WO2004064282A2 - Verfahren und kommunikationssystemvorrichtung zum codemodulierten übertragen von informationen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum codemodulierten Übertragen von Informationen (da) in einem Kommunikationssystem (WLAN) über einen Träger (V) mit zumindest zwei voneinander unabhängigen und zueinander orthogonalen Ressourcen, insbesondere als erster Ressource einem Frequenzband (F) mit einer Anzahl von Subressourcen (fj) und als zweiter Ressource der Zeit (T) mit einer Abfolge von Zeitschlitzen als Subressource (fi). Für die Zuordnung der Information zu den einzelnen Ressourcen wird ein Code (C) aus codierten Daten bzw. Informationen in Form einer zweidimensionalen Matrize verwendet, wobei diese Matrize einen Rang (d) größer oder gleich 2 hat. Die Abbildung der Codeelemente auf die Symbole eines OFDM-Übertragungssystems erfolgt dabei eineindeutig derart, dass empfängerseitig nicht nur Übertragungsfehler in der ersten Subressource sondern auch Übertragungsfehler in der zweiten Subressource rekonstruierbar sind.

Description


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  Beschreibung Verfahren und Kommunikationssystemvorrichtung zum codemodu- lierten Übertragen von Informationen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum codemodu- lierten Übertragen von Informationen in einem Kommunikations- system mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentan- spruchs 1 bzw. auf eine Kommunikationssystemvorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. 



  Allgemein bekannt ist eine Vielzahl verschiedenartigster Kom- munikationssysteme zum Übertragen von Informationen, bei- spielsweise gemäss den Standards Global System for Mobile Com- munications (GSM), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) oder auch gemäss diversen Standards zur Übertragung von Daten über Funkschnittstellen in mobilen Datennetzen   (WLAN).   



  Bei derartigen Kommunikationssystemen werden Daten bzw. In- formationen einer Datenquelle über einen Träger übertragen, welcher zumindest zwei voneinander unabhängige und zueinander orthogonale Ressourcen zum Übertragen der Informationen auf- weist. Bei beispielsweise dem so genannten Frequency Division Multiple Access (FDMA) werden die Informationen codiert und auf eine Vielzahl verschiedener Subressourcen (Unterressour- cen) in Form von Unterfrequenzen oder Unterfrequenzbändern des als Träger verfügbaren Frequenzbandes aufgeteilt. 



  Um den vollständigen Verlust übertragener Informationen bei schlechten Übertragungsbedingungen in einem als Subressource gewählten Unterfrequenzband zu verhindern, werden Codierungen verwendet, bei denen die Information codiert auf mehrere Sub- ressourcen verteilt wird. Dadurch ist empfängerseitig eine Rekonstruierung der ursprünglichen Information auch bei Auf- treten eines oder mehrerer Übertragungsfehler im Bereich der Subressource möglich. 

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  Als ein beispielhafter Code ist der so genannte Reed-Solomon- Code bekannt. Dabei führt die Codierung einer Informationsab- folge und eine Modulation zu einem Signal 
S   =     [Ul     uz,..., Un],     wobei ui, i = 1, 2,. .. n Symbole eines Modulationsverfahrens   sind. Diese Symbole enthalten üblicherweise einen codierten Informationswert, in welchen bei Verwendung orthogonaler Co- des weitere codierte Informationswerte der gleichen oder ei- ner anderen Datenquelle eingemischt sind. Diese Symbole wer- den dann einer Frequenzmodulation unterzogen, beispielsweise BPSK, 4-PM, 16-QAM. Würde das derart erstellte Signal über einen Träger übertragen werden, so würde im Fall eines Burst- Fehlers der vollständige Informationsverlust unvermeidbar sein.

   Daher wird aus dem Signal unter Verwendung des so ge- nannten Interleaving eine Matrix 
 EMI2.1 
 erstellt, wobei m ein Interleaving-Grad ist. Diese Matrix wird dann über einen Träger Spalte für Spalte übertragen. 



  Falls einige wenige Spalten der Matrix S während der Übertragung verloren gehen, ist es aufgrund des Interleavings trotzdem noch möglich, empfängerseitig das Signal aufgrund der Eigenschaften des Reed-Solomon-Codes zu korrigieren und die Informationen zu rekonstruieren. 



