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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenkommunikationsvorrichtungen,
die dazu dienen, Daten zu übertragen,
die Teile von unterschiedlicher Wichtigkeit beinhalten. Ferner bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Übertragung
von Daten, die Teile von unterschiedlicher Wichtigkeit beinhalten.
Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Datenkommunikationsvorrichtungen
und Verfahren für
die Übertragung
von Daten, bei denen die Daten Teile von unterschiedlicher Wichtigkeit
beinhalten und die Daten mit einer Datenrate erzeugt werden, die
nicht mit der Datenrate, in der die Daten durch ein Datenübertragungssystem übertragen
werden, kompatibel ist.
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Digitale
Kommunikationssysteme sind dafür ausgelegt,
Daten zwischen Sendern und Empfängern
zu übertragen,
indem die Daten in einer Form abgebildet werden, die die Übertragung
der Daten über
ein Medium, über
das die Kommunikation erfolgt, erleichtern. Im Falle der Funkübertragung
beispielsweise werden die Daten als Funksignale abgebildet und zwischen
den Sendern und Empfängern
in einem Kommunikationssystem über
den Äther übertragen.
Bei Breitband-Telekommunikationsnetzen werden die Daten gegebenenfalls
als Lichtimpulse dargestellt und beispielsweise über ein Lichtwellenleiternetz
zwischen den Sendern und den Empfängern des Systems übertragen.
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Als
Ergebnis einer begrenzten Bandbreite, die einem beliebigen Datenkommunikationssystem zur
Verfügung
steht, wird die Übertragung
von datenführenden
Signalen häufig
reguliert, um jedem Sender im System einen im Wesentlichen gleichberechtigten
Zugriff auf die verfügbare Übertragungsbandbreite
zu gewähren.
Zu diesem Zweck wird in Datenkommunikationssystemen häufig ein
Mittel für
die Mehrfachkopplung von Daten (sog. Multiplexing) oder ein Mittel
für den
Vielfachzugriff bereitgestellt, das dazu dient, eine im Wesentlichen
gleichberechtigte Zuteilung von Bandbreite für die Sender zu gewährleisten.
Bekannte Multiplexing- oder Vielfachzugriffs-Mechanismen bewirken,
dass die Daten zwischen den Sendern und den Empfängern in Impulsen, Datenpaketen
oder Blöcken
transportiert werden, deren Übertragung über das
Datenübertragungsmedium
gemäß dem Vielfachzugriffs-
bzw. dem Multiplexing-Mechanismus geplant wird.
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Ein
Beispiel für
einen solchen Vielfachzugriffs-Mechanismus ist der Mechanismus,
der für
die Planung der Übertragung
von Funksignalen in einem Mobilfunk-Telefonsystem verwendet wird.
Der Vielfachzugriffs-Mechanismus plant hierbei die Funkübertragung
zwischen einer Mehrzahl von Sendern und einer entsprechenden Mehrzahl
von Empfängern über dasselbe
Spektrum von Funkfrequenzen. In diesem Fall verteilt der Vielfachzugriffs-Mechanismus
den Zugriff auf das zugeteilte Funkfrequenzspektrum zwischen jedem
der Sender gleichzeitig oder nacheinander. Dies wird dadurch erreicht,
dass die Daten in Datenpakete oder Blöcke zerlegt werden, die als
Funksignale repräsentiert
werden und in einem Zeitschlitz oder Zeitrahmen übertragen werden, der dem Sender
von dem Vielfachzugriffs-Mechanismus
zugewiesen wird.
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Ein
weiteres Beispiel für
ein Datenkommunikationssystem, in dem Daten in Form von Datenpaketen
oder Blöcken übertragen
bzw. transportiert werden, ist ein Breitband-Telekommunikationsnetz, das nach dem
asynchronen Übertragungsmodus (Asynchronous
Transfer Mode) arbeitet. In Telekommunikationssystemen mit dem asynchronen Übertragungsmodus
werden Daten als eine Mehrzahl von Zellen übertragen, die jeweils Daten
enthalten, die für einen spezifischen
Empfänger
bestimmt sind, sowie Informationen, die zu einer Kennung des Empfängers gehören, an
den die Informationen zu richten sind, und den Leitweg, über den
die Daten den Empfänger
erreichen sollen.
