DE19924211A1

DE19924211A1 - Verfahren und Vorrichtung zur flexiblen Kanalkodierung

Info

Publication number: DE19924211A1
Application number: DE1999124211
Authority: DE
Inventors: Markus Doetsch; Peter Jung; Joerg Plechinger; Peter Schmidt; Michael Schneider; Markus Dillinger; Egon Schulz; Enric Mitjana; Juergen Schindler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-21
Also published as: WO2000074295A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur flexiblen Kanalkodierung, bei der auf einem Übertragungskanal, vorzugsweise in einem Mobilfunksystem, zu übertragende Daten in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand des Übertragungskanals als auch der Wichtigkeit der zu übertragenden Nutzdaten, flexibel kodiert werden. Zur Kodierung werden dabei einer oder mehrere Teilkodierer, einer oder mehrere Interleaver und eine oder mehrere Punktierungs- und Multiplexvorrichtungen verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mobilfunksysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung mit der die auf einem Übertragungskanal in einem Mobilfunksystem zu übertragenden Informationen kodiert werden kann.

In den heutigen Mobilfunksystemen und weit mehr noch in zu künftigen Anwendungen der Mobilfunksysteme werden neben der normalen Übertragung von Sprache eine große Vielfalt zusätz licher Dienste zur Anwendung kommen. Ein Beispiel dafür ist die Übermittlung von Daten, um beispielsweise von einem Mo bilfunksystem, insbesondere einem Handy, einen Zugang ins In ternet zu bekommen. Es sei hier auch auf das zukünftige dien steübergreifende Mobilfunksystem UMTS (Universal Mobile Tele communications System) verwiesen.

Insgesamt zeichnet sich ab, daß durch die vielen unterschied lichen Dienste, die in der Zukunft in Mobilfunksystemen ange boten werden, sehr unterschiedliche Daten übertragen werden. Dabei unterscheiden sich die Daten, je nach verwendetem Dienst, vor allem in der Datenrate, mit der sie übertragen werden sollen, und im Fehlerschutz, mit dem sie zu übertragen sind.

Zum Zwecke des Fehlerschutzes wird die zu übertragende Infor mation kodiert. Dabei erfolgt die Kodierung der Information so, daß die schließlich über den Übertragungskanal zu über tragende Information zum einen die zu übertragende Nutzinfor mation, die sogenannte systematische Information enthält, und eine kodierte Information.

Die Kodierung dient zur Sicherung der Übertragung gegen auf dem Übertragungskanal auftretende Fehler. Diese Fehler können anhand der Kodierung erkannt und/oder korrigiert werden. Die kodierte Information wird aus der systematischen Information erzeugt. Dabei werden aus den Bits der systematischen Infor mation ein oder mehrere Bit kodierter Information, die man allgemein auch als Parity-Bit bezeichnen kann, erzeugt. Wenn man eine höhere Sicherheit gegenüber Übertragungsfehlern er reichen will, so kann die Zahl der Kodierbits erhöht werden, indem man beispielsweise aus jedem Nutzdatenbit zwei, drei oder mehr Kodierbits erzeugt. Die einfache oder mehrfache Ko dierung der Nutzbits kann dabei seriell oder parallel erfol gen. Die zu kodierenden Bits können dabei vor der Kodierung mit einem sogenannten Interleaver in eine neue Reihenfolge gebracht. Dies ist vorteilhaft, da es je nach verwendetem Ko dieralgorithmus Bitfolgen gibt, die für diesen Kodieralgo rithmus günstig sind und Bitfolgen, die für diesen Kodieral gorithmus nicht so günstig sind.

Mit einer zunehmenden Anzahl von Kodierbits im Verhältnis zu den Nutzbits steigt zwar der Fehlerschutz der übertragenen Daten gegenüber auf dem Übertragungskanal auftretenden Feh lern, aber zugleich muß dieser nun wesentlich größere Daten strom auch über einen gegebenen Übertragungskanal übertragen werden. Dies führt zu einer unerwünschten Reduzierung der Da tenrate.

Um die zu übertragende Datenmenge zu verkleinern, kann man nun zusätzlich zur Kodierung eine sogenannte Punktierung durchführen. Dabei werden von den Kodierbits nicht alle Bits verwendet, sondern es werden gewisse Bits ausgeblendet (punktiert).

