WO2006103175A1 - Hybrides arq verfahren zur datenübertragung, sender und empfänger dafür - Google Patents

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WO2006103175A1
WO2006103175A1 PCT/EP2006/060757 EP2006060757W WO2006103175A1 WO 2006103175 A1 WO2006103175 A1 WO 2006103175A1 EP 2006060757 W EP2006060757 W EP 2006060757W WO 2006103175 A1 WO2006103175 A1 WO 2006103175A1
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WO
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data packet
bits
bit
parity
transmission
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/060757
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Inventor
Bernhard Raaf
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0064—Concatenated codes
    • H04L1/0066—Parallel concatenated codes
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    • 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 present invention relates to a method for
  • Data transmission and a suitably designed transmitter and receiver takes place in particular according to an ARQ method or a hybrid ARQ method, in a communication system, in particular a mobile radio system.
  • Burst factor so that only short periods of activity exist, which are interrupted by long rest breaks.
  • Packet-oriented data connections in this case can significantly increase the efficiency compared to other data transmission methods in which a continuous data stream is present, since in data transmission methods with a continuous data stream, a once allocated resource, such as e.g. a carrier frequency or timeslot allocated throughout the communication relationship, i. a resource remains occupied even if there are currently no data transmissions, so that this resource is not available to other network subscribers. This leads to a non-optimal use of the tight frequency spectrum for mobile systems.
  • a once allocated resource such as e.g. a carrier frequency or timeslot allocated throughout the communication relationship
  • Future mobile radio systems such as according to the UMTS mobile radio standard ("Universal Mobile Telecommunications System"), will offer a variety of different services, in addition to the pure voice transmission Multimedia applications will become increasingly important.
  • the associated service diversity with different transmission rates requires a very flexible access protocol on the air interface of future mobile radio systems.
  • ARQ procedure Automatic Repeat Request
  • the data packets transmitted by a transmitter to a receiver are checked for their quality on the receiver side after their decoding. If a received data packet is faulty, the receiver requests retransmission of that data packet from the transmitter, i. a repeat data packet is sent from the sender to the receiver which is identical or partially identical to the previously sent and incorrectly received data packet (depending on whether the retry data packet contains less than or equal to the data as the original data packet is full or a partial repetition spoken).
  • both the transmission of data and so-called header information is provided in a data packet, the header information and information for error checking , such as CRC bits ("Cyclic Redundancy Check”) and may also be encoded for error correction (so-called "Forward Error Correction", FEC).
  • CRC bits Cyclic Redundancy Check
  • FEC Forward Error Correction
  • UMTS In UMTS systems in particular for the realization of the HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) and the Implementation of the so-called EDCH (Enhanced Uplink) HARQ method used.
  • HSDPA High Speed Downlink Packet Access
  • EDCH Enhanced Uplink
  • turbo codes For coding the data to be transmitted in particular turbo codes are used, wherein the data to be transmitted or bits are converted into systematic bit and parity bit.
  • Repeat data packet is then re-decoded using both data packets.
  • Repeat data packet (s) are selected. This selection is realized by a so-called rate matching algorithm, in particular a puncturing algorithm, whereby suitable bits are removed from the total quantity of the bits
  • a punctuation algorithm has already been specified for the UMTS Release 99. This algorithm removes a given number of bits from a block of bits and selects these bits as evenly as possible, i. with as even spacing as possible. When using turbo codes, it was further specified that the so-called systematic bits are not punctured and first parity bits (parity 1
  • both parity bit streams are preferably equally punctured.
  • Rate matching algorithm is to make an appropriate selection of punctuation bits for the First transmission and for the retransmission (s)
  • parity bits are not punctured, instead the systematic bits are punctured.
  • Such a transmission is preferably used for a retransmission. This is intended to ensure that in the retransmission, the parity bits, which were partially dotted during the initial transmission, are now transmitted as completely as possible. If there are not so many bit locations available for the retransmission, ie in the repetition data packet, that all parity bits can be transmitted, then no systematic bits are transmitted in the repeat data packet and the first and second parity bits are both equally punctured.
  • the individual bits to be transmitted or the bits to be punctured are selected by a defined rate matching algorithm (rate matching algorithm).
  • the rate adjustment procedure is carried out according to the following regulation:
  • the parameters e p i us , e minus and X 1 are set slightly differently for the first and second parity bits in order to achieve different puncturing patterns here as well. Also for different transfers, the puncturing pattern can be varied by varying the parameter to avoid making identical transfers. A variation of one shifts the puncturing pattern; this is controlled by the parameter r.
  • E-DCH EDCH
  • Chapter 4.5.4.3 defines how to calculate the parameters e plusr e minU s and X 1 for the systematic bits, the parity 1 bit (first parity bit) and the parity 2 bit (second parity bit) for the rate matching algorithm.
  • the rate matching algorithm itself is then described in chapter 4.2.7.5 (see above).
  • the prior art approach is disadvantageous or not for the following reasons optimal: In this case, between 1/4 and 1/2 of the parity bits are transmitted during the first transmission. In the
  • Repeat transmission can be transmitted more parity bit, in this case between 3/4 and all. In either case, a larger number of parity bits are transmitted in first transmission and retransmission together than are present after the encoding. It would be theoretically possible to transfer all parity bits at least once. However, this is not achieved by the given prior art algorithm.
  • the value of the error variable e at the time of the if query is plotted (the value 20 in the line denoted by ini corresponds to the initial value of e, ie e ini ).
  • the invention is based on the object to provide a technical teaching, which allows a reliable and preferably simple transmission of data.
  • the invention is based on the object of specifying a technical teaching which allows a simple and reliable transmission of data according to an ARQ method, which uses a turbo-coding at a rate between 1/2 and 2/3 (taking into account the rate adaptation ) and / or comprises a rate matching method with a puncturing rate between 1/2 and 1/3.
  • the invention is based first of all on the knowledge that according to the prior art, in particular also at a puncturing rate between 1/2 and 1/3, it is not always possible to transmit all parity bits at least once.
  • a further step in the invention lies in recognizing that transmission of all parity bits is possible, in particular in the stated range of the puncturing rate.
  • the invention is based on the idea of converting in particular a specific amount of data to be transmitted by turbo-coding into systematic bits and parity bits.
  • a transmitter sends to a receiver a first data packet containing the systematic bits and containing a portion of the parity bits. If there is a corresponding request from the receiver, at least one retry data packet is sent to the receiver containing the parity bits not contained in the first data packet.
  • Parity bit consists only of a certain group of parity bits, in addition to which further parity bits may be the result of turbo coding, which are then also subjected to bit rate adjustment together with the particular group of parity bits or separately from the particular group of parity bits.
  • the repeat data packet contains, besides the parity bits not included in the first data packet, systematic bit. This allows systematic bits to be transmitted repeatedly, increasing the reliability of the transmission.
  • Rate matching algorithm for selecting the bits contained in a first data packet and / or repeat data packet is achieved in the invention in that all parity bits in the first data packet or in the repeat data packet are transmitted exactly once.
  • Rate matching algorithm contains the following process steps:
  • X 1 , m is the bit number m ⁇ the designation for a punctured, ie remote bit
  • the same rate matching algorithm is used in the context of the invention, which is already used in a UMTS system for other purposes anyway. This allows the rate matching algorithm to be implemented with less effort.
  • the initial value e ⁇ m (r) is chosen for the error variable of the rate matching algorithm such that the repetition data packet does not contain any parity bits which are present in the first data packet, and preferably contains all parity bits that are not included in the first data packet.
  • Rate matching algorithm to select the parity bits in the retry packet:
  • Algorithm for first transmission analysis called Al:
  • Ratematching algorithm we use for the analysis of the Clearübertragung. (It should be mentioned here that for an implementation, of course, any variant of the implementation of the algorithm can be used, we consider special variants here to make it easier to apply the optimal parameters for both transmissions.)
  • the goal is to achieve that for every bit, that is, for all m, then at A2 the bit is used or transmitted, if it is punctured at Al, and vice versa.
  • the invention can thus be used to significantly improve the signal
  • parity bits are transmitted in the second transmission than provided in the prior art.
  • the remaining bits are then preferably with
  • Mapped modulation symbols which had a better decoding property, thereby a better reception quality of the systematic bits and thereby better decoding property has been achieved.
  • this method is applicable only to higher modulations (e.g., 16 QAM), and thus not applicable to E-DCH.
  • Optimized puncturing during retransmission provides a similar effect so that a similar improvement in system performance can be achieved.
  • the inventive method for data transmission in the context of a hybrid ARQ method for the realization of HSDPA or EDCH (E-DCH) is used.
  • the parity bits contained in a data packet or repetition data packet are selected from the turbo-coding-resultant parity bits by a rate matching algorithm. If certain bits are selected from a set of bits by the rate matching algorithm because all bits are not transferred from the set of bits or are contained in a data packet, then the rate matching algorithm acts as a puncturing algorithm. The punctured by the puncturing algorithm bit are not transmitted and are not included in the corresponding data packet. The remaining bits are contained in the corresponding data packet.
  • the puncturing rate is between 1/2 and 1/3 or the coding rate is between 1/2 and 2/3, it is achieved in the context of the invention that all parity bits in the first data packet or in the repeat data packet are transmitted exactly once.
  • the puncturing rate of the rate matching algorithm is between Vi and 1/3 for both the first transmission and the retransmission.
  • the first transmission between 1/4 and 1/2 of the parity bits are transmitted.
  • more parity bit could be transmitted, namely between 3/4 and all. According to the invention, however, only the parity bits still missing from the first transmission are transmitted.
  • the coding rate of the turbo coder is between 2/3 and Vi.
  • the invention report particularly considers the case where between 1/2 and 1/3 of the bits are punctured. This corresponds to a coding rate between 2/3 and 1/2.
  • tail bits on the bits generated by turbo code is not considered in detail.
  • one third of the termination bits can be added to the systematic bit, the parity 1 and the parity 2 bits.
  • the coding rate is somewhat lower than indicated by the influence of the termination bits, since, strictly speaking, the termination bits would also have to be considered for the calculation of the coding rate.
  • this fineness is irrelevant to the invention, which is why both types of calculation are encompassed by the invention.
  • the total number of parity 1 and parity 2 bits is relevant, regardless of whether they are "real" parity bits or termination bits.
  • the invention also encompasses data transmissions in which, in addition to the stipulated puncturing rates or code rates, any other puncturing rates or code rates are used, wherein any other rate adaptation methods or initial values for the error variable can be used at the other puncturing rates or code rates.
  • data transfers are within the scope of the invention in which, at a puncturing rate between 1/2 and 1/3, rate matching or bit selection according to the method claims is employed, and at other puncturing rates, rate matching or bit selection according to the prior art
  • a hardware technology and / or software technically appropriately arranged transmitter which includes in particular a mobile station or a base station
  • a hardware technology and / or according to software technically configured receiver which includes in particular a base station or a mobile station.
  • the transmitter comprises a processor device which is set up in such a way
  • a first data packet is sent containing the systematic bits and contains a part of the parity bit
  • the receiver for receiving data in the form of data packets, the data being converted by a turbo-coding into systematic bits and parity bits comprises a processor device which is set up in such a way that
  • the present invention is of course not on mobile radio systems is limited, but can be used in general in any type of communication systems, in which in particular an ARQ method is provided for data transmission.
