DE19743170A1

DE19743170A1 - Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE19743170A1
Application number: DE1997143170
Authority: DE
Inventors: Achim Brakemeier
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-01
Also published as: WO1999017479A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem der im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 genannten Art.

In derartigen Kommunikationssystemen werden zu übertragende Nachrichten digital codiert und mit weiteren Informationen zu einem Symbolstrom zusam mengefügt. Zur Unterstützung der empfängerseitigen Wiedergewinnung auch bei Störungen und Verzerrungen auf dem Kanal werden die Symbole vorzugs weise in einer bestimmten Struktur angeordnet. Eine bevorzugte solche Struk tur sieht eine Einteilung des fortlaufenden Signals in Datenblöcke vor, die je weils mehrere Datenrahmen enthalten, die wiederum aufgeteilt sein können in einen Abschnitt mit Testfolgensymbolen und einen Abschnitt mit Nachrichten daten, auch einfach Datenfolgen genannt.

Auf der Empfängerseite ist für eine korrekte Auswertung des Nachrichtenin halts der Datenfolgen eine genaue Kenntnis über eine Mehrzahl von Übertra gungsparametern erforderlich, welche, soweit sie nicht von vorne herein fest vereinbart sind, aus den übertragenen Symbolen zu extrahieren sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kommunikationssystem der einleitend genannten Art anzugeben, daß zuverlässig eine korrekte empfän gerseitige Auswertung der übertragenen Nachrichten ermöglicht.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche ent halten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Zufügung von zusätzlichen Steuersymbolen zu mehreren Rahmen führt zu keiner nennenswerten Verringerung der effektiven Datenübertragungsrate, er möglicht aber ein zuverlässiges und sicheres Einstellen des Empfängers zur Datenauswertung nach Maßgabe der erkannten Steuerinformation.

Die Einfügung von Steuersymbolen mit gleichartigem Informationsinhalt in mehrere Rahmen stellt eine Auswertemöglichkeit auch bei starker Störung ei nes Rahmens, z. B. durch Signalschwund sicher. Gegenüber der Übertragung der Steuerinformation in einer Präambel ist die Einfügung von Steuersymbolen in mehrere Rahmen sowohl sicherer als auch schneller, da eine Präambel übli cherweise nur einmal je Datenblock im ersten Rahmen übertragen wird und bei Aufnahme eines Signals im Verlauf eines Datenblocks bis zur nächsten Prä ambel keine Steuerinformation zur Verfügung steht. Dies gilt in besonderem Maße für die Datenblocksynchronisation.

Vorteilhaft und je nach Inhalt der Steuersymbole evtl. sogar notwendig ist eine Auswertung der Steuersymbole vor einer Auswertung der Datensymbole. Da die aus den Steuersymbole abgeleitete Information die Auswertung der Daten symbole maßgeblich beeinflußt, ist es günstig, die Störsicherheit für die Steu ersymbole zu erhöhen, indem für die Steuersymbole ein Symbolalphabet mit einem höheren gegenseitigen Symbolabstand als bei den Datensymbolen ge wählt wird. Das Symbolalphabet der Steuersymbole ist aber vorzugsweise eine Untermenge des Datensymbol-Alphabets. Das Symbolalphabet der Steuer symbole kann aber mit höherer Bitzahl codierend sein als das vorzugsweise zweiwertige Symbolalphabet der Testfolgen.

Die Auswertung der Signalstruktur vereinfacht sich, wenn die einzelnen Rah men gleich aufgebaut sind. Vorzugsweise enthält daher jeder Rahmen eine gleiche Anzahl von Steuersymbolen, die zudem bevorzugt immer an der selben Position innerhalb des Rahmens eingefügt sind, insbesondere unmittelbar an die Testfolge des Rahmens anschließend.

Neben der bereits genannten Information zur Datenblocksynchronisation ist insbesondere die Übertragung von modulationsspezifischer Information wie z. B. Modulationsart, Datenrate, Interleaving, Datensymbolalphabet, Codierung, usw. von Bedeutung. Vorzugsweise sind solche modulationsspezifischen Pa rameter oder Kombinationen daraus in einer sende- und empfangsseitig über einstimmenden Tabelle abgelegt und in den Steuersymbolen wird lediglich die Nummer des Tabelleneintrags übermittelt.

