhältnis SNRz, ist jedoch bezüglich Fading- bzw. Schwankungseffekten und nicht-Gauss ' sehen Störsignalen stabiler als die Maximalverhältnis-Kombination MRC. Mit Blick auf die Fehlerfortpflanzung gibt es bei der Verwendung der Diversitätskom- binierung mit gleichem Verstärkungsgrad (EGC) jedoch auch ein langes Fehlerfortpflanzungsgedächtnis.
In einem ersten Schritt werden die beiden Verfahren, Maximalverhältnis-Kombination MRC und Schätzungsoperatoren EGC, zu einem Verfahren vereinigt, um letztendlich zu einer robusten Maximalverhältnis-Kombination zu gelangen. Dazu wird ein Parameter γ (Gamma) eingeführt, so daß gilt:
z = (1 - γ)x + γ , mit 0 < γ < 1.
Dabei kann der Parameter γ vom Empfänger geeignet gewählt werden. Die entsprechende Berechnung der resultierenden Daten z führt für den Fall γ = 1/2 zu dem gleichen Resultat wie die für sich bekannte Verwendung von Diversitätskombinierung mit gleichem Verstärkungsgrad (EGC) und im Fall γ =
SNRy/ (SNRx+SNRy) zu dem gleichen Resultat wie die für sich bekannte Verwendung der Maximalverhältnis-Kombination (MRC) . Je nach Wahl des Faktors γ werden wechselweise Stabilität gegenüber Wirksamkeit bzw. Effektivität verbessert bzw. ver- schlechtert, so dass der Faktor γ nachfolgend zur besseren
Unterscheidbarkeit auch als Stabilitätsparameter γ bezeichnet wird. Um ein möglichst gutes Ergebnis zu erzielen, werden die Berechnungen mehrfach mit jeweils anderem Stabilitätsparameter γ durchgeführt. Dies ist bei der heutigen Rechenleistung selbst mobiler Teilnehmerstationen MS unproblematisch. Die Berechnung
z = (l - γ)x + γy
wird dabei vorzugsweise mit den nachfolgenden Stabilitätspa- rameterwerten durchgeführt, wobei
γ = 0 dem Ignorieren der jüngeren bzw. zuletzt empfangenen Daten, γ = 1/2 dem Durchführen einer reinen EGC, γ = SNRy/ (SNRx + SNRy) dem Durchführen einer reinen MRC und γ = 1 dem Ignorieren der älteren, d.h. zuerst empfangenen Daten entspricht.
Anschließend wird der Stabilitätsparameter γ ausgewählt, mit dem sich das höchste Signal/Rausch-Verhältnis SNRz bzw. die erfolgreiche Dekodierung ergeben hat.
Zur Verbesserung der Robustheit des Verfahrens werden nicht- lineare Reinigungsfunktionen ψ eingeführt. Diese dienen dazu, Ausreißer in den Daten, d.h. insbesondere stark gegenüber den Werten der Nachbardaten oder von einem mittleren Pegel abweichende Einzel-Datenwerte, zu beseitigen oder deren Ein- fluss auf die resultierenden Daten zu begrenzen. Ausreißer in den Daten werden durch die Reinigungsfunktion ψ in die Richtung des Ursprungs "hineingezogen". Als Beispiel zur Berechnung der rekonstruierten Daten z ist die Formel z = (1 - γ)ψ(x/sx) + γψ(y/Sy)
einsetzbar. Beispiele für solche Funktionen sind Huber-, Tu- key- und Hampel-Funktionen, also -z.B. eine Funktion, die bei einem Auftrag der Reinigungsfunktion ΨH(X) auf der Ordinate gegenüber dem Wert x auf der Abszisse von negativen Abszissenwerten aus kommend auf dem Ordinatenwert -1 verläuft, dann vom Abszissenwert -1 aus durch den gemeinsamen Nullpunkt linear zum Wertepaar 1/1 ansteigt und auf dem Ordinatenwert 1 weiterläuft. Außerdem legt der von den Daten abhängige Stabilitätsparameter γ mit 0 < γ < 1 den Kompromiss zwischen Stabilität und Effizienz legt. Zudem können robuste Skalierungsparameter sx und Sy durch Standardverfahren geschätzt werden, z.B. durch ein Verfahren zur Bestimmung des Medians der abso- luten Abweichung (MAD, Mediän Absolute Deviation) .
Zur weiteren Verbesserung können Bewertungsfaktoren ε eingeführt werden, um jüngere, neu bzw. unlängst wiederholt übertragene Daten y höher bewerten zu können als ältere, zwi- schengespeicherte Daten x. Dadurch kann insbesondere die Auswirkung einer Fehlerfortpflanzung bekämpft werden. Dazu werden die älteren Daten y mit Hilfe des Bewertungsfaktors ε als einer kleinen Konstante ε mit insbesondere 1 >> ε > 0 gegenüber den jüngeren Daten x abgewertet, was z.B. mit der erwei- terten Formel
z = (1 - γ - ε)ψ(x/sx) + (γ + ε)ψ(y/Sy)
berechenbar ist.