  • FIG. 1 shows a representation to clarify the signal processing according to a packet-oriented ARQ method
  • FIG. 2 shows a representation to clarify the communication in a mobile radio system.
  • Mobile radio system as for example shown schematically in Figure 2, to be realized.
  • a base station 1 and a mobile station 2 of a mobile radio system, e.g. a UMTS mobile radio system, shown.
  • the present invention is explained below by way of example with reference to a packet-oriented data transmission from the base station 1 to the mobile station 2, ie based on a packet-oriented data transmission via the "downlink" channel, but the present invention applies analogously to a data transmission over the "uplink” channel is. Furthermore, the present invention will be described below with reference to the in the respective transmitter to be performed However, it should be noted that in the respective receiver for the evaluation of the data processed in this way the transmitter side, a corresponding signal processing in reverse order is required, so that not only the transmitter side, but also the receiver side of the present invention and includes is. Although no puncturing is made in the receiver in the sense that bits are selected from a bit stream which are then not transmitted.
  • the receiver preferably implements a corresponding algorithm that takes into account which bits have been punctured, that is, not transmitted, to correctly determine the relationship of the actual transmitted bits to the bits of the original coded bitstream.
  • the punctured bits can not be recovered, but at the receiving end, the identity of the transmitted bits is correctly detected in order to use them correctly for decoding.
  • FIG. 1 shows the signal processing of the data and header information to be transmitted in the data packets according to a hybrid ARQ method.
  • header information generated by a function block 3 is fed to a function block 12, which ensures that all headers of all data packets to be sent in one and the same radio packet are combined into a single header (so-called "header concatenation").
  • a function block 13 adds the resulting headers of all data packets to be sent in one and the same radio packet are combined into a single header (so-called "header concatenation").
  • Header information Add CRC bits for header recognition. Subsequently, a channel coding is performed by a function block 14 and a rate adaptation of the resulting bit stream by a function block 15 carried out.
  • An interleaver 16 causes the symbols or bits supplied to it to be reordered and time-spread in a specific manner.
  • the data blocks output by the interleaver 16 are assigned by a function block 17 to the individual transmission or radio frames (so-called "radio frame segmentation").
  • radio frame segmentation the coding of the header information is only of secondary importance for the invention.
  • a function block 5 is used for splitting the data supplied to a channel coder 6 such that the channel coder 6 can always carry out a coding limited to a certain number of bits.
  • the channel coding performed by the channel coder 6 adds redundant information to the data actually to be transmitted. This has the consequence that several data packets transmitted one after the other have bits with the same information origin.
  • the bits output by the channel coder 6 are applied to a function block 19 which adjusts the bit rate of the bit stream by fading individual bits (so-called puncturing) or by repeating individual bits (so-called repetition). From a subsequent function block 9 so-called DTX bits ("Discontinuous Transmission”) can be added to the data stream.
  • function blocks 10 and 11 are also provided on the data side, which perform the same functions as the function blocks 16 and 17 provided on the header side.
  • bits output on the data and header side are mapped or multiplexed (so-called “multiplexing") by a function block 18 to the respectively present physical transmission channel and by means of a suitable modulation, for example a QAM modulation transmit the receiver.
  • a suitable modulation for example a QAM modulation transmit the receiver.
  • the receiver receives an erroneous receipt or decoding of a data packet
  • Repeat data packet requested which is completely or partially identical to the previously sent and incorrectly received data packet.
  • the retry data packet has less or the same amount of data as the original data packet, it is spoken of a full or partial repetition.
  • the data packet and the respective repetition data packet thus have bits with an at least partially identical information origin.
  • the receiver can thus regain the originally transmitted information with better quality by jointly evaluating the originally transmitted data packet and the requested subsequent repetition data packets.
  • the present invention essentially relates to the functional section 19 shown in FIG.
  • Functional section 19 comprises a function block 20, which, depending on an activation by function block 3, divides the coded bits output by upstream channel coder 6 into at least two parallel partial bitstreams, which are each separately, ie independently of one another, subjected to rate matching.
  • FIG. 1 shows three partial bit streams AC in this regard, wherein for each partial bit stream a functional block 21-23 for carrying out a corresponding rate adaptation, ie for puncturing or repetition of individual bits, is provided. In this way, a plurality of differently coded parallel partial bit streams, which are supplied to a further functional block 24.
  • This further function block 24 has the task of collecting the individual bits of the parallel bit streams in the same order which was used by the function block 20 for the bit separation, ie for the division onto individual parallel partial bit streams (bit collection). This ensures that overall the order of bits left after rate matching does not change.
  • the rate adaptation provided for the individual partial bit streams A-C by the functional blocks 21-23 can take place completely independently of one another.
  • the bits of one or more sub-bit streams can not undergo puncturing or repetition at all.
  • the rate adaptation of the individual parallel partial bit streams A-C is to be selected such that a desired rate matching pattern is applied by the entire functional section 19 to the channel-coded bit stream output by the function block 6 per data packet or repetition data packet.
  • the functional section 19 is designed such that it depends on the control by the function block 3 to the bits of a repetition data packet another
  • Rate matching pattern as applied to the bits of the corresponding originally sent data packet. That is, the functional section 19 is informed by the function block 3, whether from the respective receiver In this case, the function section 19 selects the rate matching pattern implemented by the individual function blocks 21-23 in such a way that the bits of the repeat data packet are combined with one another
  • Rate matching patterns are processed as the bits of the underlying data packet originally sent.
  • the total rate adaptation realized by the functional section 19 can be determined, for example, according to the
  • Rate matching algorithm which in itself is already known from the prior art (see above).
  • the data data is converted by a channel coding, in particular a turbo-coding, into systematic bit and parity bit.
  • the sender sends to the receiver a first data packet containing the systematic bits and part of the parity bits. If there is a corresponding request from the receiver (2), at least one retry data packet is sent to the receiver (2) containing the parity bits not contained in the first data packet.
  • the retry data packet contains no parity bits contained in the first data packet.
  • the repetition data packet contains systematic bits in addition to the parity bits which are not contained in the first data packet.
  • the parity bits contained in a data packet or repetition data packet are selected by a rate matching algorithm from the turbo-coding resulting parity bits.
  • the puncturing rate of the rate matching algorithm is between Vi and 1/3.
  • Rate matching algorithm is chosen such that the repeat data packet does not contain any parity bits contained in the first data packet.
  • the rate matching algorithm contains the following method steps: a) setting the error variable to the initial value b) setting the bit index to the first bit c) subtracting the reduction value of the error variable from the error variable. d) If the error variable is less than or equal to 0, perform steps e) to f) e) puncturing the bit index indicated by the bit index f) adding the increment value to the error variable g) incrementing the bit index h) repeating steps c) through g ) until the bit index the
  • the invention is particularly suitable for the case where the coding rate is in the range between 2/3 and 1/2; this is the case when puncturing between 1/2 and 1/3 of the bits.
  • the coding rate is in the range between 2/3 and 1/2; this is the case when puncturing between 1/2 and 1/3 of the bits.
  • between 1/4 and 1/2 of the parity bits are transmitted during the first transmission and at least 3/4 of the parity bits in the second transmission, so that all parity bits can be transmitted in the first and second transmission.
  • the formulas given above are then preferably not applied directly.
  • the starting value e ini may preferably be selected such that the least possible overlap results between the parity bits which are transmitted on the first and second times.
  • the third transmission again a transmission that prioritizes the systematic bit; this is already provided in the standard.
  • the puncturing patterns for the 1st and 3rd transmission are shifted against each other. It is possible, by suitable choice of the parameter e ini for the 3rd transmission, to have the amount of parity bits transmitted in the 1st and 3rd transmission taken together having a similar distribution (a similar pattern) a single transmission, but twice as many bits are transmitted.
  • the second transmission can now be optimized to transmit exactly those bits that are transmitted neither in the first transmission nor in the third transmission.
  • the above-mentioned formulas can be used in an analogous manner, whereby, of course, it is taken into account that twice as many parity bits are transmitted in the first and third transmission as in the first transmission alone.
  • the formulas for optimally choosing the parity 1 bit and parity 2 bits to be transmitted in the second transmission can then be derived as follows: Determine an equivalent rate adaptation that selects the parity 1 and parity 2 bits transmitted in the first or third transmission , The number of transmitted bits corresponds to the sum, the value of eini should be determined accordingly. Possibly. you should match the value of one for the third transmission so choose (in relation to the value of one for the first transmission) that these two transmissions can be grouped together to give a total transmission pattern, as in a single transmission. The value for the number of parity 1 and parity 2 bits to be transmitted and the value of one for the second transmission can then be determined on the basis of the pattern combined for this, as described above.
  • a transmission consists of 100 systematic bits each, parity 1 bit and parity 3 bits, ie a total of 300 bits.
  • 140 bits are transmitted in a transmission.
  • the 100 systematic bits and 20 each parity 1 and parity 2 bits are transmitted.
  • each 40 parity 1 and parity 2 bits thus missing 60 parity 1 and parity 2 bits each.
  • Exactly these bits are now transmitted in the second transmission.
  • 140-60-60 20 systematic bits are transmitted. This embodiment can be applied if at least 1/6 of the parityl (or parity 2) bits are transmitted in the first transmission.
  • N the number of systematic bits; this is at the same time the number of parityl and also the parity2 bit (a generalization to the case that these numbers are different is easily possible but will be omitted here for the sake of clarity)
  • Ns2, N12 and N22 be the number of systematic, parityl and parity2 bits to be transmitted in the second transmission. Then:
  • N12 N-N11-N13
  • N22 N-N21-N23
  • N + N21 + N23 Nsl + Nl3 + N23 + 2 * (N11 + N21-N)
  • Retransmissions that prefer parity bits to transmit all parity bits in total in three transmissions that prefer parity bits to transmit all parity bits in total in three transmissions.
  • all the parity bits are already transmitted by the two retransmissions, so that it is not decisive for the performance after receipt of the third transmission which of the parity bits were additionally sent in the first transmission.
  • the invention can be applied in a modified form also in this case.
  • the value of one should again be chosen such that there are as few overlaps as possible, and it may again be advantageous to send less parity bits in a transmission than would be possible in order to achieve better intermeshing of the patterns.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Abstract

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, zu übertragende Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische Bit und Paritätsbit umzusetzen. Von einem Sender wird an einen Empfänger ein erstes Datenpaket gesendet, das die systematischen Bit enthält und einen Teil der Paritätsbit enthält. Bei Vorliegen einer entsprechenden Aufforderung des Empfängers wird mindestens ein Wiederholungsdatenpaket an den Empfänger gesendet, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.

Description

Beschreibung
HYBRIDES ARQ VERFAHREN ZUR DATENÜBERTRAGUNG, SENDER UND EMPFÄNGER DAFÜR
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Datenübertragung sowie einen entsprechend ausgestalteten Sender und Empfänger. Die Datenübertragung erfolgt insbesondere gemäß einem ARQ-Verfahren oder einem Hybrid-ARQ- Verfahren, in einem Kommunikationssystem, insbesondere einem Mobilfunksystem.
