DE60224588T2 - Neuanordnung der signalkonstellation für arq sendediversitätsschema - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ARQ-(Wiederholungs-)Sendetechniken in Drahtlos-Kommunikationssystemen und im Besonderen ein Verfahren, einen Sender-Empfänger und einen Empfänger unter Verwendung von Sende-Diversity-Schemas, wobei Datenpakete auf Basis einer Wiederholungsanforderung unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Sendevorgangs gesendet werden und die Bit-zu-Symbol-Zuordnung für unterschiedliche gesendete Diversity-Zweige unterschiedlich durchgeführt wird. Die Erfindung ist im Besonderen auf Systeme mit unzuverlässigen und zeitvariablen Kanalbedingungen anwendbar und führt zu einer verbesserten Leistung unter Vermeidung von Sendefehlern.
  • Es gibt mehrere wohlbekannte Sende-Diversity-Techniken, wobei eine oder mehrere Redundanzversionen in Bezug auf identische Daten auf mehreren (wenigstens zwei) Diversity-Zweigen „standardgemäß" gesendet werden, ohne ausdrücklich weitere Diversity-Zweige (durch einen Rückkanal) anzufordern (wie dies bei einem ARQ-Schema unter Anforderung von Wiederholungs-Sendevorgängen durchgeführt wird). Zum Beispiel werden die folgenden Schemas als Sende-Diversity erachtet:
    – Standort-Diversity: Das gesendete Signal stammt von unterschiedlichen Standor
    ten, z. B. unterschiedliche Basisstationen in einer zellularen
    Umgebung.
    – Antennen-Diversity: Das gesendete Signal stammt von unterschiedlichen Anten
    nen, z. B. unterschiedliche Antennen einer Mehrantennen-Ba
    sisstation. Ein Beispiel für Antennen-Diversity wird in EP 735 701 A2
    offenbart.
    – Polarisations-Diversity: Das gesendete Signal wird unterschiedlichen Polarisationen
    zugeordnet.
    – Frequenz-Diversity: Das gesendete Signal wird z. B. unterschiedlichen Trägerfre
    quenzen oder unterschiedlichen Frequenzsprungsequenzen
    zugeordnet.
    – Zeit-Diversity: Das gesendete Signal wird z. B. unterschiedlichen Ver
    schachtelungssequenzen zugeordnet.
    – Multicode-Diversity: Das gesendete Signal wird unterschiedlichen Codes z. B. in ei
    nem CDMA(Code Division Multiple Access)-System zugeord
    net.
  • Es sind mehrere Diversity-Kombiniertechniken bekannt. Die folgenden drei Techniken sind die üblichsten:
    – Selection Combining: Auswählen des Diversity-Zweiges mit dem höchsten Signal-
    Rausch-Verhältnis zum Dekodieren, Ignorieren der restli
    chen.
    – Equal Gain Combining: Kombinieren empfangener Diversity-Zweige unter Ignorie
    rung der Unterschiede bei empfangenen Signal-Rausch-
    Verhältnissen.
    – Maximal Ratio Combining: Kombinieren empfangener Diversity-Zweige unter Berück
    sichtigung des empfangenen Signal-Rausch-Verhältnisses
    jedes Diversity-Zweiges. Das Kombinieren kann auf Bit-
    Ebene (z. B. Log-Likelihood-Verhältnis LLR) oder auf Modu
    lationssymbolebene durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus basiert eine übliche Technik zur Fehlererkennung/-korrektur auf ARQ(Automatic Repeat reQuest)-Schemas zusammen mit Vorwärtsfehlerkorrektur, genannt Hybrid-ARQ (HARQ). Wenn durch die zyklische Redundanzprüfung (CRC) ein Fehler in einem Paket erkannt wird, fordert der Empfänger den Sender auf, zusätzliche Informationen zu senden (Wiederholungs-Sendevorgang), um die Wahrscheinlichkeit korrekten Dekodierens des fehlerhaften Paketes zu verbessern.
  • In WO-02/067491 A1 wurde ein Verfahren für Hybrid-ARQ-Sendevorgänge offengelegt, das die Bit-Zuverlässigkeiten über aufeinanderfolgend angeforderte Wiederholungs-Sendevorgänge mittels Signalkonstellationsneuanordnung mittelt.