Die Nutzdatenbits (die systematische Information) und die Ko dierbits werden dann in einer Zeitmultiplexvorrichtung in Da tenblöcke fester Größe umgesetzt und auf der Senderseite auf den Übertragungskanal gegeben. Auf der Empfängerseite werden die Daten mit einem Dekodieralgorithmus, der dem Kodieralgo rithmus auf der Senderseite entspricht, wieder dekodiert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der Daten mit unterschiedlicher Datenrate und mit einem unterschiedlichen Fehlerschutz je nach Anwendungsfall über einen in einem Mo bilfunksystem verwendeten Übertragungskanal übertragen werden können. Die Anpassung an die aktuell anzuwendende Datenrate und den aktuell anzuwendenden Fehlerschutz soll dabei schnell und ohne großen Aufwand erfolgen können.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren und eine Vorrich tung zur flexiblen Kanalkodierung, bei denen sogenannte Turbo-Codes zur Kodierung der Daten verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor richtung zur flexiblen Kanalkodierung der vorliegenden Erfin dung gestattet nun eine flexible Kodierung, die die Art und den Umfang der Kodierung in Abhängigkeit vom aktuellen Zu stand des Übertragungskanals und der Wichtigkeit der einzel nen Informationssymbole zeitlich veränderlich gestaltet. Die flexible Kodierung wird bei der vorliegenden Erfindung da durch erreicht, daß die Größe des oder der verwendeten Inter leaver, also der Umfang der Umschichtung der Bitfolge, und die Punktierung der kodierten Bits zeitlich variabel gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat somit den Vorteil, daß ein einziger fester Kanalkodierer und ein einziger fester Ka naldekodierer verwendet werden können, und daß die Flexibili tät der Kodierung rein durch leicht veränderbare Software, die das Interleaven und Punktieren steuert, erreicht wird.

Somit verwirklicht die vorliegende Erfindung eine kostengün stige Lösung der Kodierung, da für eine Änderung der Kodie rung keine Veränderung der verwendeten Hardwarekomponenten erforderlich ist, sondern dies allein über eine leicht zu än dernde Software erfolgen kann.

Nachfolgend werden beispielhaft zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer ersten Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur flexiblen Kanalkodierung;

Fig. 2a zeigt ein erstes Beispiel einer verwendeten Punktie rung;

Fig. 2b zeigt ein zweites Beispiel einer verwendeten Punk tierung; und

Fig. 3 zeigt einen schematischen Aufbau einer zweiten Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur flexi blen Kanalkodierung.

In Fig. 1 ist der schematische Aufbau einer ersten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur flexiblen Ka nalkodierung gezeigt. Links oben läuft am Eingang 10 die zu übertragende Nutzinformation in die Kodiervorrichtung ein. Diese Information läuft zum einen über die Leitung 20 in un verschlüsselter Form geradeaus weiter in die weiter unten nä her beschriebene Punktierungs- und Multiplexvorrichtung 30.

Die beim Eingang 10 einlaufende Nutzinformation wird aber auch auf parallelen Leitungen 40-1 bis 40-N+1 Teilkodierern 42-1 bis 42-N+1 zugeführt. Diese Teilkodierer erzeugen nach verschiedenen wählbaren Kodierverfahren, wie beispielsweise RSC (Recursiv Systematic Convolutional), NSC (Nonsystematic Convolutional) oder Blockkodierverfahren, wie BCH, RS oder RM, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, aus den Fol gen der Nutzbits Kodierinformation, die auch Parityinforma tion genannt wird. Diese Parityinformation wird dann eben falls der oben schon erwähnten Punktier- und Multiplexvor richtung 30 zugeführt.

Die erste parallele Leitung 40-1 zum ersten Teilkodierer 42-1 ist direkt parallel zur Leitung 20 der unverschlüsselten Nutzdaten geschaltet. Die weiteren Teilkodierer 42-2 bis 42-N+1 sind hingegen über jeweils dazwischen geschaltete Inter leaver 50-1 bis 50-N zum vorherigen Teilkodierer parallel ge schaltet. Diese Interleaver verändern jeweils die Reihenfolge der Bits, die in sie einlaufen. Damit wird bei der Parallel schaltung mehrerer Teilkodierer unter Zwischenschaltung der Interleaver erreicht, wie das oben schon angegeben wurde, daß für die Kodierung ungünstige Bitfolgen durch die Änderung der Reihenfolge der Bits in den Interleavern in für die Kodierung günstigere Bitfolgen verwandelt werden.

Die unkodierte Nutzinformation und die Parityinformation aus den Zweigen der parallel geschalteten Teilkodierer laufen in die Punktierungs- und Multiplexvorrichtung 30 ein. In dieser Vorrichtung 30 werden die Bitfolgen zunächst einer Punktie rung unterzogen, das heißt, es werden aus den in die Vorrich tung 30 einlaufenden Bitfolgen einzelne Bits unterdrückt, das heißt herausgeschnitten (= punctured). Diese Bits kommen dann nicht zur Übertragung. Die Punktierung wird weiter unten an hand der Zeichnungsfiguren 2a und 3b noch näher beschrieben. Nach der Punktierung werden die übrig gebliebenen Bits in Da tenblöcke fester Größe gemultiplext und über den Übertra gungskanal 60 übertragen.