Insbesondere in Verbindung mit Mobilfunksystemen wird häufig die Verwendung so genannter Paketzugriffsverfahren bzw. paket-orientierter Datenverbindungen vorgeschlagen, da die aufkommenden Nachrichtentypen häufig einen sehr hohen
Burstfaktor besitzen, so dass nur kurze Aktivitätsperioden existieren, die von langen Ruhepausen unterbrochen sind. Paketorientierte Datenverbindungen können in diesem Fall die Effizienz im Vergleich zu anderen Datenübertragungsverfahren, bei denen ein kontinuierlicher Datenstrom vorhanden ist, erheblich steigern, da bei Datenübertragungsverfahren mit einem kontinuierlichen Datenstrom eine einmal zugeteilte Ressource, wie z.B. eine Trägerfrequenz oder ein Zeitschlitz, während der gesamten Kommunikationsbeziehung zugeteilt bleibt, d.h. eine Ressource bleibt auch dann belegt, wenn momentan keine Datenübertragungen anliegen, so dass diese Ressource für andere Netzteilnehmer nicht zur Verfügung steht. Dies führt zu einer nicht optimalen Nutzung des knappen Frequenzspektrums für Mobilfunksysteme.
Zukünftige Mobilfunksysteme, wie beispielsweise gemäß dem UMTS-Mobilfunkstandard ("Universal Mobile Telecommunications System"), werden eine Vielzahl unterschiedlicher Dienste anbieten, wobei neben der reinen Sprachübertragung Multimedia-Anwendungen zunehmend an Bedeutung gewinnen werden. Die damit einhergehende Dienstevielfalt mit unterschiedlichen Übertragungsraten erfordert ein sehr flexibles Zugriffsprotokoll auf der Luftschnittstelle zukünftiger Mobilfunksysteme. Paketorientierte
Datenübertragungsverfahren haben sich hier als sehr geeignet erwiesen .
Im Zusammenhang mit UMTS-Mobilfunksystemen wurde bei paket- orientierten Datenverbindungen ein sogenanntes ARQ-Verfahren ("Automatic Repeat Request") vorgeschlagen. Dabei werden die von einem Sender an einen Empfänger übertragenen Datenpakete empfängerseitig nach ihrer Decodierung hinsichtlich ihrer Qualität überprüft. Ist ein empfangenes Datenpaket fehlerhaft, fordert der Empfänger eine erneute Übertragung dieses Datenpakets von dem Sender an, d.h. es wird ein Wiederholungsdatenpaket von dem Sender an den Empfänger gesendet, welches mit dem zuvor gesendeten und fehlerhaft empfangenen Datenpaket identisch bzw. teilweise identisch ist (je nachdem, ob das Wiederholungsdatenpaket weniger oder gleich viele Daten wie das ursprüngliche Datenpaket enthält, wird von einer vollen oder einer partiellen Wiederholung gesprochen) . Hinsichtlich dieses für den UMTS- Mobilfunkstandard vorgeschlagenen ARQ-Verfahrens, welches auch als Hybrid-ARQ-Typ I-Verfahren bezeichnet wird, ist sowohl die Übertragung von Daten als auch von so genannten Headerinformationen in einem Datenpaket vorgesehen, wobei die Headerinformationen auch Informationen zur Fehlerüberprüfung, wie beispielsweise CRC-Bits ("Cyclic Redundancy Check") aufweisen und auch zur Fehlerkorrektur codiert sein können (so genannte "Forward Error Correction", FEC).
In UMTS- Systemen werden insbesondere zur Realisierung des HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) und zur Realisierung des so genannten EDCH (Enhanced Uplink) HARQ- Verfahren eingesetzt. Zur Codierung der zu übertragenden Daten werden insbesondere Turbo-Codes verwendet, wobei die zu übertragenden Daten bzw. Bit in systematische Bit und Paritätsbit umgesetzt werden.
Wird dabei die Übertragung eines ersten Datenpaketes empfangsseitig nicht korrekt dekodiert (feststellbar anhand der Checksumme) , so wird eine Wiederholungsübertragung angefordert. Nach Empfang des entsprechenden
Wiederholungsdatenpaketes wird dann eine erneute Dekodierung unter der Verwendung beider Datenpakete durchgeführt.
Falls über die Luftschnittstelle weniger Bit übertragen werden können, als bei der Kodierung erzeugt werden, muss eine geeignete Teilmenge für die Erstübertragung (erstes
Datenpaket) und auch für die Wiederholung (en)
(Wiederholungsdatenpaket (e) ) ausgewählt werden. Diese Auswahl wird durch einen so genannten Ratenanpassungsalgorithmus, insbesondere einen Punktierungsalgorithmus, realisiert, wobei aus der Gesamtmenge der Bit geeignete Bit entfernt
(punktiert) werden, welche dann nicht übertragen werden.
Es wurde bereits für den UMTS Release 99 ein Punktierungsalgorithmus spezifiziert. Dieser Algorithmus entfernt aus einem Block von Bit eine vorgegebene Anzahl von Bit und wählt diese Bit möglichst gleichmäßig, d.h. mit möglichst gleichmäßigem Abstand aus. Beim Einsatz von Turbo- Codes wurde ferner festgelegt, dass die sog. Systematischen Bit nicht punktiert werden und erste Paritätsbit (parity 1
(bit) ) und zweite Paitätsbit (parity 2 (bit) ) jeweils separat punktiert werden, dabei werden beide Paritätsbit-Ströme vorzugsweise gleich stark punktiert.
Ein wichtiges Problem, das durch den eingesetzten
Ratenanpassungsalgorithmus zu lösen ist, besteht darin, eine geeignete Auswahl von Bit für die Punktierung für die Erstübertragung und für die Wiederholungsübertragung (en) zu treffen
Das Problem stellt sich insbesondere dann, wenn eine relativ hohe Anzahl von Bit punktiert werden muss, insbesondere wenn mindestens 1/3 der Bit punktiert werden muss. Dies zeigte sich bereits bei der Einführung von HSDPA. Dabei wurde Folgendes festgelegt:
- Es gibt Übertragungen, die systematische Bit bevorzugen. Dabei werden die Systematischen Bits nicht punktiert, die ersten und zweiten Paritätsbit werden beide gleich stark punktiert. Eine solche Übertragung wird bevorzugt für die Erstübertragung verwendet.
- Es gibt Übertragungen, die Paritätsbit bevorzugen. Dabei werden die Paritätsbit nicht punktiert, statt dessen die systematischen Bit. Eine solche Übertragung wird bevorzugt für eine Wiederholungsübertragung verwendet. Dadurch soll erreicht werden, dass bei der Wiederholungsübertragung die Paritätsbit, welche ja bei der Erstübertragung teils punktiert wurden, nun möglichst vollständig übertragen werden. Stehen für die Wiederholungsübertragung, also im Wiederholungsdatenpaket, nicht so viele Bitstellen zur Verfügung, dass alle Paritätsbit übertragen werden können, so werden im Widerholungsdatenpaket überhaupt keine systematischen Bit übertragen und die ersten und zweiten Paritätsbit werden beide gleich stark punktiert.
Die einzelnen zu übertragenden Bit bzw. die zu punktierenden Bit werden dabei durch einen definierten Ratenanpassungsalgorithmus (Ratematchingalgorithmus) ausgewählt .
Hier ein Zitat des Ratematchingalgorithmus aus 3GPP TS 25.212 V6.3.0 (2004-12), Kapitel 4.2.7.5 Rate matching pattern determination (Nur der für Punktierung relevante Anteil ist gezeigt) . Bezeichne die Bit vor der Ratenanpassung mit: JC115JC125JC13,...,;*:^ , wobei I die TrCH (Verkehrskanal) Nummer ist und die Folge in 4.2.7.3 für den Uplink und in 4.2.7.4 für den downlink definiert ist. Die Parameter X1, eini, eplus, und eminus sind in 4.2.7.1 für den Uplink und in 4.2.7.2 für den downlink angegeben.
Das Ratenanpassungsverfahren erfolgt gemäß folgender Vorschrift :
[wenn Punktierung durchzuführen ist] e = eini m = 1 do while m <= X1 s e ~ sminus i f e <= 0 then set bit X1^ t o δ vrhere δ0 { O , 1 } ^- e ~r epius end if m = m + 1 end do
[...] Ende des Zitats
Die Parameter epius, eminus und X1 werden für die ersten und zweiten Paritätsbit etwas unterschiedlich gesetzt, um auch hier unterschiedliche Punktierungsmuster zu erreichen. Auch für unterschiedliche Übertragungen kann das Punktierungsmuster variiert werden, indem der Parameter eini variiert wird, um zu vermeiden, dass identische Übertragungen durchgeführt werden. Eine Variation von eini verschiebt dabei das Punktierungsmuster; dies wird durch den Parameter r gesteuert . Die Definition dieser Parameter für den Fall des EDCH (E-DCH) ist in der Spezifikation in den im Folgenden zitierten Kapiteln aus 3GPP TS 25.212 V6.3.0 (2004-12), enthalten:
"4.9.2.2 Information field mapping of retransmission sequence number"
"4.8.4.3 HARQ Rate Matching Stage"
"4.5.4.3 HARQ Second Rate Matching Stage"
Im Folgenden wird diese Ratenanpassung noch einmal kurz erläutert, wobei sich die Darstellung auf einen Bereich beschränkt, in dem 1/3 bis 1/2 der Bits punktiert werden. In diesem Bereich findet nämlich auch die Erfindung eine besonders vorteilhafte Anwendung. Da die Turbokodierung eine Kodierung der Rate 1/3 darstellt, entspricht das einer effektiven Kodierrate nach der Punktierung von 1/2 bis 2/3:
In 4.9.2.2 wird festgelegt, dass für die Erstübertragung der E-DCH RV (Redundanzversion) Index "0" verwendet wird, und für die erste Wiederholungsübertragung der E-DCH RV Index "3" verwendet wird.
In 4.8.4.3 wird festgelegt, dass beim E-DCH RV Index "0" der Erstübertragung die Parameter s=l und r=0 verwendet werden. s=l bedeutet, dass die systematischen bits bevorzugt werden. Des weiteren wird festgelegt, dass beim E-DCH RV Index "3" der Wiederholungsübertragung die Parameter s=0 und r=l verwendet werden. s=0 bedeutet, dass die parity bits bevorzugt werden.
Im Kapitel 4.5.4.3 wird festgelegt, wie dann daraus die Parameter eplusr eminUs und X1 für die systematischen Bit, die parity 1 Bit (erste Paritätsbit) und die parity 2 bit (zweite Paritätsbit ) für den Ratematchingalgorithmus berechnet werden. Der Ratematchingalgorithmus selbst ist dann in Kapitel 4.2.7.5 beschrieben (siehe oben).