  • Wie darin gezeigt wird, weisen die Bits bei Einsatz von Modulationsformaten höherer Ordnung (z. B. M-PSK, M-QAM mit log2(M) > 2), bei denen einem Modulationssymbol mehr als 2 Bits zugeordnet werden, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Mapping unterschiedliche Zuverlässigkeiten auf. Dies führt im Vergleich zu einer Eingabe von gleichmäßiger verteilten Bit-Zuverlässigkeiten bei den meisten Vorwärtsfehlerkorrekturschemas (z. B. Turbo Codes) zu einer verschlechterten Dekodiererleistung.
  • In herkömmlichen Kommunikationssystemen werden die modulationsabhängigen Varianzen bei Bit-Zuverlässigkeiten nicht berücksichtigt und folglich bleiben normalerweise die Varianzen nach Kombinieren der Diversity-Zweige an dem Empfänger bestehen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein ARQ-(Wiederholungs-)Sendeverfahren, einen Sender und einen Empfänger bereitzustellen, die eine verbesserte Leistung in Bezug auf Sendefehler zeigen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, einen Sender und einen Empfänger gemäß der Darlegung in den unabhängigen Ansprüchen erfüllt.
  • Die Erfindung basiert auf der Idee, die Leistung an dem Empfänger durch Anwenden von unterschiedlichen Signalkonstellationszuordnungen zu den verfügbaren unterscheidbaren Sende-Diversity-Zweigen und ARQ-(Wiederholungs-)Sendevorgängen zu verbessern. Die Erfindung kann auf Modulationsformate angewendet werden, bei denen einem Modulationssymbol mehr als 2 Bits zugeordnet werden, da dies eine Varianz der Zuverlässigkeiten bei den Bits, die der Signalkonstellation zugeordnet sind, impliziert. Die Varianzen hängen von dem eingesetzten Mapping und von dem tatsächlich gesendeten Inhalt der Bits ab.
  • In Abhängigkeit von dem eingesetzten Modulationsformat und der tatsächlichen Anzahl von Bits, die einem einzelnen Modulationssymbol zugeordnet werden, ist die Qualität des Mittlungsprozesses für eine vorgegebene willkürliche Anzahl (N > 1) verfügbarer Diversity-Zweige und erforderlicher Wiederholungs-Sendevorgänge unterschiedlich. Mit- Mitteln im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht sich als ein Prozess des Verringerns der Unterschiede bei mittleren kombinierten Bit-Zuverlässigkeiten unter den unterschiedlichen Bits eines Datensymbols. Auch wenn es sein kann, dass erst nach Verwendung mehrerer Diversity-Zweige oder -Wege ein perfektes Mitteln ohne verbleibende Unterschiede erreicht wird, bedeutet Mitteln in dem Kontext des Dokumentes Prozessschritte in die Richtung des Verringerns der Unterschiede mittlerer kombinierter Bit-Zuverlässigkeiten. Geht man im Durchschnitt von einem gleichen Signal-Rausch-Verhältnis bei allen verfügbaren Diversity-Zweigen und ARQ-Sendevorgängen aus, würden für 16-QAM 4 Zuordnungen (4 Diversity-Zweige) benötigt, um die Zuverlässigkeiten für alle Bits, die einem Symbol zugeordnet sind, auszumitteln. Jedoch ist die Anzahl verfügbarer Sende-Diversity-Zweige und/oder die Anzahl von ARQ-Sendevorgängen nicht immer ausreichend, um ein perfektes Mitteln durchzuführen. Folglich sollte das Mitteln dann auf einer Basis besten Bemühens durchgeführt werden, wie in dem Beispiel im Folgenden gezeigt.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungen mit Bezugnahme auf die begleitenden Figuren besser verständlich, wobei:
  • 1 ein Beispiel für eine 16-QAM-Signalkonstellation zeigt;
  • 2 ein Beispiel für eine unterschiedliche Zuordnung einer 16-QAM-Signalkonstellation zeigt;
  • 3 zwei weitere Beispiele für 16-QAM-Signalkonstellationen zeigt;
  • 4 eine beispielhafte Ausführung eines Kommunikationssystems nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 5 Einzelheiten einer Tabelle zum Speichern einer Vielzahl von Signalkonstellationsmustern zeigt.