  Bei dem Reed-Solomon-Code handelt es sich um einen BlockCode, der auf einem Galois-Feld (GF) mit 2m Symbolen definiert wird. Zusätzlich zu diesem Aufbau ist bei der Verwendung des Reed-Solomon-Codes eine Verwürfelung (Scrambling) erforderlich. Nachteilhaft ist bei dieser Verfahrensweise je- 

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 doch neben dem Aufwand für die Code-Bestimmung und die zu- sätzliche Verwürfelung insbesondere, dass für den Ausfall ei- ner ganzen Spalte oder Zeile dieses Galois-Feldes eine Rekon- struierung beim Empfänger nicht möglich ist. Durch die Codie- rung und Modellierung auf verschiedene Frequenzen wird zwar der Verlust eines Frequenz-Sub-Trägers korrigierbar.

   Fällt jedoch bei der Übertragung ein ganzer Zeitschlitz aus, so fehlen empfängerseitig die Informationen sämtlicher der Fre- quenz-Sub-Träger des entsprechenden Informationssymbols, was eine Rekonstruktion unmöglich macht. 



  Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich für eine Raum-Zeit- Codierung. Falls bei der vorstehenden Matrix S der Index m für eine Anzahl sendender Antennen und der Index n für eine Anzahl von Zeitschlitzen gesetzt wird, kann ein übertragenes Signal wieder als eine Matrix des vorstehenden Typs beschrie- ben werden. Folglich ist auch bei einer Raum-Zeit-Codierung der Verlust eines ganzen Zeitschlitzes empfängerseitig bei der Rekonstruierung der ursprünglichen Information nicht aus- gleichbar. 



  Allgemein können Systeme mit parallelen Kanälen, z. B. TDMA (Time Division Multiple Access), FDMA etc. mit einer gemein- samen Informationsquelle und einer gemeinsamen Zielstation bzw. Informationssenke durch eine solche Matrixdarstellung beschrieben werden. Das Problem besteht allgemein in der Feh- lerkorrektur. Falls die Korruption einer geringen Anzahl von Spalten das wahrscheinlichste Ereignis ist, dann ist eine an- wendbare Lösung eine Reed-Solomon-Codierung in Kombination mit Interleaving oder Scrambling. 



  Allgemein bekannt ist auch eine Vielzahl von Algorithmen zum Decodieren derart codierter Informationen seitens eines Emp- fängers, welche in einer Mehrwege-Umgebung (multipath envi- ronment) eine annehmbare Leistungsfähigkeit ermöglichen. 

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  Falls andererseits eine einzige oder gar wenige Zeilen unzu- reichend übertragen werden können oder ganz verloren gehen, ist die Reed-Solomon-Codierung ineffektiv, da eine entspre- chend häufige Wiederholung der Übertragung von Informationen erforderlich wäre. 



  Ein prinzipieller Grundgedanke, zur Codierung von Informatio- nen einen so genannten Rank-Code zu verwenden, ist aus EM Ga- bidoulin,"Theory of Codes with Maximum Rank Distance, Probl. 



    Inform. Transm. (Problemy Predachi Informatsii) ", vol. 21,   No. 1, pp. 1-12, Juli 1985, bekannt. Beschrieben werden Vek- toren, die linear abhängig über einem Galois-Feld GF (Q) de- finiert werden. Beschrieben werden dabei auch einfache Algo- rithmen für eine Encodierung bzw. Decodierung, wobei auf eine Analogie zu Reed-Solomon-Codes zurückgegriffen wird. 



  Problematisch ist dabei, dass ein Decodierverfahren mit An- lehnung an ein Reed-Solomon-Decodierverfahren die Vorteile zunichte macht, welche sich eigentlich durch die Verwendung des Rank-Codes ergeben könnten. Es mangelt somit an einem ge- eigneten Verfahren zur Umsetzung des Grundgedankens auf rea- listische Anwendungsbedingungen in einem modernen Funk- Kommunikationssystem. 



  Allgemein ist aus WLAN (Wireless Local Area Network) oder Hi- perLAN2 die Möglichkeit einer Kombination von OFDM (Orthogo- nal Frequency Division Multiplexing) und Reed-Solomon-Codes bekannt. Diese Kombination konnte sich bei den entsprechenden Diskussionen in den Standardisierungsgremien jedoch nicht durchsetzen, da sie eine schlechte Leistungsfähigkeit bietet und mit Blick auf das erforderliche Interleaving aufwendig ist. Anstelle dessen wurde für die Datennetze ein Block-Code oder ein Faltungscode verwendet, welche Fehler bündeln. Aus dem GSM-Mobilfunksystem ist die Verwendung von Reed-Solomon- Codes in Kombination mit Interleaving allgemein bekannt. 