Die Fig. 2a und 2b erläutern die Punktierung bei der Ko dierung der Information, wobei angenommen wird, daß der Ka nalkodierer unter Bezug auf Bild 1 so konfiguriert wird, daß zwei Teilkodierer 42-1 und 42-2 und ein dazwischen geschalte ter Interleaver 50-1 verwendet werden. Die Teilkodierer 42-1 und 42-2 werden identisch so ausgelegt, daß jeder Teilkodie rer jeweils 1 Bit Parityinformation aus jedem Bit der Nutzin formation erzeugt. Es werden zwei unterschiedliche Dienste betrachtet, die auf dem Übertragungskanal des Mobilfunknetzes zur Ausführung kommen sollen. Der Dienst 1 sei ein Dienst, der eine Datenblockgröße von 200 Bit und eine Coderate ½ ver wendet, und der Dienst 2 sei ein Dienst, der eine Daten blockgröße von 600 Bit und eine Coderate von ²/₃ verwendet.

Beim Dienst 1 soll die Punktierung so erfolgen, daß die Pari tyinformation des Teilkodierers 2 vollständig unterdrückt wird, und beim Dienst 2 soll die Punktierung so erfolgen, wie das in Fig. 2a gezeigt ist.

Fig. 2b zeigt eine alternative zyklische Punktierung des Dienstes 1. In beiden Figuren entspricht die "0" dabei einem nicht punktierten Bit, also einem Bit, das verwendet wird, und das "X" entspricht einer Punktierung, also einem Bit, das herausgeschnitten, das heißt, nicht verwendet wird.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Aufbau einer zweiten Aus führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur flexiblen Kanalkodierung. Es wird durch diese Ausführungsform ein fle xibler, seriell verketteter Turbo-Kodierer verwirklicht. Die beim Eingang 10 einlaufende Nutzinformation wird dabei zuerst über einen äußeren Kodierer 70 kodiert. An diesen äußeren Ko dierer 70 schließen sich dann eine Anordnung oder mehrere pa rallele Anordnungen an, die jeweils aus einer Punktierungs- und Multiplexeinheit 80-1 bis 80-N, einer sich daran an schließenden Interleavereinheit 90-1 bis 90-N und einem dar auf folgenden inneren Kodierer 100-1 bis 100-N besteht oder bestehen. Die Ausgänge der inneren Kodierer 100-1 bis 100-N sind dann mit einer Gesamtpunktierungs- und Multiplexvorrich tung 110 verbunden, an deren Ausgang der eigentliche Übertra gungskanal 60 angeschlossen ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 werde beispielhaft ein dritter Dienst betrachtet. Dieser dritte Dienst verwendet In formationsfolgen der Größe 300 Bit. Der äußere Kodierer hat eine Koderate von ½. Die hier verwendete Punktierung stellt sich in Anlehnung an Fig. 2 folgendermaßen dar: XXXO. Von vier durch den äußeren Kodierer erzeugten Kodierbits werden drei Bits über die Interleavereinheit 90-1 an den inneren Ko dierer 100-1 geliefert. Der innere Kodierer 100-1 hat die Ko derate von ½. Die gesamte Koderate für den dritten Dienst be trägt: ¹/₂.⁴/₃.¹/₂ = ¹/₃. Die Gesamtpunktierungsvor richtung 110 hat in diesem Beispiel die Punktierungsmatrix [1].

Bezugszeichenliste

10

Eingang (Nutzinformation)