  • Das hier beschriebene Verfahren führt ein kombiniertes Mitteln von Bit-Zuverlässigkeiten unter Berücksichtigung der Sende-Diversity-Zweige durch. Die folgende ausführliche Beschreibung wird für ein rechteckiges 16-QAM mit Gray-Mapping gezeigt. Das gezeigte Beispiel kann jedoch ohne Verlust von Allgemeinheit auf andere M-QAM und M-PSK (mit log2(M) > 2) Formate erweitert werden. Darüber hinaus werden die Beispiele für Sende-Diversity- und HARQ-Schemas gezeigt, die eine identische Bit-Sequenz auf beiden Zweigen und bei allen HARQ-Sendevorgängen senden (Schema mit einer einzelnen Redundanzversion). Dann kann wiederum eine Erweiterung auf ein Sende-Diversity- und HARQ-Schema vollzogen werden, das lediglich zum Teil identische Bits auf den Diversity-Zweigen und bei den HARQ-Sendevorgängen sendet. Ein Beispiel für ein System, das mehrere Redundanzversionen verwendet, wird in der Parallelanmeldung EP 01127244 beschrieben, die am 16. November 2001 eingereicht wurde. Unter Annahme eines Turbo-Kodierers können die systematischen Bits im Vergleich zu den Paritäts-Bits auf einer höheren Ebene gemittelt werden.
  • Auch wenn die Beispiele im Folgenden Einzelheiten einer Ausführung mit dem Spezialfall von Hybrid-ARQ (HARQ) nennen, ist zu beachten, dass die Einbeziehung eines Vorwärtsfehlerkorrekturcodes nicht dafür erforderlich ist, dass die vorliegende Erfindung Leistungssteigerungen zeigt. Die größten Leistungssteigerungen können jedoch unter Verwendung von HARQ erreicht werden.
  • Das folgende Beispiel beschreibt ein Verfahren mit zwei Diversity-Zweigen und HARQ.
  • 1. Sendevorgang:
  • Unter Annahme eines Sende-Diversity-Schemas mit zwei erzeugten Diversity-Zweigen, die an dem Empfänger unterscheidbar sind (z. B. durch unterschiedliche Spreizungs- oder Verwürfelungscodes in einem CDMA-System), und einer Sendung derselben Redundanzversion werden normalerweise vor Anwendung des Vorwärtsfehlerkorrektur-Dekodierers die empfangenen Diversity-Zweige an dem Empfänger kombiniert. Eine übliche Kombiniertechnik ist das Maximal Ratio Combining, das durch Addieren der berechneten Log-Likelihood-Verhältnisse LLR von jedem einzelnen empfangenen Diversity-Zweig erreicht werden kann.
  • Das Log-Likelihood-Verhältnis LLR als eine Soft-Metrik für die Zuverlässigkeit eines demodulierten Bits b von einem empfangenen Modulationssymbol r = x + jy wird wie folgt definiert:
    Figure 00060001
  • Wie aus 1 ersichtlich ist (Balken zeigen Zeilen/Spalten an, für die das jeweilige Bit gleich 1 ist), sind die Zuordnungen der Bits gleichphasiger Komponente und der Blindkomponenten-Bits zu der Signalkonstellation orthogonal (für M-PSK kann die LLR-Berechnung nicht durch Trennung in komplexe Komponenten vereinfacht werden, jedoch ist der allgemeine Ablauf des Bit-Zuverlässigkeitsmittelns ähnlich). Daher reicht es aus, sich auf die Bits i1 und i2 gleichphasiger Komponente zu konzentrieren. Dieselben Schlussfolgerungen gelten dann für q1 und q2.
  • Unter der Annahme, dass Zuordnung 1 von 1 auf die Bit-zu-Symbol-Zuordnung für den 1. Diversity-Zweig angewendet wird, ergibt das Log-Likelihood-Verhältnis LLR des höchstwertigen Bits i1 und des niedrigstwertigen Bits i2 für einen gaußschen Kanal die folgenden Gleichungen:
    Figure 00060002