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  Eine geeignete Kombination aus Codierung und Modulation hat in den letzten Jahren insbesondere durch die Einführung von den Mehrträgersystemen auf Basis des Orthogonal Frequency Di- vision Multiplex (OFDM) bei funkgestützten Kommunikationssys- temen, z. B. DAB, DVB-T und   HiperLAN/2-Systemen,   zugenommen. 



  Eine Schlüsseltechnik besteht in der Gitter-bzw. Trellis- codierten Modulation (TCM), welche die Codeleistungsfähigkeit und die Systemleistungsfähigkeit durch das geeignete Zuweisen der Codeworte zum Modulationsalphabet verbessert. 



  Jedoch ist das Erzeugen guter Code mit einer hohen Effizienz mit Blick auf den Hamming/Euclidean-Abstand keine leichte Aufgabe. Ein Hauptproblem besteht darin, die Frequenz- selektive Ausblendung des Funkkanals zu bewältigen. Ein ande- res Problem kommt auf, wenn ein funkgestütztes Kommunikati- onssystem in einer Umgebung mit impulsartigem Rauschen be- trieben wird. In diesem Fall können viele Zeitrahmen bzw. 



  Zeitschlitze gestört werden. 



  Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum codemodulierten Übertragen von Informationen derart zu verbessern, dass nicht nur Übertragungsfehler in einer ersten Subressource empfängerseitig ausgeglichen werden können. 



  Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum codemodulierten Übertragen von Informationen und die Kommunikationssystemvor- richtung mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Pa- tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge- genstand abhängiger Patentansprüche. 



  Ausgehend von der Situation einer codemodulierten Übertragung von Informationen in einem Kommunikationssystem, insbesondere   Funk-Kommunikationssystem,   über einen Träger mit zumindest zwei voneinander unabhängigen und zueinander orthogonalen Ressourcen, beispielsweise einer Gruppe von Subfrequenzen ei- nes Frequenzbandes einerseits und einer Abfolge von Zeit- schlitzen einer theoretisch unendlichen Abfolge von Zeit- 

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 schlitzen, soll die Codierung derart redundant erfolgen, dass ein Übertragungsfehler bei der Übertragung sowohl bei der ersten Subressource, also z. B. einer   Subfrequenz,   als auch bei der zweiten Subressource, also einem bestimmten Zeit- schlitz aus einer Gruppe von Zeitschlitzen, empfangsseitig möglich ist.

   Dazu wird die ursprüngliche zu übertragende In- formation mit einem zumindest zweidimensionalen Code codiert und mittels der Codierung sowohl der Subressource der ersten Ressource als auch der Subressource der zweiten Ressource zu- geordnet. Unter einer Codebildung wird dabei eine Abbildung verstanden, bei der zu versendende Daten bzw. Informationen durch eine Multiplikation mit einer geeignet gebildeten Gene- ratormatrize in Codeworte gewandelt werden. Unter Code bzw. 



  Codeworte sind somit derart codierte Daten bzw. Informationen zu verstehen. Die Codeworte können in Matrizenform darge- stellt werden. 



  Während bei beispielsweise dem beschriebenen Reed-Solomon- Code ein eindimensionaler Code aufgebaut wird und zusätzlich noch Interleaving oder Scrambling erforderlich sind, wird ein zweidimensionaler, matrizenförmiger Code verwendet, so dass die zu übertragende Information nach der Codierung über so- wohl eine Anzahl von ersten Subressourcen der ersten Ressour- ce als auch einer Anzahl von zweiten Subressourcen der zwei- ten Ressource zugeordnet übertragen werden kann. Informatio- nen bzw. Daten, welche die Rekonstruktion der ursprünglichen Information ermöglichen, werden somit nicht nur auf eine Vielzahl von beispielsweise   Subfrequenzen   eines Frequenzban- des als erster Ressource sondern zusätzlich auch auf eine An- zahl von z. B. Zeitschlitzen als zweiter Subressource aus ei- ner Gruppe von Zeitschlitzen zugeordnet. 



  Die Anwendung ist somit insbesondere in einem für sich be- kannten OFDM-System (OFDM : Orthogonal Frequency Division Mul- tiplex) möglich, bei dem eine zu übertragende Information co- diert wird und das resultierende Symbol einer Frequenzmodula- tion zugeführt wird. 