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Es
besteht ein zunehmender Bedarf an Datenkommunikationssystemen für den Transport
von Daten von einer Mehrzahl verschiedener Datenquellen, die für mehrere
verschiedene Typen von Daten stehen. Daher kann die Datenrate, mit
der Daten erzeugt werden, zwischen den verschiedenen Datentypen
erhebliche Unterschiede aufweisen und können auch bei den grundlegenden
Merkmalen Unterschiede bestehen. Beispielsweise kann etwa eine der
Datenquellen ein Sprachcodierer sein, der Rahmen mit digitalen Daten
generiert, welche analoge Sprachsignale repräsentieren, die von einem Benutzer
des Datenkommunikationssystems erzeugt wurden, um ein Telefongespräch zu führen. Weitere
Beispiele sind die Übertragung
von Videobildern oder Fotoaufnahmen, die in Form digitaler Daten
dargestellt werden. Demzufolge muss das Vielfachzugriffssystem,
das Bestandteil des Datenkommunikationssystems ist, entsprechend
ausgelegt sein, um Daten von einer Mehrzahl verschiedener Datenquellen
zwischen den Sendern und den Empfängern des Systems zu transportieren,
wobei die verschiedenen Datenquellen die Daten mit unterschiedlichen
Datenraten erzeugen. So erfolgt beispielsweise die Erzeugung von
digitalen Daten, die Sprachsignale darstellen, mit einer im Wesentlichen
konstanten und relativ niedrigen Datenrate, während die Erzeugung von digitalen
Daten, die Videobilder repräsentieren,
mit relativ hoher Datenrate abläuft,
und in dem Fall, dass lediglich die Änderungen in den Videobildern übertragen
werden, werden die digitalen Daten diskontinuierlich, d.h. in Abständen, gesendet.
Andere Arten von Datenquellen, etwa die Übertragung von Dateien mit
Daten eines Computers, unterliegen nicht den Beschränkungen einer
bestimmten Zeit der Übertragung
der Daten und können
daher mit einer im Wesentlichen unregelmäßigen oder „diskontinuierlichen" Datenrate übertragen
werden.
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Wie
bereits ausgeführt,
ist der Vielfachzugriffs-Mechanismus eines Datenkommunikationssystems
in der Regel so ausgelegt, dass die Nutzung der Übertragungsbandbreite, die
dem Datenkommunikationssystem zugeteilt wurde, optimiert wird. Infolge des
Vorhandenseins unterschiedlicher Typen von Daten, die von dem Datenübertragungssystem übertragen
werden können,
ist der Vielfachzugriffs-Mechanismus in vielen Fällen für den vorherrschendsten oder
wahrscheinlichsten Datentyp optimiert, der über das Datenkommunikationssystem
zu übertragen
ist. Entsprechend wird die Größe der Datenpakete,
Blöcke
oder Impulse nur für
eine bestimmte Art von Verkehr einer Datenquelle optimiert. Beispielsweise
richtet sich im Fall der Mobilfunk-Telefonie die Größe der Datenpakete
oder Funksignal-Impulse,
in denen die Daten übertragen
werden, meist nach der Datenrate, mit der die digitalen Daten, die
an die Stelle der Sprachsignale treten, erzeugt werden.
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In
einer Situation, in der die Datenquelle Daten mit einer Datenrate
erzeugt, die nicht kompatibel ist mit der Datenrate, auf die das
Datenkommunikationssystem optimiert wurde, werden die Rahmen mit Daten,
die von der Datenquelle erzeugt wurden, nicht mit der Größe des Datenpakets,
Impulses oder Blocks übereinstimmen,
in dem von dem Vielfachzugriffs-Mechanismus Daten transportiert
werden. Das bedeutet, dass die Größe der von der Datenquelle
erzeugten Datenrahmen nicht zu der vorab festgelegten Größe des datenführenden
Blocks, Datenpakets oder Impulses des Vielfachzugriffs-Mechanismus passt.