    wobei x die gleichphasige Komponente des normierten empfangenen Modulationssymbols r bezeichnet und K ein Faktor ist, der zu dem Signal-Rausch-Verhältnis proportional ist. Unter der Annahme einer einheitlichen Signalkonstellation (x1 = 3x0) können die Gleichungen (2) und (3), wie bei S. Le Goff, A. Glavieux, C. Berrou, „Turbo-Codes und High Spectral Efficiency Modulation", IEEE SUPERCOMM/ICC '94, Bd. 2, S. 645–649, 1994, und Ch. Wengerter, A. Golitschek Edler von Elbwart, E. Seidel, G. Velev, M. P. Schmitt, „Advanced Hybrid ARQ Technique Employing a Signal Constellation Re arrangement", IEEE Proceedings of VTC 2002 Fall, Vancouver, Kanada, September 2002, gezeigt, recht gut genähert werden durch LLR(i1) ≈ –4Kx0x (4) LLR(i2) ≈ –4Kx0(2x0 – |x|) (5)
  • Das mittlere Log-Likelihood-Verhältnis LLR für i1 und i2 für ein vorgegebenes gesendetes Modulationssymbol ergibt die in Tabelle 1 angegebenen Werte (4Kx02 durch Λ ersetzt). „Mittlere" bezieht sich in diesem Sinne darauf, dass der mittlere empfangene Wert für einen vorgegebenen gesendeten Konstellationspunkt genau mit diesem gesendeten Konstellationspunkt übereinstimmt. Einzelne Abtastungen unterliegen selbstverständlich einem Rauschen gemäß dem Parameter K. Bei einem gaußschen Kanal beträgt jedoch der mittlere Wert des Rauschprozesses Null. Bei gesendeten Modulationssymbolen 0q11q2 und 1q11q2, wobei q1 und q2 willkürlich sind, ist die Größenordnung des mittleren LLR (i1) höher als die des mittleren LLR (i2). Dies bedeutet, dass das LLR für das höchstwertige Bit i1 von dem Inhalt des niedrigstwertigen Bits i2 abhängt; wobei z. B. in 1 i1 eine höhere mittlere Zuverlässigkeit hat, wenn der logische Wert für i2 gleich 1 ist (äußerst linke und äußerst rechte Spalten). Folglich weisen unter Annahme einer einheitlichen Verteilung gesendeter Modulationssymbole im Durchschnitt 50 % der höchstwertigen Bits i1 ungefähr die dreifache Größe in dem LLR von i2 auf.
    Symbol (i1q1i2q2) Mittlerer Wert von x Mittleres LLR (i1) Mittleres LLR (i2)
    0q10q2 x0 –4Kx0 2 = –Λ –4Kx0 2 = –Λ
    0q11q2 x1 –12Kx0 2 = –3Λ 4Kx0 2 = Λ
    1q10q2 –x0 4Kx0 2 = Λ –4Kx0 2 = –Λ
    1q11q2 –x1 12Kx0 2 = 3Λ 4Kx0 2 = Λ
    Tabelle 1. Mittlere LLR für Bits, die der gleichphasigen Komponente der Signalkonstellation für Zuordnung 1 in Figur 1 gemäß den Gleichungen (4) und (5) zugeordnet sind.
  • Wenn nun ein 2. Sende-Diversity-Zweig hinzugefügt wird, der z. B. eine identische Bit-Sequenz sendet, würden Schemas nach dem Stand der Technik eine identische Zuordnung zu dem 1. Diversity-Zweig einsetzen. Hier wird vorgeschlagen, eine 2. Signalkonstellationszuordnung (Zuordnung 2) gemäß 2 einzusetzen, die die in Tabelle 2 angegebenen mittleren LLR ergibt.
    Symbol (i1q1i2q2) Mittlerer Wert von x Mittleres LLR (i1) Mittleres LLR (i2)
    0q10q2 x0 –Λ –3Λ
    0q11q2 x1 –Λ 3Λ
    1q10q2 –x0 Λ –Λ
    1q11q2 –x1 Λ Λ
    Tabelle 2. Mittlere LLR für Bits, die der gleichphasigen Komponente der Signalkonstellation für Zuordnung 2 in Figur 2 zugeordnet sind.
  • Vergleicht man nun die soft-kombinierten LLR der empfangenen Diversity-Zweige unter Anwendung der Konstellationsneuordnung (Zuordnung 1 + 2) und unter Anwendung der identischen Zuordnungen (Zuordnung 1 + 1, Stand der Technik), kann anhand der Tabelle 3 beobachtet werden, dass die kombinierten Werte mittlerer LLR bei Anwendung der Konstellationsneuanordnung eine einheitlichere Verteilung aufweisen (Größen: 4 × 4Λ und 4 × 2Λ statt 2 × 6Λ und 6 × 2Λ). Bei den meisten Vorwärtsfehlerkorrektur-Dekodierern (z. B. Turbo-Codes und Faltungscodes) führt dies zu einer besseren Dekodierleistung. Untersuchungen haben ergeben, dass im Besonderen Turbo-Kodier-/Dekodiersysteme eine überlegene Leistung zeigen. Es ist zu beachten, dass die ausgewählten Zuordnungen nicht vollständig sind und mehr Kombinationen von Zuordnungen, die dieselben Anforderungen erfüllen, gefunden werden können.