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  Vorteilhaft ist bei einer solchen Verfahrensweise nicht nur eine Fehlerkorrektur bezüglich einzelner Fehler in beiden der Ressourcen möglich, sondern auch der vollständige Verlust ei- ner ganzen Subressource sowohl bei der ersten Subressource als auch bei der zweiten Subressource ist empfängerseitig re- konstruierbar. 



  Bei der Codebildung wird zweckmässigerweise ein Matrix-Schema mit Zeilen für die Subressourcen der ersten Ressource und Spalten für die Subressourcen der zweiten Ressource verwen- det. Um eine Fehlerkorrektur zu ermöglichen, ist eine ortho- gonale Codeanordnung vorteilhaft. Da sowohl Fehler in der ersten als auch in der zweiten Subressource ausgeglichen wer- den sollen, wird der Code sowohl bezüglich der einzelnen Co- deelemente der ersten Subressource als auch der zweiten Sub- ressource geeignet angepasst gewählt. 



  Um einen diese Bedingungen erfüllenden Code aufzubauen, wird ein Matrizen-Schema verwendet, bei dem der Rang der Matrize bzw. von deren Determinante grösser oder gleich dem Wert zwei ist. Durch die Festlegung des Rangs als Kriterium für den Co- deaufbau wird sichergestellt, dass sowohl Fehler in der ers- ten als auch der zweiten Subressource ausgeglichen werden können. Daher kann auch von einem Rank Code gesprochen wer- den. 



  Prinzipiell sind bei einem Ansatz mit s Zeilen und r Spalten beliebig viele Übertragungsfehlermuster rekonstruierbar, so- lange die Summe t der insgesamt fehlerhaften Zeilen s und fehlerhaften Spalten r kleiner dem halben Rang d ist. Dies lässt sich ausdrücken durch t = s + r < d/2 = (n-k*+1)/2, wobei n der Codelänge und k* der Nachrichtenlänge eines für   sich bekannten (n, k*, d) -Codes mit hier d auch als Rang des   

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 Codes gilt. D. h., die Redundanzlänge d eines für sich be- kannten Codes entspricht vorliegend zweckmässigerweise dem Rang d des matrizenförmigen Codes, wodurch eine Fehlerkorrek- tur in beiden Dimensionen möglich wird. 



  In der Praxis wird dadurch sowohl die Korrektur von   Übertra-   gungsfehlern im Bereich einer oder mehrerer Frequenz- Subressourcen als auch von Übertragungsfehlern im Bereich ei- nes oder mehrerer Zeitschlitze ermöglicht. 



  Bei der Bildung des Codes über einem Galois-Feld (GF) mit 2m Symbolen ist entsprechend die Anzahl m der ersten Subressour- ce gleich der Anzahl der Bit pro Symbol. Dabei wird der Code als Rank-Code über ein Galois-Feld mit 2m Symbolen definiert. 



  Die zweite Ressource, also eine Gruppe von Zeitschlitzen der theoretisch unendlichen Zeitreihe, entspricht pro Code der Codelänge. D. h. mit anderen Worten, der Codelänge wird eine entsprechende Anzahl n von zweiten Subressourcen, also Zeit- schlitzen, zugeordnet. 



  Einsetzbar ist diese Verfahrensweise insbesondere, wenn die Codeelemente jeweils einem Symbol eines für sich bekannten OFDM-Systems im Zeit-Frequenz-Bereich ein-eindeutig zugeord- net werden. Prinzipiell ist aber auch die Übertragung auf an- dere Übertragungssysteme möglich. Beispielsweise können die Codeelemente jeweils einem Symbol eines orthogonalen Übertra- gungssystems im Zeit-Raum-Bereich ein-eindeutig zugeordnet werden. Auch die Übertragung auf einem Code mit mehr'als zwei Dimensionen ist prinzipiell möglich. 



  Eine Kommunikationssystemvorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens weist insbesondere eine Steuereinrichtung und einen Speicher zum Zwischenspeichern entsprechender In- formationen und Code auf. 



  Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : 

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 FIG 1 schematisch die Zuordnung eines Codewortes in Matrix- 
Darstellung zu OFDM-Symbolen im Zeit-Frequenz- 
Bereich, und FIG 2 detaillierter die Codierung von Informationen mit ei- ner entsprechenden Kommunikationssystemvorrichtung zur Übertragung über eine Funk-Schnittstelle. 



  Wie dies aus FIG 1 ersichtlich ist, wird ein Code C in einer Matrix-Darstellung mit Codeelementen ck,   l   aufgebaut, wobei der Index k von 1 bis m und der Index 1 von 1 bis n laufen soll. 