20

Leitung für nicht kodierte Nutzinformation

30

Punktierungs- und Multiplexvorrichtung

40

-

1

bis

40

-N+

1

parallele Leitungen zu Teilkodierern

42

-

1

bis

42

-N+

1

Teilkodierer

50

-

1

bis

50

-N Interleaver

60

Übertragungskanal

70

Äußerer Kodierer

80

-

1

bis

80

-N Punktierungs- und Multiplexeinheit

90

-

1

bis

90

-N Interleavereinheit

100

-

1

bis

100

-N innerer Kodierer

110

Gesamtpunktierungs- und Multiplexvorrichtung

Claims

1. Vorrichtung zur Kodierung einer Folge von Nutzdatenbits für eine Übertragung auf einem Übertragungskanal, dadurch ge kennzeichnet, daß sie folgende Elemente umfaßt:
einen oder mehrere parallel zur Leitung 20, auf der die Nutzdaten einlaufen, angeordnete Teilkodierer (42-1 bis 42-N+1), die nach wählbaren Kodierverfahren aus den Nutzdaten bits Kodierbits oder Parityinformation erzeugen;
jeweils einen Interleaver (50-1 bis 50-N), der jeweils zwischen den parallel angeordneten Teilkodierern (42-1 bis 42-N+1) angeordnet ist und der die in ihn einlaufende Bitfol ge nach einem wählbaren Algorithmus in eine neue Bitfolge um setzt;
eine Punktierungs- und Multiplexvorrichtung (30), die parallele Eingänge aufweist, in die die nicht kodierten Nutz bits auf der Leitung 20 und die Paritybits von den einzelnen Teilkodierern (42-1 bis 42-N+1) einlaufen, und die eine Punk tierung und ein Multiplexen der einlaufenden Bits durchführt, um sie in Datenpakete fester Größe umzuwandeln, die an ihrem Ausgang auf den Übertragungskanal (60) gegeben werden.

2. Vorrichtung zur Kodierung einer Folge von Nutzdatenbits für eine Übertragung auf einem Übertragungskanal, dadurch ge kennzeichnet, daß sie folgende Elemente umfaßt:
einen äußeren Kodierer (70), in den die Nutzdaten ein laufen, wobei dieser nach wählbaren Kodierverfahren aus den Nutzdatenbits Kodierbits oder Parityinformation erzeugt;
eine sich an den Ausgang des äußeren Kodierers (70) an schließende Anordnung oder mehrere sich an den Ausgang des äußeren Kodierers (70) parallel anschließende Anordnungen, die jeweils aus einer Punktierungs- und Multiplexeinheit (80-1 bis 80-N), einer Interleavereinheit (90-1 bis 90-N) und ei nen inneren Kodierer (100-1 bis 100-N) besteht beziehungswei se bestehen,
wobei die Ausgänge der obigen Anordnung mit einer Ge samtpunktierungs- und Multiplexvorrichtung (110) verbunden sind, die eine Punktierung und ein Multiplexen der einlaufen den Bits durchführt, um sie in Datenpakete fester Größe umzu wandeln, die an ihrem Ausgang auf den Übertragungskanal (60) gegeben werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Interleaver (50-1 bis 50-N) und/oder die Inter leavereinheiten (90-1 bis 90-N) eine zeitlich veränderliche, wählbare Größe aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Punktierungs- und Multiplexvor richtung (30) und/oder die Punktierungs- und Multiplexeinheit (80-1 bis 80-N) und/oder die Gesamtpunktierungs- und Multi plexeinheit (110) eine Punktierung aufweist, die in zeitlich veränderlicher, wählbarer Art erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Interleavers (50-1 bis 50-N) und/oder der In terleavereinheiten (90-1 bis 90-N) in Abhängigkeit vom aktu ellen Zustand des Übertragungskanals (60) und/oder der Wich tigkeit der zu übertragenden Information festgelegt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Art der Punktierung in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand des Übertragungskanals (60) und/oder der Wichtigkeit der zu übertragenden Information ausgewählt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Teilkodierer (42-1 bis 42-N+1) und/oder der äußere Kodierer (70) RSC-(Recursiv Systematic Convolutional)-Codes, NSC-(Nonsystematic Convolutional)-Codes oder Block-Codes, wie BCH-Codes, RS-Codes oder RM-Codes, er zeugen.

8. Verfahren zur Kodierung einer Folge von Nutzdatenbits für eine Übertragung auf einem Übertragungskanal, dadurch gekenn zeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Ausbilden einer oder mehrerer kodierter Informationsfol gen oder Parityinformationsfolgen aus den Nutzdatenbits;
Punktierung und Multiplexen der Folge von Nutzdatenbits und der einen oder mehreren Bitfolgen von Parityinförmation zu Datenblöcken fester Bitgröße; und
Ausgeben der so erzeugten Datenblöcke auf den Übertra gungskanal.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parityinformationsfolgen durch verschiedene Kodierverfahren, wie einer Erzeugung von RSC-(Recursiv Systematic Convolutio nal)-Codes, NSC-(Nonsystematic Convolutional)-Codes oder Block-Codes, wie BCH-Codes, RS-Codes oder RM-Codes kodiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung der Parityinformationsfolgen, die zu kodierenden Bits zuerst in einem Interleaver (50-1 bis 50-N; 90-1 bis 90-N) in eine neue Reihenfolge gebracht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der verwendeten Interleaver zeitlich veränderlich ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Art der Punktierung zeitlich veränder lich ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Veränderbarkeit der Größe der Interleaver und der Art der Punktierung in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand des Übertragungskanals (60) und/oder der Wichtigkeit der zu übertragenden Information vorgenommen wird.