Das Verfahren ist natürlich unabhängig von der Senderichtung anwendbar, also sowohl, wenn eine der mobilen Teilnehmerstationen MS die sendende Station und die Basisstation BS die empfangende Station ist, als auch umgekehrt. Die empfangende Station (MS; BS) ist dabei vorzugsweise eine Empfangseinrichtung (MS; BS) eines Kommunikationssystems (UMTS, GPRS) zum Durchfuhren des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Empfangseinrichtung (MS; BS) weist eine Spei- cheremrichtung (S) zum Zwischenspeichern von Datenpaketen (PD) , die von dem Sender (BS; MS) mehrfach empfangenen wurden, und eine Berechnungseinrichtung (C) zum Durchfuhren der Berechnungen gemäß der vorstehend beschriebenen oder anderer vergleichbar wirkender Formeln auf.
Besonders bevorzugte Anwendungsgebiete sind derzeit die Kom- munikationsSysteme mit sogenannten Hybrid ARQ-Algorithmen mit den Bezeichnungen UMTS UTRA m TDD- und FDD-Modus bzw. TD- SCDMA-Modus für China, Fixed Wireless Access oder HIPERLAN/2. Die ARQ-Typ-II-Algorithmen erhohen die Redundanz zwischen Emzelubertragungen und benutzter Diversitats-Kombinierung. Insbesondere ist das Verfahren aber auch m andere Kommunikationssysteme umsetzbar, die eine Diversitats-Kombinierung für Antennendiversitat, "Soft Handover / Macro Diversitat" oder dergleichen einsetzen. Das Verfahren ist dabei nicht auf die beschriebene Übertragung über die Luftschnittstelle V beschrankt sondern prinzipiell auch bei anderen Schnittstellen, z.B. leitungsgebundenen Schnittstellen anwendbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen von Paketdaten (PDU) in einem Kommunikationssystem (UMTS, GPRS) zwischen einem Sender (BS; MS) und einem Empfänger (MS; BS), bei dem
- die zu versendenden Datenpakete (PDU) zur empfängerseitigen Sicherstellung der fehlerfreien Weiterverarbeitung vom Sender (BS; MS) wiederholt versendet und vom Empfänger (MS; BS) als früher empfangene Daten (x) bzw. später empfangene Daten (y) empfangen werden,
- empfängerseitig eine Diversitats-Kombinierung (MRC) der früher empfangenen Daten (x) und der später empfangenen Daten (y) zur Rekonstruktion des versendeten Datenpakets (PDU) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Diversitats-Kombinierung in einem zwischen einer Maximalverhältnis-Kombination (MRC) und einer Di ersitätskombi- nierung mit gleichem Verstärkungsgrad einstellbaren Bereich eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Stabilitätsparameter (γ, Gamma) zur Berechnung der resultierenden Daten (z) verwendet wird, insbesondere gilt:
z = (1 - γ)x + γ y, mit 0 < γ < 1.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Stabilitätsparameter (γ, Gamma) von der statistischen Verteilung der früher empfangenen Daten (x) und der später empfangenen Daten (y) abhängt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Berechnung der resultierenden Daten (z) mehrfach mit jeweils anderem Stabilitätsparameter (γ) durchgeführt wird, insbesondere mit γ = 0 , γ = 1 /2 , γ = SNRy/ ( SNRx + SNRy) mit SNRi 'als Signal/Rausch- Verhältnis der empfangenen Daten (x bzw . y) und/oder γ = 1 durchgeführt wird .
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem als der geeignetste Stabilitätsparameter (γ) derjenige ausgewählt wird, mit dem sich für die resultierenden Daten (z) das höchste Signal/Rausch-Verhältnis (SNRz) ergeben hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 5, bei dem ein Reinigungsoperator (ψ) in Form einer nicht-linearen
Funktion zum Beseitigen von Ausreißern bei der Berechnung der resultierenden Daten (z) verwendet wird, insbesondere gilt:
z = (1 - γ)ψ(x/sx) + γψ(y/Sy) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem robuste Skalen-Schätzungsoperatoren sx und Sy für die einzelnen empfangenen Daten (x bzw. y) geschätzt (MAD) und angewendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 7, bei dem ein Bewertungsfaktor (ε) mit ε > 0 zur Wichtung jünger empfangener Daten (y) bei der Berechnung der resultierenden Daten (z) verwendet wird, insbesondere gilt:
z = (1 - γ - ε)ψ(x/sx) + (γ + ε)ψ(y/Sy) .
9. Empfangseinrichtung (MS; BS) in einem KommunikationsSystem
(UMTS, GPRS), mit
- einer Speichereinrichtung (S) zum Zwischenspeichern von von einem Sender (BS; MS) mehrfach empfangenen Daten (x und y) , - wobei die Daten (PDU) jeweils dem gleichen zu versendenden Datenpaket (PDU) entstammen, und
- einer Berechnungseinrichtung (C) zum Rekonstruieren der Daten (z) des versandten Datenpakets (PDU) mittels einer Diversit ts-Kombinierung (MRC) , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Berechnungseinrichtung (C) zum Rekonstruieren der Daten (z) unter Anwendung der Diversitäts-Kombination (MRC) und zusätzlich von Schätzungsoperatoren (EGC) in einem erweiterten Kombinationsverfahren ausgelegt ist.
10. Kommunikationssystem, insbesondere Funk- Kommunikationssystem (UMTS UTRA) , mit zumindest einer Empfangseinrichtung (MS, BS) nach Anspruch 9 und/oder zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8.
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