Dieser Algorithmus ist in pseudo-code dargestellt. Ein bit wird dabei punktiert, indem ihm der Wert delta zugewiesen wird, da in einem folgenden Schritt alle Bit mit dem Wert delta entfernt werden. Ins Deutsche übersetzt und etwas verständlicher dargestellt, kann man den Algorithmus auch folgendermaßen darstellen:
e = eini — Initialisierung des Startwertes m = 1 — m ist Zähler f. die Bit do while m <= X1 e = e - eminUs — Erniedrigung der Fehlervariablen if e <= 0 then — Überprüfung Punktierung/Verwendung des bit m punktiere bit X1^ e = e + epius — Erhöhung der Fehlervariablen eise verwende bit X1^ end if m = m + 1 — nächstes Bit end do
Aufwändige der Erfindung zu Grunde liegende Analysen ergaben Folgendes: Das vorgestellte Verfahren gemäß dem Stand der Technik funktioniert zufrieden stellend, wenn die Kodierungsrate maximal 1/2 ist, d.h. wenn höchstens ein Drittel der Kodierten Bits punktiert wird. In diesem Fall können bei der Wiederholungsübertragung alle parity bit übertragen werden, wodurch natürlich sichergestellt ist, dass bei der nachfolgenden Dekodierung alle Bit zur Verfügung stehen: Die systematischen bit stehen vollständig aus der Erstübertragung zur Verfügung, die parity bit vollständig aus der Wiederholungsübertragung, aus der jeweils anderen Übertragung stehen teilweise Bit auch zusätzlich, redundant zur Verfügung. Dadurch, dass alle kodierten Bit zur Verfügung stehen, wird die volle Kodierungsrate des Turbo-codes erreicht, dadurch lässt sich auch eine optimale Leistungsfähigkeit des Codes erreichen.
Wenn die Kodierungsrate aber im Bereich zwischen 2/3 und 1/2 liegt, das ist der Fall, wenn zwischen 1/2 und 1/3 der Bit punktiert werden, dann ist das Vorgehen nach dem Stand der Technik aus folgenden Gründen nachteilig oder nicht optimal: In diesem Fall werden bei der Erstübertragung zwischen 1/4 und 1/2 der parity Bits übertragen. Bei der
Wiederholungsübertragung können mehr parity bit übertragen werden, in diesem Fall zwischen 3/4 und allen. In jedem Fall werden in Erstübertragung und Wiederholungsübertragung zusammen eine größere Anzahl von Parity-bits übertragen, als nach der Kodierung vorliegen. Es wäre somit theoretisch möglich, auch alle parity bits mindestens einmal zu übertragen. Allerdings wird das durch den vorgegebenen Algorithmus nach dem Stand der Technik nicht erreicht.
Der Grund für das Nicht-Übertragen einzelner Parity bit liegt in der gleichmäßigen Auswahl der Parity bits gemäß dem Ratenanpassungsalgorithmus nach dem Stand der Technik. Dies wird anhand des folgenden Beispiels kurz erläutert: Es wird angenommen, dass nach der Kodierung 20 systematische und je 20 Parity 1 und Parity 2 bit vorliegen; bei der Erstübertragung werden neben den 20 systematischen Bit noch 7 parityl Bit und 7 Parity 2 Bit übertragen. Insgesamt werden also 20+2*7=34 Bit übertragen. Der Ratematching Algorithmus wählt diese Bit möglichst gleichmäßig aus. Diese Auswahl ist in der folgenden Tabelle zu sehen. In der Tabelle bezeichnet die erste Spalte den Wert der Schleifenvariablen m des Ratematchingalgorithmus . In der zweiten Spalte ist der Wert der Fehlervariablen e zum Zeitpunkt der if- Abfrage angetragen (Der Wert 20 in der mit ini bezeichneten Zeile entspricht dem Initialwert von e, also eini) . In der dritten Spalte sind die Bit angetragen, die vom Ratematchingalgorithmus ausgewählt werden. In diesem Fall wählt der Algorithmus die Abstände zwischen den Parity Bit zu 3, 3, 2, 3,3,3 (die letzte 3 entspricht dem Abstand mit wrap around von m=19 bis m=2) .
In Spalten 4 (e) und 5 (Bit) sind die Werte von e und die ausgewählten Bit für die 2-te Übertragung (Spaltenüberschrift "2.") in derselben Weise, wie für die Erstübertragung angetragen. Bei der 2.ten Übertragung (der Wiederholungsübertragung) werden je 17 parityl und parity2 Bit übertragen, insgesamt sind es wieder 2*17=34 Bit; dieselbe Anzahl wie in der Erstübertragung. Dies ist wichtig, da dann die gleichen Formate für die Übertragung genutzt werden können. Der Ratematchingalgorithmus wählt die nicht übertragenen Bit ebenfalls gleichmäßig aus, nämlich im
Abstand 7, 6, 7 (letzter Abstand wieder wrap around von m=20 zu m=7) .
In Spalte 6 (1+2) sind die Bit angetragen, die entweder in der ersten oder zweiten Übertragung (erstes Datenpaket oder Wiederholungsdatenpaket) übertragen wurden. Wie man sieht, ist diese Spalte in diesem Fall identisch mit der 5. Spalte, d.h. durch die Erstübertragung konnten keine „Löcher" in der zweiten Übertragung gestopft werden. Dies ist der ungünstigste Fall. Man könnte versuchen, durch andere Wahl des Startwertes für eini eine Verschiebung des Patterns (Punktierungsmusters) für die zweite (oder auch die erste) Übertragung zu erreichen. Damit könnte man erreichen, dass zumindest einzelne der bei der ersten Übertragung übertragenen Bit auf Lücken der zweiten Übertragung treffen. Man kann auf diese Weise aber nicht erreichen, dass alle Lücken der zweiten Übertragung auf übertragene Bit in der ersten Übertragung treffen: Der Abstand zwischen Lücken in der zweiten Übertragung ist 7 oder 6, derjenige zwischen übertragenen Bits der Erstübertragung aber 3, 3, 2, 3,3,3. Ein Abstand von 6 ist durch die Kombination von zwei Abständen der Länge 3 erreichbar, ein Abstand von 7 aber nicht (Erreichbar sind 3+3 = 6, 2+3+3 =8) . Auch bei beliebiger Verschiebung der Punktierungsmuster kann also nicht erreicht werden, dass beide nicht übertragenen Bit der zweiten Übertragung bei der Erstübertragung übertragen werden. Es gibt also nach dem Stand der Technik in jedem Fall nach der zweiten Übertragung mindestens ein Bit, welches in keiner Übertragung übertragen wurde.
Figure imgf000012_0001
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine technische Lehre anzugeben, welche eine zuverlässige und vorzugsweise einfache Übertragung von Daten ermöglicht. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine technische Lehre anzugeben, welche eine einfache und zuverlässige Übertragung von Daten gemäß einem ARQ-Verfahren ermöglicht, das eine Turbo-Codierung mit einer Rate zwischen 1/2 und 2/3 (unter Berücksichtigung der Ratenanpassung) umfasst und/oder ein Ratenanpassungsverfahren mit einer Punktierungsrate zwischen 1/2 und 1/3 umfasst.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Im Rahmen der Erfindung liegen dabei auch Weiterbildungen der unabhängigen Vorrichtungsansprüche, die den abhängigen Ansprüchen des Verfahrensanspruchs entsprechen.
Die Erfindung basiert zunächst auf der Erkenntnis, dass es nach dem Stand der Technik, insbesondere auch bei einer Punktierungsrate zwischen 1/2 und 1/3, nicht immer möglich ist, alle Paritätsbit mindestens einmal zu übertragen.
Ein weiter Schritt zur Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass, insbesondere im genannten Bereich der Punktierungsrate, eine Übertragung aller Paritätsbit doch möglich ist.
Aufwändige Untersuchungen ergaben dann, dass, insbesondere im genannten Bereich der Punktierungsrate, eine Übertragung aller Paritätsbit dann möglich ist, wenn ein erstes Datenpaket die systematischen Bit enthält und einen Teil der Paritätsbit enthält, und ein Wiederholungsdatenpaket die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
Weiter zeigten die aufwändigen der Erfindung zu Grunde liegenden Simulationen, dass, insbesondere bei Verwendung eines Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der in einem
Datenpaket enthaltenen Bit, insbesondere im genannten Bereich der Punktierungsrate, eine Übertragung aller Paritätsbit dann möglich ist, wenn das Wiederholungsdatenpaket keine Paritätsbits enthält, die im ersten Datenpaket enthalten sind. Das bedeutet also, dass im Wiederholungsdatenpaket auch dann keine Paritätsbit wiederholt übertragen werden, wenn im Wiederholungsdatenpaket Platz dafür zur Verfügung stünde. Denn durch diese überraschende Anweisung kann erreicht werden, dass, insbesondere bei Verwendung eines Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der in einem Datenpaket enthaltenen Bit, zur Übertragung im Wiederholungsdatenpaket nur solche Paritätsbit ausgewählt werden, die nicht schon zur Übertragung im ersten Datenpaket ausgewählt wurden.
Die Erfindung beruht also schließlich auf dem Gedanken, insbesondere eine bestimmte Menge zu übertragender Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische Bit und Paritätsbit umzusetzen. Von einem Sender wird an einen Empfänger ein erstes Datenpaket gesendet, das die systematischen Bit enthält und einen Teil der Paritätsbit enthält. Bei Vorliegen einer entsprechenden Aufforderung des Empfängers wird mindestens ein Wiederholungsdatenpaket an den Empfänger gesendet, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
Es liegt dabei auch im Rahmen der Erfindung, dass die
Paritätsbit nur aus einer bestimmten Gruppe von Paritätsbit besteht, neben der weitere Paritätsbit das Resultat der Turbocodierung sein können, die dann ebenfalls zusammen mit der bestimmten Gruppe von Paritätsbit oder separat von der bestimmten Gruppe von Paritätsbit einer Bitratenanpassung unterzogen werden.
Vorzugsweise enthält das Wiederholungsdatenpaket neben den Paritätsbits, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind, systematische Bit. Dadurch können systematische Bit wiederholt übertragen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Übertragung erhöht wird.
Wenn alle Paritätsbit im ersten Datenpaket oder im
Wiederholungsdatenpaket genau einmal übertragen werden, so ergibt sich daraus eine besonders zuverlässige Übertragung der Daten.
Insbesondere bei der Anwendung des folgenden
Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der in einem ersten Datenpaket und/oder Wiederholungsdatenpaket enthaltenen Bit wird im Rahmen der Erfindung erreicht, dass alle Paritätsbit im ersten Datenpaket oder im Wiederholungsdatenpaket genau einmal übertragen werden. Der (Bit-
) Ratenanpassungsalgorithmus enthält folgende Verfahrensschritte :
a) Setzen der Fehlervariablen auf den Initialwert b) Setzen des Bitindex auf das erste Bit c) Subtraktion des Erniedrigungswertes der Fehlervariablen von der Fehlervariablen. d) Falls die Fehlervariable kleiner oder gleich 0 ist durchführen der Schritte e) bis f) e) Punktieren des durch den Bitindex angezeigten Bit f) Addition des Erhöhungs-Wert zur Fehlervariablen g) Erhöhen des Bitindex h) wiederholen der Schritte c) bis g) , bis der Bitindex die Anzahl der zu verarbeitenden Bit überschreitet.