    Sende-Diversity-Zweig Symbol (i1q1i2q2) Konstellationsneuanordnung (Zuordnung 1 + 2) Stand der Technik Keine Neuanordnung (Zuordnung 1 + 1)
    Mittleres LLR (i1) Mittleres LLR (i2) Mittleres LLR (i1) Mittleres LLR (i2)
    1 0q10q2 –Λ –Λ –Λ –Λ
    0q11q2 –3Λ Λ –3Λ Λ
    1q10q2 Λ –Λ Λ –Λ
    1q11q2 3Λ Λ 3Λ Λ
    2 0q10q2 –Λ –3Λ –Λ –Λ
    0q11q2 –Λ 3Λ –3Λ Λ
    1q10q2 Λ –Λ Λ –Λ
    1q11q2 Λ Λ 3Λ Λ
    1 + 2 kombiniert 0q10q2 –2Λ –4Λ –2Λ –2Λ
    0q11q2 –4Λ –4Λ –6Λ 2Λ
    1q10q2 2Λ –2Λ 2Λ –2Λ
    1q11q2 4Λ 2Λ 6Λ 2Λ
  • 2. und weitere Sendevorgänge:
  • Wenn der 1. Sendevorgang nicht erfolgreich dekodiert wurde, fordert der Empfänger einen Wiederholungs-Sendevorgang (2. Sendevorgang) an. Unter der Annahme, dass für den 2. Sendevorgang ebenfalls 2 Sende-Diversity-Zweige verfügbar sind, werden die 2 zusätzlichen Zuordnungen (Zuordnung 3 und Zuordnung 4 in 3) eingesetzt, um das Mitteln der Bit-Zuverlässigkeiten weiter zu verbessern, wie in Tabelle 4 gezeigt. In diesem Beispiel (unter der Annahme eines gleichen Signal-Rausch-Verhältnisses für alle empfangenen Signale) wird das Mitteln nach Empfang von 2 Sende-Diversity-Zweigen mal 2 Sendevorgänge (Möglichkeit zum Einsetzen von 4 unterschiedlichen Zuordnungen – für 16-QAM ausreichend) perfekt durchgeführt. Tabelle 4 vergleicht die LLR mit und ohne Anwendung der vorgeschlagenen Konstellationsneuanordnung. Bei näherem Blick auf die kombinierten LLR ist ersichtlich, dass bei Anwendung der Konstellationsneuanordnung die Größe aller Bit-Zuverlässigkeiten das Resultat 6Λ ergibt.
  • Erneut ist zu beachten, dass die ausgewählten Zuordnungen nicht vollständig sind und mehr Kombinationen von Zuordnungen, die dieselben Anforderungen erfüllen, gefunden werden können.
    Sende-Diversity-Zweig Sendevorgangsnummer Symbol (i1q1i2q2) Konstellationsneuanordnung (Zuordnung 1 + 2 + 3 + 4) Stand der Technik Keine Neuanordnung (Zuordnung 1 + 1 + 1 + 1)
    Mittleres LLR (i1) Mittleres LLR (i2) Mittleres LLR (i1) Mittleres LLR (i2)
    1 1 0q10q2 –Λ –Λ –Λ –Λ
    0q11q2 –3Λ Λ –3Λ Λ
    1q10q2 Λ –Λ Λ –Λ
    1q11q2 3Λ Λ 3Λ Λ
    2 1 0q10q2 –Λ –3Λ –Λ –Λ
    0q11q2 –Λ 3Λ –3Λ Λ
    1q10q2 Λ –Λ Λ –Λ
    1q11q2 Λ Λ 3Λ Λ
    3 2 0q10q2 –Λ –Λ –Λ –Λ
    0q11q2 –Λ Λ –3Λ Λ
    1q10q2 Λ –3Λ Λ –Λ
    1q11q2 Λ 3Λ 3Λ Λ
    4 2 0q10q2 –3Λ –Λ –Λ –Λ
    0q11q2 –Λ Λ –3Λ Λ
    1q10q2 3Λ –Λ Λ –Λ
    1q11q2 Λ Λ 3Λ Λ
    1 + 2 + 3 + 4 kombiniert 0q10q2 –6Λ –6Λ –4Λ –4Λ
    0q11q2 –6Λ 6Λ –12Λ 4Λ
    1q10q2 6Λ –6Λ 4Λ –4Λ
    1q11q2 6Λ 6Λ 12Λ 4Λ
    Tabelle 4. Mittlere LLR (pro Zweig) und kombinierte mittlere LLR für Bits, die der gleichphasigen Komponente der Signalkonstellation für die Diversity-Zweige und die (Wiederholungs-)Sendevorgänge zugeordnet sind, bei Einsatz der Zuordnungen 1 bis 4 sowie bei Einsatz von 4 Mal Zuordnung 1.