  Bei dem Aufbau der Codematrix werden sollen so genannte Rank- Code (Rank-Codes) über einem Galois-Feld (GF) mit 2m Symbolen definiert- (GF   (2m)).   Die Anzahl der Codeworte beträgt   2 (mk)   mit m als der Codemächtigkeit und k* als der Nachrichtenlän- ge. Jedes Codewort C kann somit in Form einer Matrix der Grö- sse m x n mit binären Einträgen dargestellt werden, wobei n der Codelänge und m der Anzahl von Bit je Symbol entspricht.    



  Ein (n, k*, d) -Rank-Code hat zur Ermöglichung der Fehlerkorrek-   tur für Übertragungsfehler in Sub-Frequenzkanälen und Über- tragungsfehler in Zeitschlitzen den Rang von mindestens d. 



  Ein solcher Code ermöglicht folglich die Korrektur beliebiger Fehlermuster, die sich auf s Reihen und r Spalten verteilen können. Dabei gilt für die Summe der maximal zulässigen Feh- ler   t :   t = s + r < d/2 = (n-k*+1)/2. 



  Wie aus FIG 1 ersichtlich ist, welche einen (n, k*, d)-Rank- Code in Matrix-Form darstellt, wird eine ein-eindeutige Ab- bildung der einzelnen Codeelemente auf die OFDM-Symbole im Zeit-Frequenz-Bereich eines OFDM-Systems vorgenommen. Dabei soll die Codelänge n kleiner oder gleich der Anzahl m von Bit je Symbol s sein. 

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  Beim Codieren werden in der einfachsten Ausführungsform die zu versendenden Daten bzw. Informationen da,   da+1, da+2,... mit   Hilfe einer geeigneten bestimmten Generatormatrize multipli- ziert. Einträge der Zeilen des Codewortes ci,   l,     c2,     li...     --cj,   l,   .... cm, 1   werden schliesslich nach einem Mapping in komplexe Symbole auf die Unterträger eines OFDM-Symbols abgebildet. 



  Die Unterträger entsprechen der Subressource des verwendeten Frequenzbereichs F, also einzelnen Unter-bzw.   Subfrequenzen     fi,     f2,..., fj,..., fm   mit   j = 1, 2,...,   m. Die einzelnen Elemente einer Spalte der Codematrize C mit den codierten   Da-   ten da werden somit verschiedenen   Subfrequenzen   zugeordnet. 



  Dahingegen werden die Spalten der Codematrize verschiedenen Symbolen   s1,     s2,...., si,..., s"zugeordnet.   D. h., die Ele- mente einer Zeile werden auf verschiedene Symbole bzw. Zeit- schlitze i mit i = 1, 2,..., n verteilt. 



  Werden nun mehrere Symbole si zu einem Zeitpunkt ti gestört, beispielsweise durch zeitweilige Interferenzen, oder werden eines oder mehrere ein Subfrequenzbänder als Frequenz- Subressource fj durch beispielsweise frequenzselektiven Schwund über eine längere Zeitdauer, d. h. eine Vielzahl von Zeitschlitzen bzw. auch Symbolen hinweg, gestört, so ermög- licht die Verwendung des Rank-Codes, diese Fehler empfänger- seitig zu beheben. Dies wäre bei der Verwendung eines übli- chen Reed-Solomon-Codes, welcher nur eine Subressource, also eine kleine Zahl gestörter Sub-Frequenzbänder effizient kor- rigieren kann, nicht möglich. 



  Bei der beschriebenen Verfahrensweise wird somit im Gegensatz zu beispielsweise einem Reed-Solomon-Code in Form eines Vek- tors ein Rank-Code in Form einer Matrize verwendet. Dies er- möglicht trotz der Verwendung einer Matrize mit einem mögli- cherweise nur sehr niedrigen Rang eine hohe Korrekturfähig- keit. Insbesondere müssen zum Decodieren auch nicht Reed- Solomon-Decodierverfahren verwendet werden, welche keine ge- eignete Lösung mit einem zufriedenstellenden Ergebnis bieten würden. Bei Verwendung einer Matrize ist allerdings ein ge- 

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 eignetes Abbilden (Mapping) erforderlich, damit die Eigen- schaften nicht verloren gehen. Eine beispielhafte Schaltungs- anordnung zum Abbilden der Matrize C bei Umsetzung in einem OFDM-System ist anhand der FIG 2 dargestellt. 