Die zu einer Informationsart, z. B. Datenblock-Synchronisationsinformation oder Modulations-Information übermittelte Information ist vorteilhafterweise so in den Steuersymbolen mehrerer Rahmen enthalten, daß eine statistische Aus wertung über mehrere Rahmen möglich ist und eine weitere Verbesserung der Störsicherheit bringt. Vorteilhafte Beispiele hierfür werden noch näher be schrieben. Dabei können auch Steuersymbole zu verschiedenen Informations arten nacheinander oder verschachtelt in aufeinanderfolgenden Rahmen über tragen werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt.

Fig. 1 eine typische Signalstruktur;

Fig. 2 eine erste Codierung der Steuersymbole zur Rahmensynchroni sation;

Fig. 3 eine Tabelle mit statistischer Auswertung von zwei verschiedenen Informationsinhalten.

Die Fig. 1 veranschaulicht die Struktur eines in Datenblöcke unterteilten fort laufenden Signals. Ein Datenblock besteht wiederum aus einer Mehrzahl von Datenrahmen, die jeweils eine Testfolge und eine Datenfolge enthalten. Die Testfolgen ermöglichen durch empfängerseitige Korrelation mit einer Filter funktion sowohl eine Schätzung der aktuellen Kanalstoßantwort als auch eine Synchronisation des Empfängers auf die Position der Rahmengrenzen im fort laufenden Signal. Die Schätzung der Kanalstoßantwort wird zur Einstellung eines Entzerrerfilters genutzt. Die wiederkehrende Einfügung von Testfolgen in den Signalstrom ermöglicht die Aktualisierung der Entzerrereinstellung bei zeitveränderlichen Übertragungseigenschaften des Übertragungskanals.

Die Datenfolgen der Rahmen enthalten den eigentlichen Nachrichteninhalt. In einem oder mehreren Rahmen eines Datenblocks kann auch anstelle einer Nachrichten-Datenfolge eine sogenannte Präambel mit Systeminformation übertragen werden. Bei Verwendung von Präambeln ist üblicherweise die erste Datenfolge eines Blocks durch eine solche Präambel ersetzt. Die Einfügung von Präambeln ist für die vorliegende Erfindung ohne Belang und kann durch Anwendung der Erfindung teilweise auch entfallen.

Die Datensymbole der Datenfolgen werden aus einem Symbolalphabet mit ho her Bitcodierung je Symbol ausgewählt, z. B. 64-QAM mit 6 Bit je Symbol. Zur zuverlässigen Decodierung im Empfänger ist dort ein genaue und bei zeitver änderlichem Kanal jeweils aktuelle Kenntnis der Übertragungsparameter erfor derlich. Die zur Gewinnung wichtiger Parameter für die Empfängereinstellung dienenden Testfolgen werden vorzugsweise aus einem Symbolalphabet mit niedriger Bitcodierung, insbesondere einem Symbolalphabet mit nur zwei Sym boleinträgen wie z. B. bei 2PSK-Modulation entnommen. Die Symbolfolge der Testfolgen ist empfangsseitig bekannt.

Erfindungsgemäß sind zusätzlich Steuersymbole in die Rahmen eingefügt, de ren Symbolalphabet im Prinzip unabhängig von dem der Datensymbole oder der Testsymbole ist. Vorzugsweise ist aber das Steuersymbol-Alphabet eine Untermenge des Datensymbol-Alphabets. Die Anzahl N_s der Steuersymbole je Rahmen ist klein gegen die Anzahl N_T der Testsymbole, die wiederum klein ist gegen die Anzahl N_D der Datensymbole innerhalb einer Datenfolge. Typi scherweise ist 1≦N_s≦5 vorzugsweise N_s=2.

Die Steuersymbole sind bevorzugt unmittelbar nach den Testfolgen in die Rahmen eingefügt und können auf der Basis der geschätzten Kanalstoßant wort, die für diese Symbolposition auch bei schnellveränderlichem Kanal eine gute Entzerrereinstellung gewährleistet, mit hoher Sicherheit entzerrt werden.

Eine vorteilhafte Möglichkeit der Datenblocksynchronisation besteht darin, die Rahmen durchzunumerieren, insbesondere in absteigender Reihenfolge zum Ende des Datenblocks hin. Die Rahmennummer ist in einer bevorzugten Aus führungsform als numerischer Wert in den Steuersymbolen mindestens eines, vorzugsweise mehrerer Rahmen codiert. Durch die derartige Kennzeichnung mehrerer Rahmen kann eine absteigende Zählfolge ermittelt und falsch deco dierte, aus der Zählfolge offensichtlich herausfallende Rahmennummern kön nen ausgeschlossen oder korrigiert werden.