  • Wenn die Konstellationsneuanordnung unter Anwendung unterschiedlicher Zuordnungsschemas durchgeführt wird, würde man letztlich eine Anzahl unterschiedlicher Zuordnungen einsetzen, wie in 1, 2 und 3 angegeben. Wenn der identische Mapper (z. B. 1) für alle Sende-Diversity-Zweige beibehalten werden soll, kann z. B. Zuordnung 2 durch die folgenden Vorgänge aus Zuordnung 1 gewonnen werden:
    • – Austausch von Positionen der Original-Bits i1 und i2
    • – Austausch von Positionen der Original-Bits q1 und q2
    • – logische Bit-Inversion der Original-Bits i1 und q1
  • Alternativ können die Bits, die in den Positionen 1 und 2 enden, ebenfalls invertiert werden (wobei dies zu einer unterschiedlichen Zuordnung mit identischen Bit-Zuverlässigkeitseigenschaften führt).
  • Daher stellt die folgende Tabelle ein Beispiel bereit, wie die Zuordnungen 1 bis 4 (oder Zuordnungen mit äquivalenten Bit-Zuverlässigkeiten für ii, i2, q1 und q2) zu erzielen sind, wobei sich die Bits immer auf den ersten Sendevorgang beziehen und ein langer Strich über einem Zeichen logische Bit-Inversion dieses Bits bezeichnet:
    Zuordnungs-Nr. Verschachtelungseinrichtungs- und Invertiereinrichtungsfunktionalität
    1 i1q1i2q2
    2 i 2 q 2 i 1 q 1 oder i2q2 i 1 q 1
    3 i 2 q 2i1q1 oder i2q2i1q1
    4 i1q1 i 2 q 2 oder i 1 q 1 i 2 q 2
    Tabelle 5. Alternative Implementierung der Konstellationsneuanordnung durch Verschachtelung (Intra-Symbol-Verschachtelung) und logische Inversion von Bits, die den Modulationssymbolen zugeordnet sind.
  • Im Allgemeinen sollten wenigstens 2 unterschiedliche Zuordnungen für N > 1 Diversity-Zweige eingesetzt werden, wobei die Reihenfolge und die Auswahl der Zuordnungen ir relevant sind, solange der Bit-Zuverlässigkeits-Mittlungsprozess, das heißt die Verringerung von Unterschieden bei Bit-Zuverlässigkeiten, beibehalten wird.
  • Bevorzugte Verwirklichungen in Bezug auf die Anzahl eingesetzter Zuordnungen:
  • – M-QAM
    • – Einsatz von log2(M) unterschiedlichen Zuordnungen
    • – Einsatz von log2(M)/2 unterschiedlichen Zuordnungen
  • – M-PSK
    • – Einsatz von log2(M) unterschiedlichen Zuordnungen
    • – Einsatz von log2(M)/2 unterschiedlichen Zuordnungen
    • – Einsatz von 2log2(M) unterschiedlichen Zuordnungen
  • Die angewendeten Signalkonstellationszuordnungen für Modulation an dem Sender und Demodulation an dem Empfänger müssen für jeden einzelnen Sende-Diversity-Zweig übereinstimmen. Dies kann erreicht werden durch geeignetes Signalisieren von Parametern, die die korrekte Zuordnung oder Kombination von Zuordnungen anzeigen, die für die Diversity-Zweige und HARQ-Sendevorgänge anzuwenden sind. Alternativ kann die Definition der Zuordnungen, die für Sende-Diversity-Zweige und HARQ-Sendevorgänge anzuwenden sind, systemvordefiniert sein.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Kommunikationssystems nach der vorliegenden Erfindung. Im Besonderen umfasst das Kommunikationssystem einen Sender 10 und einen Empfänger 20, die über einen Kommunikationskanal kommunizieren, der aus einer Vielzahl von Diversity-Zweigen 40A, 40B und 40C besteht. Auch wenn in der Figur drei Diversity-Zweige dargestellt werden, ist einer Fachperson klar, dass eine willkürliche Anzahl von Zweigen ausgewählt werden kann. Von einer Datenquelle 11 werden Datenpakete einem Vorwärtsfehlerkorrektur-Kodierer 12, vorzugsweise einem Vorwärtsfehlerkorrektur-Turbo-Kodierer, zugeführt, wobei Redundanz-Bits zum Korrigieren von Fehlern hinzugefügt werden. Die von dem Vorwärtsfehlerkorrektur-Kodierer ausgegebenen Bits werden nachfolgend einer Zuordnungseinheit 13 zugeführt, die als ein Modulator arbeitet, um Symbole auszugeben, die gemäß dem angewendeten Modulationsschema gebildet wurden, das als ein Konstellationsmuster in einer Tabelle 15 gespeichert ist. Nachfolgend werden die Datensymbole auf eine Sendeeinheit 30 zum Senden über die Zweige 40A bis C angewendet. Der Empfänger 20 empfängt die Datenpakete durch die Empfangseinheit 35. Die Bits werden dann in eine Demapping-Einheit 21 eingegeben, die als ein Demodulator arbeitet und dasselbe Signalkonstellationsmuster verwendet, das in der Tabelle 15 gespeichert ist und das bei der Modulation dieser Bits verwendet wurde.