Diese Verfahrensschritte führen zum gleichen Ergebnis, wie die Ausführung folgender Verfahrensschritte bzw. des folgenden Ratenanpassungsalgorithmus, dessen Einsatz alternativ zum soeben angegebenen Ratenanpassungsalgorithmus daher ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt. e = eini — initial error between current and desired puncturing ratio m = 1 — index of current bit do while m <= X1 e = e - eminUs — update error if e <= 0 then — check if bit number m should be punctured set bit X1^ to δ vrhere δ0{O, 1} e = e + epius— update error end if m = m + 1 — next bit end do
Hierbei bezeichnen: eini den Initialwert der Fehlervariablen e den aktuellen Wert der Fehlervariablen eminUs den Erniedrigungs-Wert der Fehlervariablen epius den Erhöhungs-Wert der Fehlervariablen X1 die Anzahl der zu verarbeitenden Bit m den Schleifenindex
X1,m das Bit Nummer m δ die Bezeichnung für ein punktiertes d.h. entferntes Bit
Vorzugsweise wird also im Rahmen der Erfindung der gleiche Ratenanpassungsalgorithmus eingesetzt, der in einem UMTS- System für andere Zwecke ohnehin schon eingesetzt wird. Dadurch kann der Ratenanpassungsalgorithmus mit weniger Aufwand implementiert werden.
Vorzugsweise wird der Initialwert eιm(r)für die Fehlervariable des Ratenanpassungsalgorithmus derart gewählt, dass das Wiederholungsdatenpaket keine Paritätsbits enthält, die im ersten Datenpaket enthalten sind, und vorzugsweise alle Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
Vorzugsweise gilt für den Einsatz des
Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der im ersten Dantepaket bzw. Wiederholungsdatenpaket enthaltenen oder zu übertragenden Paritätsbit: eιm (r) = {xι -
Figure imgf000017_0001
+ l) - eplus / rma7 ~] )modeplus }+ l , wobei gilt :
eιmir) = der Initialwert für die Fehlervariable; r= 0, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem ersten Datenpaket angewendet wird; r= 1, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit einem Wiederholungsdatenpaket angewendet wird.
Vorzugsweise gilt für den Einsatz des
Ratenanpas sungsalgorithmus zur Auswahl der Parität sbit im ersten Datenpaket : em (r) = i∑, - [r - eplm I rmax J- 1) mod eplm }+ 1 ; vorzugsweise gilt für den Einsatz des
Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der Paritätsbit im Wiederholungsdatenpaket :
Figure imgf000017_0002
; dabei gilt : emι(r) = der Initialwert für die Fehlervariable; r= 0, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem ersten Datenpaket angewendet wird; r= 1, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem Wiederholungsdatenpaket angewendet wird; rmax = 2. Folgende aufwändige Untersuchungen zeigten, dass insbesondere bei der angegebenen Wahl des Initialwertes für die Fehlervariable emι für die Ratenanpassung im Falle des ersten
Datenpaketes und/oder des Wiederholungsdatenpaketes alle Paritätsbit insgesamt einmal übertragen werden:
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre anzugeben, die für viele Fälle sicherstellt, dass alle parity bit (Paritätsbit) übertragen werden, d.h. jedes Bit wird mindestens einmal in der Erstübertragung (im ersten Datenpaket) oder der Zweitübertragung (im Wiederholungsdatenpaket) übertragen. Dieses Ziel wird erreicht, indem weniger als die maximal mögliche Anzahl von parity Bit in der zweiten Übertragung (im Wiederholungsdatenpaket) übertragen werden (siehe oben) . Dabei werden die Anzahl der in der zweiten Übertragung übertragenen Bit und die Verschiebung des Punktierungsmusters so geschickt gewählt, dass jedes Parity Bit genau einmal, entweder in der Erstübertragung oder der zweiten Übertragung, übertragen wird.
Zur Herleitung des optimalen Vorgehens wird der bekannte Ratematchingalgorithmus - in etwas anderer Form - noch einmal betrachtet :
Algorithmus für Analyse der Erstübertragung, genannt Al:
ei = einii - eminUsi — Initialisierung des Startwertes m = 1 — m ist Zähler f. die Bit do while m <= X1 if ei <= 0 then — Überprüfung Punktierung/Verwendung des bit m punktiere bit X1^ ei = ei + epiusi ~ eminUsi — Erhöhung u. Erniedrigung der Fehlervariablen ei se verwende bit X1,m ei = ei - eminUsi — Erniedrigung der Fehlervariablen end if m = m + 1 — nächstes Bit end do
Es wird zur Notation noch ein weiterer Index eingeführt, welcher zwischen Erst- und Zweit-Übertragung unterscheidet, also zwischen Al und A2. Die Variablen werden jeweils bezeichnet mit:
Figure imgf000019_0001
st att eini mit einii und eini2 st att eminUs mit eminUsi und eminUs2 st att epius mit epiusi und epiUS2
Hierbei wird die Dekrementierung von e nicht am Anfang der Schleife gemacht, sondern für den ersten Schleifendurchlauf in der Initialisierung und für die weiteren Schleifendurchläufe im if- oder eise Zweig des vorherigen Schleifendurchlaufs . Diese Umformulierung des
Ratematchingalgorithmus verwenden wir für die Analyse der Erstübertragung. (Es sei hier noch erwähnt, dass für eine Implementierung natürlich eine beliebige Variante der Implementierung des Algorithmus verwendet werden kann, wir betrachten hier spezielle Varianten um einfacher die optimalen Parameter für beide Übertragungen anwenden zu können . )
Für die Analyse der zweiten Übertragung formulieren wir den Algorithmus nochmals etwas um, indem wir den if- und eise
Zweig vertauschen, dadurch erreicht dass die Bedingung e<=0 umgekehrt wird zu e>=l . Dies sind zueinander inverse Bedingungen, d.h. die zweite ist genau dann erfüllt, wenn die erste nicht erfüllt ist und umgekehrt.
Algorithmus für Analyse der zweiten Übertragung, genannt A2 : θ2 = eini2 - θminUs2 — Initialisierung des Startwertes m = 1 — m ist Zähler f. die Bit do while m <= X1 if e2 >= 1 then — Überprüfung Punktierung/Verwendung des bit m verwende bit X1^ e2 = e2 - eminUs2 — Erniedrigung der Fehlervariablen eise punktiere bit X1^ e2 = e2 + epius2 - eminus2 — Erhöhung u. Erniedrigung der Fehlervariablen end if m = m + 1 — nächstes Bit end do
Ziel ist es, zu erreichen, dass bei jedem Bit, also für alle m, dann bei A2 das Bit verwendet bzw. übertragen wird, wenn bei Al punktiert wird, und umgekehrt.
Beide Algorithmen Al und A2 sollen also für ein gegebenes m beide in den if-Zweig oder beide in den else-Zweig laufen. Dies lässt sich realisieren, wenn für jede Iteration, d. h. für jedes m gilt:
Figure imgf000020_0001
Denn dann ist die Bedingung aus A2, nämlich e2 >= 1 gleichbedeutend mit 1 - ei >= 1, denn daraus folgt:
- ei >= 0 und ei <= 0 also gleichbedeutend mit der Bedingung in Al.
Die Gleichheit e2 = 1 - ei ist dann gegeben, wenn dies erstens für den Initialwert beim Eintritt in die Schleife gilt, und zweitens die Update-Operationen in den beiden Schleifen im If- und Else-Zweig entsprechend sind. "erstens " bedeutet : e2 = 1 - ei beim Schleifeneintritt, Nach Einsetzen der
Abhängigkeit von einii und eini2 erhält man: 6 im2 ~~ Sml nus2 -L ~ S l ni l ~~ eml nus l
"zweitens" bedeutet, dass die Veränderungen von e sowohl im if-Zweig also auch im else-Zweig gleich sein müssen:
und
^rriinus l ' ^plus2 ^minus2
Durch Einsetzen der Definitionen von eminUs und epius aus dem Zitat der Spezifikation kann man verifizieren, dass das dann der Fall ist, wenn in der Zweiten Übertragung die Differenz aus der Anzahl der vorhandenen parity bits minus der in der ersten Übertragung gesendeten parity bits ist. Diese Gleichung soll sowohl für die parity 1 bits und parity 2 bits gelten. Damit ist der Kern der Erfindung, nämlich in der zweiten Übertragung exakt so viele parity bits zu senden, wie bei der ersten Übertragung gefehlt haben auch über den Ratematchingalgorithmus hergeleitet .
Damit beide Punktierungsmuster ineinander greifen, soll auch die erste Bedingung erfüllt sein, nämlich
6ini2 ~~ Smlnus2 -L ~ elnil ~~ emlnusl
Hierfür gibt es viele Lösungen, für jedes vorgegebene einii kann man ein dazu passendes eini2 bestimmen. Es ist aus praktischen Gründen vorteilhaft, die Definition von einii beizubehalten, da mit dieser Definition bereits gute Ergebnisse in vielen Simulationen erzielt worden sind (selbstverständlich sind aber auch die übrigen Lösungen von der Erfindung umfasst) . Dann kann man ausrechnen, dass für eini2 gilt:
Figure imgf000021_0001
)mod^J+l Dabei wurde schon berücksichtigt, dass der Parameter r für die erste Übertragung auf r=0 gesetzt wird, für die zweite Übertragung aber auf r=l, und dass für die erste Übertragung festgelegt wurde emι (r) = {{X, ~ \ r ■ eplm I rmax J- 1) mod eplm }+ 1
Mit dieser Wahl der Anzahl der Parity bits und dieser Wahl von eini für die zweite Übertragung kann man erreichen, dass die Muster optimal ineinander greifen.
Dies ist in der obigen Tabelle in den Spalten 7 und 8 (beide überschrieben mit 2 opt . ) gezeigt. Wieder ist der Wert von e in Abhängigkeit von m angetragen und die ausgewählten Bit sind dargestellt. In der letzen Spalte (1+2 opt) sind die Bit aufgeführt, welche nun entweder in der ersten oder zweiten Übertragung gesendet werden. Wie man sieht wird nun tatsächlich jedes Bit übertragen. Bei der zweiten Übertragung werden exakt diejenigen Bit übertragen, welche in der ersten Übertragung nicht übertragen wurden. Dadurch wird eine deutliche Verbesserung der Übertragungseigenschaften erreicht .
Durch die Erfindung lässt sich also überraschenderweise mit der Anwendung eines für andere Zwecke bereits verwendeten Algorithmus eine deutliche Verbesserung der
Übertragungseigenschaften erreichen, wenn lediglich bei der Wiederholungsübertragung die Parameter zur Berechnung der Anzahl der Parity 1 und parity 2 bit und die Berechnung von eini angepasst wird. Die Formeln hierfür sind nicht komplexer als die Formeln gemäß dem Stand der Technik.