  Wie aus FIG 2 ersichtlich ist, wird von einer Datenquelle D ein Strom von Informationen bzw. Daten da,   da+1,     da+2,...   in zeitlicher Abfolge bereitgestellt. Diese Datenfolge   da, da+i,     da+2   wird einem Codierer Cod zugeführt, welcher eine Codierung vornimmt. Die Codierung findet dadurch statt, dass die Daten der Datenfolge da,   da+1,     da+2 mit   einer geeigneten Generator- matrix multipliziert wird, so dass letztendlich eine Daten- folge entsteht, welche in Form der in FIG 2 abgebildeten Co- de-Matrize C angeordnet werden kann. 



  Die beispielhafte Code-Matrize C weist Zeilen mit n Codeele- menten ci, i,   C1,     2,..., C1, 1,... c1, n und   N Spalten mit Codeele- menten   Cl,     i,     C2, 1...   Ck,   lt... CN, 1 USW.   auf. Die Code-Matrize C unterliegt dabei den vorstehend beschriebenen Bedingungen ei- ner Rang-Matrize mit einem Rang grösser 2. Nach der Multipli- zierung der Informationsdatenelemente da mit der Generator- Matrize ergibt sich somit ein Datenstrom aus Codematrizenele- menten ck,   l,   der zu einer Abbildungs-bzw. Modulationseinrich- tung Map geführt wird. In dieser Abbildungs-bzw. Modulati- onseinrichtung Map findet die eigentliche Abbildung der Code- Elemente bzw. codierten Daten auf die Symbole   sj,   i statt.

   Na- türlich können die Codierung und die Abbildung auch in einer einzigen Einrichtung ausgeführt werden. 



  Die Darstellung der Code-Matrize C bzw. der Tabelle mit den Symbolen ist zur Veranschaulichung des Prinzips in Form von Matrizen dargestellt. Natürlich kann auch eine serielle Abar- beitung der einzelnen Datenwerte, codierten Datenwerte und Symbole durchgeführt werden. 



  Wie weiterhin aus FIG 1 ersichtlich ist, werden jeweils v bi- näre Elemente cl,   l   bis   cv,   zu einem komplexen Symbol sl,   1   zu- 

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 sammengefasst, welches dann auf einen Subträger gesetzt und zu einem OFDM-Symbol verarbeitet wird. Die Codematrize C hat daher üblicherweise mehr Zeilen als die Symbolmatrize. 



  Nach dem Abbilden und Modulieren in der Abbildungseinrichtung Map ergibt sich eine Abfolge von so genannten Symbolen   sj,   i mit   j = 1,...   m als Index für die jeweils parallelen Leitun- gen und i = 1,... n als Index für die verschiedenen Elemente der zeitlichen Ressource ti. 



  Die Symbole sj, i werden dann einer seriell-zu-parallel- Umsetzungseinrichtung S/P zugeführt, welche m parallele Da- tenleitungen als Ausgang aufweist. Die Symbole   sj,   i werden auf diese parallelen Datenleitungen so ausgegeben, dass die Sym- bole, die einer Zeile der Codematrize C oder Symbolmatrize zugeordnet sind, nacheinander auf einer entsprechenden der Ausgangsleitungen ausgegeben werden. Die Symbole   sj,   i jeder Datenleitung werden dann einer Modulationsstufe zugeführt, in welcher eine Frequenzmodulation der einzelnen der parallelen Leitungen vorgenommen wird, wobei jeder Leitung eine eigene Frequenz fj mit   j = 1,...,   m als Subressourcen der zweiten Trägerressourcefrequenz F zugeordnet wird. Die nach der Modu- lation resultierenden Daten werden in für sich bekannter Art und Weise summiert und z.

   B. einer Funkschnittstelle V zur Übertragung an einen Empfänger R übermittelt. Der Empfänger R kann beispielsweise ein mobiles oder stationäres Endgerät des WLAN-Standards sein. Zweckmässigerweise weist der Empfänger R eine Steuereinrichtung X und einen Speicher M auf, welche entsprechend ausgebildet sind, die empfangenen codierten Da- ten zu decodieren. Insbesondere ist in dem Speicher M eine entsprechende Matrize zur Decodierung des Codes C bzw. der   Generatormatrize   abgespeichert. 



  Bei dieser Anordnung findet somit eine Zuweisung der einzel- nen Codeelemente ck,   l   des Codes C, d. h. der codierten Daten da, auf die Symbole   sj,   i derart statt, dass jedem Codeelement   Ck,     l   jeweils ein Symbol   sj,     i   ein-eindeutig zugeordnet wird. 