Besonders vorteilhaft ist dabei, der erwarteten Zählfolge mit konstantem Zähl inkrement W je Rahmenschritt R empfängerseitig eine Referenzzählfolge RZ mit gleichem Zählinkrement gegenüberzustellen und schritthaltend die Diffe renz zwischen Referenzzählwert und decodierter Rahmennummer NR zu bil den. Die Differenzen DK der korrekt decodierten Rahmennummern NR zu den jeweiligen Referenzwerten RZ sind unter sich konstant, wogegen fehlerhaft decodierte Rahmennummern zu abweichenden und im Regelfall zufällig ver teilten Differenzwerten DF_i führen. Durch statistische Auswertung beispielswei se nach Art eines Histogramms können die korrekt decodierten Rahmennum mern als solche erkannt und die Datenblockgrenze daraus zuverlässig ermittelt werden. Nicht alle Rahmen brauchen hierfür mit Rahmennummern versehen werden. Vorzugsweise werden einige der am Ende eines Datenblocks liegen den Rahmen numeriert. Eine empfängerseitig bekannte Verwürfelung der Rahmen ist zulässig. Anstelle der Differenz zu einer mit gleichem Inkrement veränderten Referenzzählfolge kann auch die Summe mit einer anderen Refe renzzählfolge mit entgegengesetztem Inkrement -W gebildet werden, wobei die korrekt decodierten Rahmennummern wieder zu untereinander gleichen Sum menwerten führen.

Eine andere vorteilhafte Anwendung statistischer Auswertung ist für die Codie rung einer Information in den Steuersymbolen mit in mehreren Rahmen glei chem Wert gegeben. Hierbei brauchen lediglich die decodierten Werte als Er eignisse zu den jeweiligen Werten aufsummiert werden und der mit einer be stimmten Mindesthäufigkeit oder der Maximalhäufigkeit erfaßte Symbolwert wird als richtige Information gewertet. Falsch decodierte Steuersymbole sind im Regelfall zufällig verteilt und erreichen die Mindesthäufigkeit bei keinem Sym bolwert.

Die Auswertung nach einer inkrementierten Zählfolge und die Auswertung nach gleichen Symbolwerten können gleichzeitig und unabhängig voneinander durchgeführt werden. Sie beeinflussen sich gegenseitig nicht in störendem Ausmaß. Dabei ist es vorteilhaft, eine modulationsspezifische Information vor der Blocksynchronisation-Information zu übertragen. Dadurch kann bereits der Zählprozeß beeinflußt werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Tabelle gibt ein Beispiel für die Übertragung von In formation zur Datenblocksynchronisation und zusätzlicher, z. B. modulationsspe zifischer Information. Es ist eine Datenblocklänge von 16 Rahmen zugrunde gelegt, wobei in den ersten 8 Rahmen eine modulationsspezifische Information in Form eines gleichbleibenden Symbolwerts 10 und in den letzten 8 Rahmen eine von 7 auf 0 in Inkrementen von W=1 absteigende Rahmennummer in den Steuersymbolen codiert gesendet wird. Auf Empfängerseite ist a priori die Datenblockgrenze und damit die relative Lage der Rahmenschritte R_k nicht be kannt. Die Synchronisation erfolgt während einer laufenden Datenübertragung. Der Empfang der Steuersymbole sei gestört, so daß einzelne Symbolwerte auf Empfängerseite nicht korrekt decodiert werden. Ein Referenzzähler zählt mit Beginn des ersten detektierten Rahmens eine Referenzzählfolge von RZ=15 abwärts modulo 16. In jedem Rahmenschritt wird die Differenz D zwischen dem decodierten Wert NR und dem Referenzzählwert RZ zu D=NR-RZ modulo 16 gebildet. Sowohl für die decodierten Werte NR als auch für die ermittelten Differenzwerte D wird die Wertehäufigkeit aus den jeweils 16 letzten Rahmen schritten in Form je eines Histogramms HNR bzw. HD gebildet. Zum Schrittin dex k=16, d. h. nach Empfang des 17. Rahmens ab Empfangsbeginn bzw. nach Start der Suche nach Datenblocksynchronisation sind fünf Einträge für D=2 im Histogramm HD angefallen. Dies ist das eindeutige Maximum und er reicht zugleich eine z. B. mit fünf Einträgen gesetzte Schwelle. Die Rahmen nummern der Rahmenschritte mit D=2 können daher als korrekt decodiert ge wertet werden. Die übrigen Rahmenschritte mit D≠2 enthalten danach keine oder fehlerhaft decodierte Rahmennummern. Sofern eine korrekt decodierte Rahmennummer 0 vorliegt, kann der zugehörige Rahmen als Ende eines Da tenblocks, der darauffolgende Rahmen als Anfang des nächsten Datenblocks angenommen werden. Bei Fehlen einer korrekt decodierten Rahmennummer 0 kann entweder bei Erreichen eines Schwellwerts im Histogramm eine ausrei chende korrekte Rahmennummerreihe extrapoliert oder das Auftreten einer korrekt decodierten Rahmennummer 0 weiter abgewartet werden. Aus der Ex trapolation ergibt sich im Beispielsfall, daß im nächsten Rahmenschritt eine Rahmennummer 0 erwartet wird und damit ein Datenblockende erreicht ist. Zur Synchronisation auf den nächstfolgenden Datenblock ist dieser Rahmen noch abzuwarten.