Es werden vorzugsweise bei der zweiten Übertragung weniger Parity Bits übertragen, als nach dem Stand der Technik vorgesehen. Die übrigen Bit werden dann vorzugsweise mit
Systematischen Bit aufgefüllt. Dies hat noch einen weiteren Vorteil: Sollte ein Empfänger die Erstübertragung aus irgendwelchen Gründen komplett nicht empfangen z.B. weil eine zugehörige Signalisierungsinformation nicht korrekt empfangen werden konnte, so wird er nur die zweite Übertragung empfangen. Da diese zweite Übertragung nun mehr systematische Bit enthält als nach dem Stand der Technik vorgesehen, lässt sie sich leichter dekodieren, was wiederum die
Systemeigenschaften verbessert. Des weiteren liegen auch bei der Detektion der Erst- und Zweit-Übertragung bessere Informationen über die systematischen Bit vor, da von diesen nun einige doppelt (in der ersten und zweiten Übertragung) übertragen werden. Auch dies verbessert, wie bei der
Untersuchung von HSDPA gezeigt wurde, die Performanz, also die Dekodierwahrscheinlichkeit. Bei HSDPA wurde eine Verbesserung der Qualität durch sog. SMP (Signal Mapping Priority) erzeugt, dabei wurden systematische Bit im Vergleich und im Unterschied zu parity Bit auf
Modulationssymbole abgebildet, welche eine bessere Dekodierungseigenschaft hatten, dadurch wurde eine bessere Empfangsqualität der Systematischen Bits und dadurch bessere Dekodiereigenschaft erreicht. Dieses Verfahren ist aber nur bei höheren Modulationen (z.B. 16 QAM) anwendbar, und daher bei E-DCH so nicht anwendbar. Durch die optimierte Punktierung bei der Wiederholungsübertragung lässt sich aber ein ähnlicher Effekt erzielen, so dass eine ähnliche Verbesserung der Systemleistung erreicht werden kann.
Diese Erläuterungen der aufwändigen - der Erfindung zu Grunde liegenden - Untersuchungen und Überlegungen sollen lediglich den Hintergrund der komplexen Erfindung und ihrer Ausgestaltungen beleuchten, die Erfindung aber keinesfalls auf bestimmte bevorzugte Ausgestaltungen einschränken.
Vorzugsweise werden die Punktierungsmuster für den Fall des ersten Datenpaketes und den Fall des
Wiederholungsdatenpaketes zueinander verschachtelt.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenübertragung im Rahmen eines Hybrid-ARQ Verfahrens zur Realisierung des HSDPA oder des EDCH (E-DCH) eingesetzt. Wie bereits mehrfach erläutert, werden die in einem Datenpaket oder Wiederholungsdatenpaket enthaltenen Paritätsbit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch einen Ratenanpassungsalgorithmus aus den aus der Turbocodierung resultierenden Paritätsbit ausgewählt. Werden durch den Ratenanpassungsalgorithmus bestimmte Bit aus einer Menge von Bit ausgewählt, weil nicht alle Bit aus der Menge von Bit übertragen werden oder in einem Datenpaket enthalten sind, so wirkt der Ratenanpassungsalgorithmus als Punktierungsalgorithmus. Die durch den Punktierungsalgorithmus punktierten Bit werden nicht übertragen und sind in dem entsprechenden Datenpaket nicht enthalten. Die übrigen Bit sind in dem entsprechenden Datenpaket enthalten.
Insbesondere wenn die Punktierungsrate zwischen 1/2 und 1/3 liegt oder die Kodierrate zwischen 1/2 und 2/3 liegt, wird im Rahmen der Erfindung erreicht, dass alle Paritätsbit im ersten Datenpaket oder im Wiederholungsdatenpaket genau einmal übertragen werden.
Vorzugsweise liegt die Punktierungsrate des Ratenanpassungsalgorithmus zwischen Vi und 1/3, sowohl für die Erstübertragung als auch die Wiederholungsübertragung. Bei der Erstübertragung werden dabei zwischen 1/4 und 1/2 der parity Bits übertragen. Bei der Wiederholungsübertragung könnten damit mehr parity bit übertragen werden, nämlich zwischen 3/4 und allen. Erfindungsgemäß werden aber nur die von der Erstübertragung noch fehlenden parity Bit übertragen.
Vorzugsweise liegt die Kodierungsrate des Turbocoders unter Berücksichtigung der Ratenanpassung zwischen 2/3 und Vi liegt. Die Erfindungsmeldung betrachtet insbesondere den Fall, dass zwischen 1/2 und 1/3 der Bit punktiert werden. Dies entspricht einer Kodierungsrate zwischen 2/3 und 1/2. In Rahmen dieser Erfindung wird der Einfluss der sog. Terminierung (Tail Bits) auf die von Turbo-Code generierten Bits nicht näher betrachtet. Wie in UMTS kann man z.B. ein Drittel der Terminierungsbits den Systematischen Bit, den Parity 1 und den Parity 2 Bits zuschlagen. Streng genommen ist die Kodierungsrate durch den Einfluss der Terminierungsbits etwas geringer als angegeben, da man für die Berechnung der Kodierungsrate streng genommen auch die Terminierungsbits berücksichtigen müsste. Diese Feinheit ist aber für die Erfindung ohne Belang, weshalb beide Berechnungsarten durch die Erfindung umfasst sind. Für die Erfindung ist die Gesamtzahl der Parity 1 und Parity 2 Bits relevant, unabhängig davon ob es sich um „echte" Parity bit handelt oder Terminierungsbit .
Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch Datenübertragungen, bei denen neben den genannten Punktierungsraten oder Koderaten beliebige andere Punktierungsraten oder Koderaten zum Einsatz kommen, wobei bei den anderen Punktierungsraten oder Koderaten auch beliebige andere Ratenanpassungsverfahren oder Initialwerte für die Fehlervariable eingesetzt werden können. Insbesondere liegen Datenübertragungen im Rahmen der Erfindung, bei denen bei einer Punktierungsrate zwischen 1/2 und 1/3 eine Ratenanpassung oder Bitauswahl gemäß den Verfahrensansprüchen angewendet wird, und bei denen bei anderen Punktierungsraten eine Ratenanpassung oder Bitauswahl gemäß dem Stand der
Technik, insbesondere gemäß dem Ratenanpassungsalgorithmus gemäß dem derzeit aktuellen UMTS-Standard (siehe oben) verwendet wird.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch entsprechend eingerichteter Sender, der insbesondere eine Mobilstation oder eine Basisstation umfasst, und ein hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch entsprechend eingerichteter Empfänger, der insbesondere eine Basisstation oder eine Mobilstation umfasst .
Der Sender umfasst eine Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist,
- dass Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische Bit und Paritätsbit umgesetzt werden,
- dass von dem Sender an einen Empfänger ein erstes Datenpaket gesendet wird, das die systematischen Bit enthält und einen Teil der Paritätsbit enthält, und
- dass bei Vorliegen einer entsprechenden Aufforderung des Empfängers mindestens ein Wiederholungsdatenpaket an den Empfänger gesendet wird, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
Der Empfänger zum Empfang von Daten in Form von Datenpaketen, wobei die Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische Bit und Paritätsbit umgesetzt sind, umfasst eine Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist,
- dass ein erstes Datenpaket, das die systematischen Bit und einen Teil der Paritätsbit enthält, empfangen wird,
- dass ein Widerholungsdatenpaket vom Sender angefordert wird, wenn das erste Datenpaket empfangsseitig nicht korrekt decodiert wird, und
- dass ein gesendetes Wiederholungsdatenpaket empfangen wird, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele einer paketorientierten Datenübertragung in einem Mobilfunksystem erläutert, wobei die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht auf Mobilfunksysteme beschränkt ist, sondern allgemein in jeder Art von Kommunikationssystemen eingesetzt werden kann, in denen insbesondere ein ARQ-Verfahren zur Datenübertragung vorgesehen ist.
Figur 1 zeigt eine Darstellung zur Verdeutlichung der Signalverarbeitung gemäß einem paketorientierten ARQ- Verfahren,
Figur 2 zeigt eine Darstellung zur Verdeutlichung der Kommunikation in einem Mobilfunksystem.
Wie bereits zuvor erläutert worden ist, wird nachfolgend davon ausgegangen, dass mit Hilfe der vorliegenden Erfindung eine paketorientierte Datenübertragung in einem
Mobilfunksystem, wie es beispielsweise schematisch in Figur 2 gezeigt ist, realisiert werden soll. Dabei ist in Figur 2 beispielhaft die Kommunikation zwischen einer Basisstation 1 und einer Mobilstation 2 eines Mobilfunksystems, z.B. eines UMTS-Mobilfunksystems, dargestellt. Die Übertragung von
Informationen von der Basisstation 1 zu der Mobilstation 2 erfolgt über den so genannten "Downlink"-Kanal DL, während die Übertragung der Informationen von der Mobilstation 2 zu der Basisstation 1 über den so genannten "Uplink"-Kanal UL erfolgt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer paketorientierten Datenübertragung von der Basisstation 1 an die Mobilstation 2, d.h. anhand einer paketorientierten Datenübertragung über den "Downlink"-Kanal erläutert, wobei die vorliegende Erfindung jedoch analog auf eine Datenübertragung über den "Uplink"-Kanal anwendbar ist. Des Weiteren wird die vorliegende Erfindung nachfolgend anhand der in dem jeweiligen Sender durchzuführenden Signalverarbeitungsmaßnahmen erläutert, wobei jedoch zu beachten ist, dass in dem jeweiligen Empfänger zur Auswertung der auf diese Weise senderseitig verarbeiteten Daten eine entsprechende Signalverarbeitung in umgekehrter Reihenfolge erforderlich ist, so dass von der vorliegenden Erfindung nicht nur die Senderseite, sondern auch die Empfängerseite betroffen und umfasst ist. Im Empfänger wird zwar keine Punktierung vorgenommen in dem Sinne, dass aus einem Bitstrom Bit ausgewählt werden, die dann nicht übertragen werden. Aber der Empfänger realisiert vorzugsweise einen entsprechenden Algorithmus, der berücksichtigt, welche Bit punktiert, also nicht übertragen wurden, um die Beziehung der tatsächlich übertragenen Bit zu den Bit des ursprünglichen kodierten Bitstrom korrekt festzustellen. Die punktieren Bit können natürlich nicht wiederhergestellt werden, aber es wird empfangsseitig die Identität der übertragenen Bit korrekt festgestellt, um sie für die Dekodierung korrekt verwenden zu können .
In Figur 1 ist die Signalverarbeitung der in den Datenpaketen zu übertragenden Daten- und Headerinformationen nach einem Hybrid-ARQ-Verfahren dargestellt .
Auf der Headerseite werden die von einem Funktionsblock 3 erzeugten Headerinformationen einem Funktionsblock 12 zugeführt, welcher dafür sorgt, dass sämtliche Header von allen Datenpaketen, die in ein und demselben Funkpaket gesendet werden sollen, zu einem einzigen Header zusammengefasst werden (sogenannte "Header Concatenation" ) . Ein Funktionsblock 13 fügt den daraus resultierenden
Headerinformationen CRC-Bits zur Headererkennung hinzu. Anschließend wird von einem Funktionsblock 14 eine Kanalcodierung und von einem Funktionsblock 15 eine Ratenanpassung des daraus resultierenden Bitstroms durchgeführt. Ein Interleaver 16 bewirkt, dass die ihm zugeführten Symbole bzw. Bits auf bestimmte Art und Weise umgeordnet und zeitlich gespreizt werden. Die von dem Interleaver 16 ausgegebenen Datenblöcke werden von einem Funktionsblock 17 den einzelnen Sende- bzw. Funkrahmen zugeordnet (sogenannte "Radio Frame Segmentation" ) . Die Kodierung der Headerinformation ist allerdings für die Erfindung nur von untergeordneter Bedeutung.