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  Bei der Bestimmung des Codes C in Form einer Code-Matrize mit den codierten Daten wird als Randbedingung festgelegt, dass der Rang mindestens D/2 entsprechen soll, somit bei einem Rang von 2 zumindest wahlweise entweder ein Fehler innerhalb einer Zeile oder ein Übertragungsfehler innerhalb einer Spal- te korrigiert werden kann. Dies entspricht der Korrektur ei- nes Übertragungsfehlers bei wahlweise dem Ausfall eines Teils oder einer vollständigen Subressource der ersten Trägerres- source Frequenz, somit eines Frequenzsubkanals, oder der zweiten Trägerressource Zeit, somit einem Zeitschlitz ti. 



  Je grösser Rang d der Matrize des Codes C ist, desto mehr   Ü-   bertragungsfehler können empfängerseitig korrigiert werden. 



  Die Verwendung eines Codes in Form eines Rang-Codes (rank co- de) ermöglicht dabei die Korrektur beliebiger Fehlermuster, die sich auf die Reihen bzw. Spalten verteilen können. Diese sind beispielhaft für die Abfolge der Symbole   sj,   i abgebildet. 



  Vorgeschlagen wird somit die Kombination von Rang-Codes mit der für sich bekannten   OFDM-Übertragungstechnik.   Rang-Codes werden dabei über erweiterte Galois-Felder GF   (2m)   kon- struiert. Dabei ist die maximale Distanz eines (n, k*, d)-Rank- Codes durch d =   n-k*   + 1 definiert. Die Anzahl der Codewor- te ist   2.   Jedes Codewort kann als eine Matrize der Grösse m x n mit binären Einträgen dargestellt werden, wobei n die    Codelänge ist. Falls ein (n, k*, d) -Rank-Code betrachtet wird,   dann hat jede Code-Matrize C ungleich Null zumindest den Rang d.

   Dies ermöglicht beliebige Fehlermuster zu korrigieren, welche in beliebigen s Zeilen und in beliebigen r Spalten der Matrize verteilt sind, vorausgesetzt, dass die   Gesamtfehler-   zahl maximal t = s+r < d/2=   (n-k*+1)/2   ist.    



  Verglichen mit einem (n, k*, d) -Reed-Solomon-Code mit den glei-   chen Parametern können die Codeworte ck,   l   des Rank-Codes als die Matrizen der Grösse m x n mit binären Einträgen darge- stellt werden. Auch beim Reed-Solomon-Code hat eine Code- 

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 Matrize ungleich Null zumindest d Spalten ungleich Null. Dies ermöglicht jedoch nur die Korrektur von Fehlern, welche sich in t < d/2 Spalten befinden. Falls jedoch alle Fehler in ei- ner einzelnen Zeile angeordnet sind und die Zahl der Fehler grösser als   (d-1)/2   ist, scheitert die Decodierung beim Reed- Solomon-Verfahren.

   Dahingegen sind beim vorgestellten Rank- Code-Verfahren auch zumindest d Zeilen mit Werten ungleich Null vorhanden, so dass die ursprüngliche Information vor der Übertragung über die Funkschnittstelle V sowohl redundant auf mehrere Zeilen als auch redundant auf mehrere Spalten eines orthogonalen Systems verteilt wird. 



  Jede binäre Code-Matrize wird als eine binäre Zeichenfolge abgebildet, beispielsweise spaltenweise. Dabei kann angenom- men werden, dass eine Konstellation der Grösse q =   2v verwen-   det wird, wobei z. B. v = 2 bei QPSK gilt. Für eine 16-QAM- Modulation gilt z. B. q = 16 und v = 4. Die Zeichenfolge wird in sequenzielle Stücke der Länge v unterteilt, wobei jedes Stück in das zugeordnete Signal der Konstellation abgebildet wird. 



  Bei Betrachtung eines OFDM-Systems mit m Trägern und mit ei- ner Modulationskonstellation der Grösse q wird ein Parameter N   =   mv gewählt. Dann wird eine Code-Matrize gemäss den Bedingun- gen des Rank-Codes als eine Abfolge von n Zeitrahmen bzw. 



  Zeitschlitzen moduliert. Dadurch ist es möglich, dass auf- grund von Co-Channel-Interference oder hochgradig korrelier-   tem Fading mehrere Zeitrahmen, z. B. (n-k*) /2, in hohem Masse   beeinträchtigt werden. In diesem Fall könnten sowohl Rang- Codes als auch Reed-Solomon-Codes diese Fehler korrigieren. 