  • Die demodulierten Datenpakete, die über einen Diversity-Zweig empfangen werden, werden in einem temporären Puffer 22 gespeichert, um nachfolgend in einer Kombiniereinheit 23 mit den über wenigstens einen anderen Diversity-Zweig empfangenen Datenpaketen kombiniert zu werden.
  • Ein Wiederholungs-Sendevorgang wird durch eine automatische Wiederholungsanforderung, die von einem Fehlerdetektor (nicht gezeigt) ausgegeben wird, eingeleitet, was zur Folge hat, dass ein identisches Datenpaket von dem Sender 10 gesendet wird. In der Kombiniereinheit 23 werden die zuvor empfangenen fehlerhaften Datenpakete mit den erneut gesendeten Datenpaketen soft-kombiniert. Dann dekodiert ein Dekodierer die Bits und gibt ein Maß für die Sendequalität aus, wie z. B. die Bitfehlerrate.
  • Wie in 5 dargestellt wird, speichert die Tabelle 15 eine Vielzahl von Signalkonstellationsmustern #0...#n, die für die einzelnen Sendevorgänge über die einzelnen Diversity-Zweige und HARQ-Sendevorgänge gemäß einem vorbestimmten Schema ausgewählt werden. Das Schema, d. h. die Sequenz von Signalkonstellationsmustern, die zum Modulieren/Demodulieren verwendet werden, wird entweder in dem Sender und dem Empfänger vorgespeichert oder wird von dem Sender dem Empfänger vor Gebrauch signalisiert.

Claims (22)

  1. ARQ-Sendeverfahren in einem Drahtlos-Kommunikationssystem, bei dem Datenpakete auf Basis einer Wiederholungsanforderung unter Verwendung eines ersten Sendevorgangs und wenigstens eines zweiten Sendevorgangs von einem Sender zu einem Empfänger gesendet werden, wobei es die folgenden Schritte umfasst: Modulieren von Datenpaketen an dem Sender unter Verwendung einer ersten Zuordnung, um erste Datensymbole zu gewinnen, Modulieren der Datenpakete an dem Sender unter Verwendung einer zweiten Zuordnung, um zweite Datensymbole zu gewinnen, Durchführen des ersten Sendevorgangs durch Senden der ersten Datensymbole über einen ersten Diversity-Zweig und durch Senden der zweiten Datensymbole über einen zweiten Diversity-Zweig zu dem Empfänger, Durchführen des zweiten Sendevorgangs durch Senden der Datenpakete nach Modulation mit einer dritten Zuordnung zu dem Empfänger über wenigstens einen weiteren Diversity-Zweig, Demodulieren der empfangenen Datensymbole an dem Empfänger jeweils unter Verwendung der ersten bis dritten Zuordnung, Durchführen von Diversity-Kombinieren der über den ersten, den zweiten, und den wenigstens einen weiteren Diversity-Zweig empfangenen demodulierten Daten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zu sendenden Datenpakete wenigstens ein Datenpaket enthalten, das eine Vielzahl von Datenbits umfasst, die vor Modulation unter Verwendung eines Vorwärtsfehler-Korrekturschemas kodiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das eingesetzte Kodierschema ein Turbo-Kodierschema ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Modulationsschritt ein Modulationsschema höherer Ordnung, wie beispielsweise M-PSK, M-QAM verwendet und dabei gilt log2(M) > 2 gilt, und die auf die Datensymbole gemappten Datenbits in Abhängigkeit von dem ausgewählten Mapping unterschiedliche Bit-Zuverlässigkeiten aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Modulationsschema 16 QAM ist und eine Anzahl von log2(M) Zuordnungen verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zuordnungen für die Diversity-Zweige so ausgewählt werden, dass nach Kombinieren der Bits der Datenpakete die Unterschiede unter den kombinierten Bit-Zuverlässigkeiten geringer sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Daten zum Senden unter Verwendung eines Schemas mit einer einzelnen Redundanzversion mit einer identischen Datenbit-Sequenz moduliert werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Daten zum Senden unter Verwendung eines Schemas mit mehreren Redundanzversionen teilweise identischer Bits moduliert werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste bis dritte Zuordnung in einer Speichertabelle vorgespeichert sind.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die verwendeten Zuordnungen dem Empfänger signalisiert werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Zuordnungen ermittelt werden, indem die Bitwerte der auf die Datensymbole gemappten Bits invertiert und/oder ihre Positionen verschachtelt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verschachteln mit den Datensymbolen durchgeführt wird und daraus Intra-Symbol-Verschachtelung resultiert.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Daten mit einer Vielzahl von Redundanzversionen gesendet werden und die gesendeten Bits systematische Bits und Paritäts-Bits umfassen, wobei die systematischen Bits in jeder Redundanzversion enthalten sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die kombinierten durchschnittlichen Bit-Zuverlässigkeiten für die systematischen Bits höher sind als die der Paritäts-Bits.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der zweite Sendevorgang des Weiteren Verwenden einer vierten Zuordnung und Senden der mit der vierten Zuordnung modulierten Datensymbole über einen zweiten weiteren Diversity-Zweig umfasst.