Auf der Datenseite ist ebenso ein Funktionsblock 4 zum
Hinzufügen von CRC-Bits vorgesehen. Ein Funktionsblock 5 dient zur Aufspaltung der einem Kanalcodierer 6 zugeführten Daten derart, dass von dem Kanalcodierer 6 stets eine auf eine bestimmte Bitanzahl beschränkte Codierung durchgeführt werden kann.
Durch die von dem Kanalcodierer 6 durchgeführte Kanalcodierung wird den eigentlich zu sendenden Daten redundante Information hinzugefügt. Das hat zur Folge, dass mehrere nacheinander gesendete Datenpakete Bits mit gleichem Informationsursprung aufweisen.
Die von dem Kanalcodierer 6 ausgegebenen Bits werden einem Funktionsblock 19 zugeführt, welcher durch Ausblenden bzw. Weglassen einzelner Bits (so genannte Punktierung) oder durch Wiederholen einzelner Bits (so genannte Repetierung) die Bitrate des Bitstroms entsprechend einstellt. Von einem anschließenden Funktionsblock 9 können dem Datenstrom sogenannte DTX-Bits ( "Discontinuous Transmission") hinzugefügt werden. Des Weiteren sind auch auf der Datenseite Funktionsblöcke 10 und 11 vorgesehen, welche dieselben Funktionen wie die auf der Headerseite vorgesehenen Funktionsblöcke 16 und 17 wahrnehmen. Δ o
Abschließend werden die auf der Daten- und Headerseite ausgegebenen Bits von einem Funktionsblock 18 auf den jeweils vorhanden physikalischen Übertragungs- bzw. Sendekanal abgebildet bzw. gemultiplexed (so genanntes "Multiplexing" ) und mit Hilfe einer geeigneten Modulation, beispielsweise einer QAM-Modulation, an den Empfänger übertragen.
Bei dem Hybrid-ARQ-Typ I-Verfahren wird bei einem fehlerhaften Empfang bzw. einer fehlerhaften Decodierung eines Datenpakets durch den Empfänger ein
Wiederholungsdatenpaket angefordert, welches mit dem zuvor gesendeten und fehlerhaft empfangenen Datenpaket ganz oder teilweise identisch ist. Abhängig davon, ob das Wiederholungsdatenpaket weniger oder gleich viele Daten wie das ursprüngliche Datenpaket aufweist, wird von einer vollen oder partiellen Wiederholung gesprochen. Das Datenpaket und das jeweilige Wiederholungsdatenpaket weisen somit Bits mit einem zumindest teilweise gleichen Informa-tionsursprung auf. Der Empfänger kann somit durch gemeinsame Auswertung des ursprünglich gesendeten Datenpakets sowie der angeforderten nachfolgenden Wiederholungsdatenpakete die ursprünglich gesendete Information mit besserer Qualität wiedergewinnen.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen den in Figur 1 gezeigten Funktionsabschnitt 19. Dieser
Funktionsabschnitt 19 umfasst einen Funktionsblock 20, welcher in Abhängigkeit von einer Ansteuerung durch den Funktionsblock 3 die von dem vorgeschalteten Kanalcodierer 6 ausgegebenen codierten Bits auf mindestens zwei parallele Teilbitströme aufteilt, welche jeweils separat, d.h. unabhängig voneinander, einer Ratenanpassung unterzogen werden. In Figur 1 sind diesbezüglich drei Teilbitströme A-C dargestellt, wobei für jeden Teilbitstrom ein Funktionsblock 21-23 zur Durchführung einer entsprechenden Ratenanpassung, d.h. zur Punktierung oder Repetierung einzelner Bits, vorgesehen ist. Auf diese Weise entstehen mehrere unterschiedlich codierte parallele Teilbitströme, welche einem weiteren Funktionsblock 24 zugeführt werden. Dieser weitere Funktionsblock 24 hat die Aufgabe, die einzelnen Bits der parallelen Bitströme in derselben Reihenfolge, welche von dem Funktionsblock 20 für die Bitseparation, d.h. für die Aufteilung auf einzelnen parallelen Teilbitströme, verwendet worden ist, aufzusammeln (Bitkollek-tion) . Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich insgesamt die Reihenfolge der nach der Ratenanpassung übrig gebliebenen Bits nicht ändert.
Wie bereits zuvor erläutert worden ist, kann die für die einzelnen Teilbitströme A-C vorgesehene Ratenanpassung durch die Funktionsblöcke 21-23 vollkommen unabhängig voneinander erfolgen. Insbesondere können auch die Bits eines oder mehrerer Teilbitströme überhaupt keiner Punktierung oder Repetierung unterzogen werden. Insgesamt ist die Ratenanpassung der einzelnen parallelen Teilbitströme A-C so zu wählen, dass von dem gesamten Funktionsabschnitt 19 auf den von dem Funktionsblock 6 ausgegebenen kanalcodierten Bitstrom pro Datenpaket bzw. Wiederholungsdatenpaket ein gewünschtes Ratenanpassungsmuster angewendet wird. Mit der in Figur 1 gezeigten Realisierung des Funktionsabschnitts 19 mit mehreren parallel durchgeführten Ratenanpassungen kann eine äußerst hohe Flexibilität bei der Codierung erzielt werden.
Der Funktionsabschnitt 19 ist derart ausgestaltet, dass er in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch den Funktionsblock 3 auf die Bits eines Wiederholungsdatenpakets ein anderes
Ratenanpassungsmuster als auf die Bits des entsprechenden ursprünglich gesendeten Datenpakets anwendet. D.h. dem Funktionsabschnitt 19 wird von dem Funktionsblock 3 mitgeteilt, ob von dem jeweiligen Empfänger ein Wiederholungsdatenpaket angefordert worden ist, wobei der Funktionsabschnitt 19 in diesem Fall die von den einzelnen Funktionsblöcken 21-23 realisierten Ratenanpassungsmuster derart wählt bzw. einstellt, dass insgesamt die Bits des Wiederholungsdatenpakets mit einem anderen
Ratenanpassungsmuster als die Bits des zu Grunde liegenden ursprünglich gesendeten Datenpakets verarbeitet werden.
Die insgesamt von dem Funktionsabschnitt 19 realisierte Ratenanpassung kann beispielsweise gemäß dem
Ratenanpassungsalgorithmus, welcher an sich bereits aus dem Stand der Technik (siehe oben) bekannt ist, durchgeführt werden .
Die soeben erläuterten Funktionsabschnitte, insbesondere der Funktionsabschnitt 19, kann dabei so eingerichtet sein, dass eine oder mehrere der folgenden Ausgestaltungen in die Praxis umgesetzt werden:
- Zur Datenübertragung in Form von Datenpaketen werden die Date Daten durch eine Kanalcodierung, insbesondere eine Turbo-Codierung, in systematische Bit und Paritätsbit umgesetzt. Von dem Sender wird an den Empfänger ein erstes Datenpaket gesendet, das die systematischen Bit und einen Teil der Paritätsbit enthält. Bei Vorliegen einer entsprechenden Aufforderung des Empfängers (2) wird mindestens ein Wiederholungsdatenpaket an den Empfänger (2) gesendet, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
- Das Wiederholungsdatenpaket enthält keine Paritätsbit, die im ersten Datenpaket enthalten sind. - Das Wiederholungsdatenpaket enthält neben den Paritätsbit, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind, systematische Bit.
- Die Kodierungsrate des Turbocoders liegt unter
Berücksichtigung der Ratenanpassung zwischen 2/3 und Vi.
- Die in einem Datenpaket oder Wiederholungsdatenpaket enthaltenen Paritätsbit werden durch einen Ratenanpassungsalgorithmus aus den aus der Turbocodierung resultierenden Paritätsbit ausgewählt.
- Die Punktierungsrate des Ratenanpassungsalgorithmus liegt zwischen Vi und 1/3.
- Der Initialwert der Fehlervariablen des
Ratenanpassungsalgorithmus wird derart gewählt, dass das Wiederholungsdatenpaket keine Paritätsbits enthält, die im ersten Datenpaket enthalten sind.
- Der Ratenanpassungsalgorithmus enthält folgende Verfahrensschritte : a) Setzen der Fehlervariablen auf den Initialwert b) Setzen des Bitindex auf das erste Bit c) Subtraktion des Erniedrigungswertes der Fehlervariablen von der Fehlervariablen. d) Falls die Fehlervariable kleiner oder gleich 0 ist durchführen der Schritte e) bis f) e) Punktieren des durch den Bitindex angezeigten Bit f) Addition des Erhöhungs-Wert zur Fehlervariablen g) Erhöhen des Bitindex h) wiederholen der Schritte c) bis g) , bis der Bitindex die
Anzahl der zu verarbeitenden Bit überschreitet. - Für den Einsatz des Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der im ersten Datenpaket enthaltenen Paritätsbit gilt: em(r) =[[X1 -Yr-eplm IrmaxJ-1)modeplm}+1 und für den Einsatz des Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der im Wiederholungsdatenpaket enthaltenen Paritätsbit gilt: emM) = {(xι -
Figure imgf000034_0001
\+ l , wobei gilt :
emι(r) = der Initialwert für die Fehlervariable; r= 0, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem ersten Datenpaket angewendet wird; r= 1, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem Wiederholungsdatenpaket angewendet wird.
Empfangsseitig werden das erste Datenpaket und das
Widerholungsdatenpaket zusammen, insbesondere durch ein so genanntes combining (Zusammenfassen) auch soft combining (zusammenfassen der soft-decission Werte, also Zusammenfassen der Wahrscheinlichkeiten, dass einzelne Bit der Wert 1 bzw. 0 haben), decodiert.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Fall, dass die Kodierungsrate im Bereich zwischen 2/3 und 1/2 ist; das ist der Fall, wenn zwischen 1/2 und 1/3 der Bit punktiert werden. In diesem Fall werden bei der Erstübertragung zwischen 1/4 und 1/2 der parity Bits übertragen und in der Zweitübertragung mindestens 3/4 der Parity bits, insgesamt können also in Erst- und Zweitübertragung alle Parity Bit übertragen werden. Bei höheren Kodierungsraten als 2/3 ist dies nicht mehr der Fall, deshalb werden die oben angegebenen Formeln dann vorzugsweise nicht direkt angewandt. Es ist dann insbesondere nicht mehr möglich für die Zweitübertragung genau die Parity Bit auszuwählen, die in der Erstübertragung nicht übertragen wurden, da nicht alle fehlenden in der Zweitübertragung übertragen werden können. Allerdings kann der Startwert eini vorzugsweise so gewählt werden, dass sich eine möglichst geringe Überlappung zwischen den Parity Bits, die beim ersten und zweiten Mal gesendet werden, ergibt.