  Falls jedoch nur ein einziger Subträger fj der anderen Res- source F während der gesamten Codewortdauer unterdrückt wird, kann ein Reed-Solomon-Code einen solchen Fehler nicht korri- gieren, während ein Rang-Code dies kann. Ausserdem benötigt ein Verfahren unter Verwendung eines Rang-Codes keinen Inter- leaver oder im ungünstigen Fall lediglich einen Interleaver mit einem geringen Interleaving-Grad. 

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  Ein Einsatz von Rang-Codes ist insbesondere bei einer OFDM- Übertragungstechnik zum Übertragen hoher Datenraten in zukünftigen funkgestützten Systemen der vierten Generation vorteilhaft. Ausserdem bieten Rang-Codes einen Schutz gegen nicht berechtigte Zugriffe ohne eine entsprechende Änderung von Codierern und Decodierern. 



  Bei dieser Verfahrensweise wird somit die zweite Ressource, d. h. die theoretisch unendliche Zeitreihe derart gruppiert, dass pro Code C eine Gruppenbildung der zeitlichen Subressource ti derart vorgenommen wird, dass jede Gruppe von zeitlichen Subressourcen ti die gleiche Anzahl von Elementen aufweist, wie der Code als Codelänge hat.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum codemodulierten Übertragen von Informationen (da, da+ι, ... ) in einem Kommunikationssystem (WLAN) über ei- nen Träger (V) mit zumindest zwei voneinander unabhängigen und zueinander orthogonalen Ressourcen (F, T) , dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragende Information (da) in einen zumindest zweidimensionalen Code (C; ck,ι, k = l...m, 1 = l...n) codiert und zumindest einer Subressource (fj) der ersten der Ressourcen (F) und zumindest einer Subressource (ti) der zweiten Ressource (T) zugeordnet wird, wobei die Zuordnung derart redundant erfolgt, dass ein Übertragungsfehler sowohl bei der ersten Subressource (Sj) als auch bei der zweiten Subressource (ti) erαpfangsseitig rekonstruierbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Übertragungsfehler ein vollständiger Verlust einer der zugeordneten Subressourcen (fj, ti) empfangsseitig rekon- struierbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Code (C) gemäß einem Matrix-Schema mit Zeilen (j) für die Subressourcen (fj) der ersten Ressource (F) und mit Spalten (i) für die Subressource (t±) der zweiten Ressource (T) aufgebaut wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Code (C) den Bedingungen einer Matrize bzw. Determinante mit einem Rang (d) größer oder gleich dem Wert 2 genügt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem auf s Zeilen und r Spalten beliebig verteilte Übertragungsfehlermuster empfangsseitig rekonstruierbar sind, wenn die Summe t der fehlerhaften Zeilen und Spalten kleiner dem halben Rang (d) der Matrize ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem für die Summe t der fehlerhaften Zeilen s und Spalten r gilt:
t = s+r<d/2=(n-k*+l)/2
mit n als Codelänge und k* als Nachrichtenlänge eines (n, *,d) -Codes und mit d als Rang des Codes.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Wert d des Rangs des Codes (C) der Redundanzlänge (d) des Codes (C) entspricht.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Anzahl (m) der ersten Subressource (fj) gleich der Anzahl der Bit pro Symbol (Sj,ι) eines Galois-Feldes (GF) mit 2m Symbolen ist.
9. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem der Code (C) als Rang-Code über ein Galois-Feld (GF) mit 2m Symbolen definiert wird.
10. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die zweite Ressource (T) pro Code (C) in eine der Codelänge entsprechenden Anzahl (n) von Subressourcen gruppiert wird.
11. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Codeelemente (ck,χ) des Codes (C) jeweils einem Symbol (Sj,i) eines OFDM-Systems im Zeit-Frequenz-Bereich (T, F) ein- eindeutig zugeordnet werden.
12. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Codeelemente (c,ι) jeweils einem Symbol (Sjfi) eines orthogonalen Übertragungssystems im Zeit-Raum-Bereich ein-eindeutig zugeordnet werden.
13. KommunikationsSystemvorrichtung mit
- zumindest einem Eingang für Informationen (da) ,
- einer Speichereinrichtung (M) zum Zwischenspeichern solcher Informationen und eines Codes (C) aus codierten solcher Informationen,
- einer Steuereinrichtung (X) zum Verarbeiten der Information (da) , und
- einem Ausgang zum Übertragen der codemodulierten Informationen.
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