  16. Sender (10) zum ARQ-Senden von Daten in einem Drahtlos-Kommunikationssystem, bei dem Datenpakete auf Basis einer von einem Empfänger empfangenen Wiederholungsanforderung unter Verwendung eines ersten Sendevorgangs und wenigstens eines zweiten Sendevorgangs zu einem Empfänger (20) gesendet werden, umfassend: eine Zuordnungseinheit (13) zum Modulieren von Datenpaketen unter Verwendung einer ersten Zuordnung, um erste Datensymbole zu erhalten, und zum Modellieren der Datenpakete unter Verwendung einer zweiten Zuordnung zum Erhalten zweiter Datensymbole, eine Sendeeinheit (30) zum Durchführen des ersten Sendevorgangs durch Senden der ersten Datensymbole über einen ersten Diversity-Zweig und durch Senden der zweiten Datensymbole über einen zweiten Diversity-Zweig zu dem Empfänger, wobei die Sendeeinheit (30) den zweiten Sendevorgang durch Senden der Datensymbole nach Modulation mit einer dritten Zuordnung über wenigstens einen weiteren Diversity-Zweig durchführt.
  17. Sender nach Anspruch 16, der des Weiteren eine Tabelleneinrichtung (15) zum Vorspeichern der ersten bis dritten Zuordnung umfasst.
  18. Sender nach Anspruch 16, der des Weiteren eine Verschachtelungseinrichtung und/oder eine Invertiereinrichtung zum Erhalten unterschiedlicher Zuordnungen umfasst.
  19. Sender nach einem der Ansprüche 16 bis 18, der des Weiteren einen Vorwärtsfehlerkorrektur-Kodierer (12) zum Kodieren der Datenbits vor Modulation umfasst.
  20. Empfänger (20) als Teil eines ARQ-Drahtlos-Kommunikationssystems zum Empfangen von Datenpaketen, die von einem Sender auf Basis einer Wiederholungsanforderung von dem Empfänger unter Verwendung einer ersten Sendung und wenigstens einer zweiten Sendung gesendet werden, umfassend: eine Empfangseinheit (35) zum Empfangen der ersten Sendung, die unter Verwendung einer ersten und einer zweiten Zuordnung modulierte Datenpakete umfasst, über einen ersten bzw. einem zweiten Diversity-Zweig, wobei die Empfangseinheit (35) die zweite Sendung, die unter Verwendung einer dritten Zuordnung modulierte Datenpakete umfasst, über wenigstens einen weiteren Diversity-Zweig empfängt, eine Demapping-Einheit (21) zum Demodulieren der empfangenen Datenpakete jeweils unter Verwendung der ersten bis dritten Zuordnung, eine Kombiniereinheit (23) zum Diversity-Kombinieren der demodulierten Datenpakete.
  21. Empfänger nach Anspruch 20, der des Weiteren eine Speichereinrichtung (22) zum Speichern empfangener Datensymbole vor Kombinieren derselben umfasst.
  22. Empfänger nach Anspruch 20 oder 21, der des Weiteren einen Vorwartsfehlerkorrektur-Dekodierer (24) zum Dekodieren der kombinierten Datensymbole nach Diversity-Kombinieren umfasst.
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