Die modulationsspezifische Information kann leicht aus dem zugehörigen Hi stogramm aufgrund des dort auftretenden eindeutigen Maximums von sechs Einträgen bei NR=10 abgeleitet werden. Die modulationsspezifische Informa tion hätte auch bereits im Rahmenschritt k=8 gewonnen werden können, wenn das Erreichen einer Mindesthäufigkeit von fünf Einträgen als Kriterium gilt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele be schränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in verschiedener Weise variierbar. Insbesondere können weitere, in den Beispielen nicht explizit genannte Informationen in den Steuersymbolen codiert sein. In den Steuer symbolen eines Rahmens können auch mehrere Informationsarten zugleich codiert sein.

Claims

1. Kommunikationssystem mit Übertragung eines Signals mit einer Daten blockstruktur, bei welcher jeder Datenblock in eine Mehrzahl von Rahmen unterteilt ist, die eine Testfolge und eine Datenfolge beinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rahmen zusätzlich ein oder mehrere Steuer symbole mit zur Datensymbolauswertung relevantem Inhalt umfassen.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig die Auswertung der Steuersymbole vor der Auswertung der Datensymbole vorgenommen wird.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersymbole aus einem anderen Symbolalphabet als die Daten symbole entnommen sind.

4. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuersymbole aus einem Symbolalphabet mit grö ßerem Symbolabstand als die Datensymbole entnommen sind.

5. Kommunikationssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersymbol-Alphabet eine Untermenge des Daten symbol-Alphabets bildet.

6. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß in jedem Rahmen Steuersymbole eingefügt sind.

7. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuersymbole an definierter Position innerhalb der Rahmen eingefügt sind.

8. Kommunikationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale innerhalb eines Rahmens unmittelbar auf die Testfolgensym bole folgen.

9. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anzahl der Steuersymbole in jedem Rahmen gleich ist.

10. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuersymbole eine Information zur Modulationsart der Datensymbole enthalten.

11. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuersymbole eine Information zur Datenblocksyn chronisation enthalten.

12. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die selbe Art der Information jeweils in Steuersymbolen mehrerer verschiedener Rahmen eines Datenblocks enthalten ist.

13. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuersymbole einen je Rahmenschritt um ein kon stantes Inkrement veränderten numerischen Wert beinhalten.

14. Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig jeweils eine Differenz des erkannten numerischen Werts der Steuersymbole gegen eine mit gleichem Inkrement veränderte numeri sche Referenzzählfolge gebildet wird.

15. Kommunikationssystem nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß empfängerseitig jeweils eine Summe des erkannten nu merischen Werts mit einer mit entgegengesetztem Inkrement veränderten Zählfolge gebildet wird.

16. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß die aus den Steuersymbolen der einzelnen Rahmen ge wonnenen Informationen statistisch erfaßt und ausgewertet werden.

17. Kommunikationssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die statistische Erfassung in Form eines oder mehrerer gleitender Histo gramme über eine vorgebbare Anzahl von Rahmen vorgenommen wird.