Im Folgenden werden aber Lösungsmöglichkeiten auch für diesen Fall angegeben:
Es ist in diesem Fall unmöglich, bereits nach der zweiten Übertragung alle Parity Bit zu übertragen. Nach der dritten Übertragung kann das aber wieder möglich sein. Zweckmäßigerweise verwendet man bei einer Kodierungsrate die nicht allzu weit über 2/3 liegt, für die dritte Übertragung wieder eine Übertragung, die die systematischen Bit priorisiert ; dies ist bereits so im Standard vorgesehen. Die Punktierungsmuster für die 1. und 3. Übertragung werden dabei gegeneinander verschoben. Es ist durch geeignete Wahl des Parameters eini für die 3. Übertragung möglich, zu erreichen, dass die Menge der Parity bit, die in der 1. und 3. Übertragung zusammengenommen übertragen werden, eine ähnliche Verteilung (ein ähnliches Muster) aufweisen, wie eine einzelne Übertragung, bei der aber doppelt so viele Bit übertragen werden. Die zweite Übertragung kann nun so optimiert werden, dass bei ihr genau diejenigen Bit übertragen werden, die weder in der ersten, noch in der dritten Übertragung übertragen werden. Dabei lassen sich die oben genannten Formeln in analoger Weise einsetzen, wobei natürlich berücksichtigt wird, dass in der ersten und dritten Übertragung zusammengenommen doppelt so viele Parity Bit übertragen werden, wie in der ersten Übertragung alleine. Die Formeln für die optimale Wahl der in der zweiten Übertragung zu übertragenen Parity 1 Bit und Parity 2 Bit lässt sich dann folgendermaßen herleiten: Bestimme eine äquivalente Ratenanpasung, die die Parity 1 und Parity 2 Bit auswählt, die in der ersten oder dritten Übertragung übertragen werden. Die Anzahl der übertragenen Bit entspricht dabei der Summe, der Wert von eini soll entsprechend bestimmt werden. Ggf. soll man den Wert von eini für die dritte Übertragung passend so wählen (in Relation zum Wert von eini für die erste Übertragung) , dass diese beide Übertragungen so zusammengefasst werden können, das sich ein Gesamtübertragungsmuster ergibt, wie bei einer einzigen Übertragung. Anhand dem für dieses zusammengefassten Musters lässt sich dann wie oben beschrieben der Wert für die Anzahl der zu übertragenden Parity 1 und parity 2 Bit und der Wert von eini für die zweite Übertragung bestimmen.
Alternativ ist auch folgendes Vorgehen zur Bestimmung passender Werte für eini möglich: Wie für den Fall, dass die Kodierrate zwischen ML und 2/3 liegt gezeigt, werden Formeln für die drei Ratenanpassungsalgorithmen aufgeschrieben, nur dass es in diesem Falle derer drei statt zwei sind. Dann wird festgelegt, dass für jeden Wert von m immer bei genau einem Algorithmus ein Bit verwendet wird. Dies führt analog wie oben gezeigt zu entsprechenden Bedingungen für die Werte von e bei den drei Algorithmen und somit auch für die Werte von eini .
Dieses Ausführungsbeispiel sei durch ein Zahlenbeispiel erläutert :
Nehmen wir an, dass eine Übertragung aus je 100 systematischen Bit, parity 1 Bit und parity 3 Bit besteht, insgesamt also aus 300 Bit. Nehmen wir weiter an, dass in einer Übertragung 140 Bit übertragen werden. In der ersten (und genauso in der dritten) Übertragung werden die 100 systematischen Bit und je 20 Parity 1 und Parity 2 Bit übertragen. Zusammen in 1. und 3. Übertragung also je 40 Parity 1 und Parity 2 Bit. somit fehlen je 60 Parity 1 und Parity 2 Bit. Genau diese bit werden nun in der zweiten Übertragung übertragen. Um wieder die Gesamtzahl von 140 Bit zu erhalten, werden in der zweiten Übertragung auch noch 140- 60-60=20 systematische Bit übertragen. Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich anwenden, wenn in der ersten Übertragung mindestens 1/6 der Parityl (bzw. parity 2) Bit übertragen werden. Dann können auch in der dritten Übertragung 1/6 übertragen werden, bei der zweiten Übertragung können dann mindestens ^+1/6= 2/3 der Parity Bit übertragen werden, zusammen also mindestens 2/3+1/6+1/6=1/1 alle Parity Bit. Dieses Ausführungsbeispiel ist also insbesondere anwendbar für Kodierungsraten zwischen 2/3 und 3A =0,75.
Dieses Ausführungsbeispiel sei im folgenden in Formeln gefasst: Sei N die Anzahl der Systematischen Bit; das ist gleichzeitig die Anzahl der parityl und auch der parity2 bit (eine Verallgemeinerung auf den Fall, dass diese Anzahlen unterschiedlich sind, ist leicht möglich, wird der Klarheit halber aber hier unterlassen) Seien Nsl=Ns3, N11=N13 und N21=N23 die Anzahl der bei der Ersten (und Dritten) Übertragung übertragenen systematischen, Parityl und Parity2 Bit. Seien Ns2, N12 und N22 die Anzahl der in der zweiten Übertragung zu übertragenden systematischen, Parityl und Parity2 Bit. Dann gilt:
N12=N-N11-N13 N22=N-N21-N23
Ns2=Nsl+Nll-Nl2+N21-N22 = Nsl+Nll+N21-N+Nll+Nl3-
N+N21+N23=Nsl+Nl3+N23+2* (N11+N21-N)
Die letzte Zeile ist einfach der Ausdruck dafür, dass die verbleibenden Bit mit systematischen Bit aufgefüllt werden, bringt also für die Praxis keine weitere Rechenvereinfachung sondern ist mehr eine alternative Darstellung.
Diese Verallgemeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt also die Anwendung bis zu recht hohen Kodierungsraten für die Erstübertragung. Bei noch höheren Raten, also einer Rate größer als 3A benötigt man zwei
Wiederholungsübertragungen, welche Parity Bits bevorzugen, um insgesamt in drei Übertragungen alle Parity Bit übertragen zu können. In diesem Fall werden bereits durch die beiden Wiederholungsübertragungen alle Parity Bit übertragen, so dass es für die Performanz nach Empfang der dritten Übertragung nicht ausschlaggebend ist, welche der Parity Bit zusätzlich bereits in der Erstübertragung gesendet wurden. Für die Verbesserung der Leistung nach der zweiten Übertragung ist es aber weiterhin erstrebenswert, dass in der zweiten Übertragung (erste Wiederholungsübertragung) solche Parity bit übertragen werden, die in der ersten Übertragung nicht gesendet wurden. Insofern lässt sich die Erfindung in abgewandelter Form auch in diesem Fall anwenden. Insbesondere sollte der Wert von eini wieder so gewählt werden, dass sich möglichst wenig Überlappungen ergeben und es kann wiederum vorteilhaft sein, in einer Übertragung weniger Parity bit zu senden, als möglich wäre, um ein besseres Ineinandergreifen der Muster zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Datenübertragung in Form von Datenpaketen,
- bei dem Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische Bit und Paritätsbit umgesetzt werden,
- bei dem von einem Sender (1) an einen Empfänger (2) ein erstes Datenpaket gesendet wird, das die systematischen Bit enthält und einen Teil der Paritätsbit enthält, und
- bei dem bei Vorliegen einer entsprechenden Aufforderung des Empfängers (2) mindestens ein Wiederholungsdatenpaket an den
Empfänger (2) gesendet wird, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, - bei dem das Wiederholungsdatenpaket keine Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket enthalten sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- bei dem das Wiederholungsdatenpaket neben den Paritätsbit, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind, systematische
Bit enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- bei dem die Kodierungsrate des Turbocoders unter Berücksichtigung der Ratenanpassung zwischen ML und 2/3 liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- bei dem die in einem Datenpaket oder Wiederholungsdatenpaket enthaltenen Paritätsbit durch einen Ratenanpassungsalgorithmus aus den aus der Turbocodierung resultierenden Paritätsbit ausgewählt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die Punktierungsrate des Ratenanpassungsalgorithmus zwischen ML und 1/3 liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem der Initialwert der Fehlervariablen des
Ratenanpassungsalgorithmus derart gewählt wird, dass das Wiederholungsdatenpaket keine Paritätsbits enthält, die im ersten Datenpaket enthalten sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- bei dem der Initialwert der Fehlervariablen des Ratenanpassungsalgorithmus derart gewählt wird, dass das Wiederholungsdatenpaket solche Paritätsbits enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5,6,7 oder 8,
- bei dem der Ratenanpassungsalgorithmus folgende Verfahrensschritte enthält: a) Setzen der Fehlervariablen auf den Initialwert, b) Setzen des Bitindex auf das erste Bit, c) Subtraktion des Erniedrigungswertes der Fehlervariablen von der Fehlervariablen, d) Falls die Fehlervariable kleiner oder gleich 0 ist durchführen der Schritte e) bis f) , e) Punktieren des durch den Bitindex angezeigten Bit, f) Addition des Erhöhungs-Wert zur Fehlervariablen, g) Erhöhen des Bitindex, h) wiederholen der Schritte c) bis g) , bis der Bitindex die Anzahl der zu verarbeitenden Bit überschreitet.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
- bei dem für den Einsatz des Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der Paritätsbit im ersten Datenpaket gilt: em (r) = [[X1 -Yr- eplm I rmax J- 1) mod eplm }+ 1 ,
- bei dem für den Einsatz des Ratenanpassungsalgorithmus zur Auswahl der Paritätsbit im Wiederholungsdatenpaket gilt: eιnι (r) = {xι -
Figure imgf000041_0001
~] )modeplus }+ l , wobei gilt : £,„,(/) = der Initialwert für die Fehlervariable; r= 0, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem ersten Datenpaket angewendet wird; r= 1, falls der Ratenanpassungsalgorithmus in Zusammenhang mit dem Wiederholungsdatenpaket angewendet wird; rmax = 2.
11. Sender zum Senden von Daten in Form von Datenpaketen mit einer Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist,
- dass Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische Bit und Paritätsbit umgesetzt werden,
- dass von dem Sender an einen Empfänger ein erstes Datenpaket gesendet wird, das die systematischen Bit enthält und einen Teil der Paritätsbit enthält, und
- dass bei Vorliegen einer entsprechenden Aufforderung des Empfängers (2) mindestens ein Wiederholungsdatenpaket an den
Empfänger (2) gesendet wird, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
12. Empfänger zum Empfang von Daten in Form von Datenpaketen, wobei die Daten durch eine Turbo-Codierung in systematische
Bit und Paritätsbit umgesetzt sind, mit einer Prozessoreinrichtung, die derart eingerichtet ist,
- dass ein erstes Datenpaket, das die systematischen Bit und einen Teil der Paritätsbit enthält, empfangen wird, - dass ein Widerholungsdatenpaket vom Sender angefordert wird, wenn das erste Datenpaket empfangsseitig nicht korrekt decodiert wird, und - dass ein gesendetes Wiederholungsdatenpaket empfangen wird, das die Paritätsbit enthält, die im ersten Datenpaket nicht enthalten sind.
PCT/EP2006/060757 2005-03-29 2006-03-15 Hybrides arq verfahren zur datenübertragung, sender und empfänger dafür WO2006103175A1 (de)

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EP05006723 2005-03-29
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EP05006857A EP1708403B1 (de) 2005-03-30 2005-03-30 Hybrides ARQ Verfahren zur Datenübertragung, Sender und Empfänger dafür

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US20030097629A1 (en) * 2001-11-02 2003-05-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Transceiver apparatus and method for efficient retransmission of high-speed packet data

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