Dazu kann es kommen, weil der Datenrahmen zu groß oder zu klein ist. Ist der
Rahmen zu groß, müssen Vorkehrungen
getroffen sein, dass der Rahmen in mehr als einem Transportdatenblock übertragen werden
kann. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass der Block exakt die passende
Größe aufweist. Es
muss also dafür
gesorgt werden, dass die verbleibende Datenübertragungskapazität des Transportdatenpakets,
-impulses oder -blocks mit Daten aufgefüllt wird, damit die Übertragungsbandbreite,
die dem Sender von dem Vielfachzugriffssystem zugeteilt wurde, optimal
ausgeschöpft
wird. Diese Vorkehrung bzw. dieses Verfahren ist unter Fachleuten
auf diesem Gebiet der Technik bekannt als „Rate Matching" (Anpassung der Datenrate).
Ein Verfahren zur Anpassung der Datenrate, das in Kapitel 3.2.3
einer Veröffentlichung,
die die Luftschnittstelle der Bitübertragungsschicht des UMTS-Funkzugangs
beschreibt – „Airinterface
of the Universal Telecommunications Radio Access Physical Layer
Description", Spezifikationssystem
Band 0.3, herausgegeben von der „Special Mobile Group 2" der „Universal
Mobile Terrestrial System Physical Layer Expert Group" (Gruppe von Experten
für die
Bitübertragungsschicht
im UMTS) des Instituts für
europäische
Telekommunikationsstandards ETSI (European Telecommunications Standards
Institute) – vorgestellt
wird, ist als „Unequal
Repetition" (ungleichmäßige Wiederholung
von Bits) bekannt. Unequal Repetition beinhaltet, dass der verbleibende
Teil des Transportdatenblocks mit Daten ausgefüllt wird, die aus einem Teil
oder der Gesamtheit des Datenrahmens ausgewählt werden, der bereits den
anderen Teil des Transportdatenblocks füllt. Ein weiterer bekannter
Mechanismus zur Anpassung der Datenrate durch Wiederholung von Bits oder
Code-Punktierung wird in dem Dokument „Specification of the Air-Interface
for Third Generation Mobile System" (Spezifikation der Luftschnittstelle
für Mobilfunksystem
der dritten Generation), Version 0, Band 3, am 18. Dezember 1997
veröffentlicht
von der Association of Radio Industries and Businesses (ARIB, japanisches
Standardisierungsgremium), Japan, aufgezeigt.
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Ein
weiteres typisches Merkmal von unterschiedlichen Quellen digitaler
Daten ist, dass die von der Datenquelle erzeugten Daten häufig von
unterschiedlicher Wichtigkeit sind. Das heißt, dass Fehler in einigen
Teilen der Daten, die von der Datenquelle erzeugt werden, größere subjektive
oder relative Auswirkungen haben als Fehler in anderen Teilen der von
der Datenquelle erzeugten Daten. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein
digitaler Datenrahmen, der von einem Sprachcodierer erzeugt wird,
der gemäß einem
Sprachcodierungsalgorithmus arbeitet, bei dem Fehler in einem ersten
Segment des Datenrahmens erheblich negativere Auswirkungen auf die
subjektive Qualität
der reproduzierten Sprachsignale haben als Fehler in einem zweiten
Teil des Sprachdatenrahmens. Ein weiteres Beispiel ist ein Rahmen
oder Impuls, der Videosignale repräsentiert und in dem Synchronisationsinformationen,
die als Bestandteil des digitalen Datenrahmens übertragen werden, von wesentlich
größerer Wichtigkeit
sind als Fehler in anderen Teilen des digitalen Datenrahmens.
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Das
europäische
Patent
EP 0 643 493 offenbart
eine Codierer/Decodierer-Vorrichtung, mit der ein Fehlerkorrekturmechanismus
in Codierern mit niedriger Bitrate realisiert werden kann, um ihre
Leistung bei Vorhandensein von Übertragungsfehlern
zu verbessern. Die feste Anzahl von Ausgangsbits bei einem Codec
mit halber Bitrate wird in drei verschiedene Klassen eingeteilt,
Klasse 1, 2 und 3. Bits der Klasse 1 werden mit einem ½-Nordstrom-Code
codiert, Bits der Klasse 2 werden mit einem 8/14-Nordstrom-Code
codiert und Bits der Klasse 3 werden gar nicht codiert. Nachdem
die Codierung ausgeführt
ist, werden die Bits verschachtelt (sog. „Interleaving") und übertragen.
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Das
Patent WO 97 16899 offenbart ein Datenübermittlungsverfahren in einem
digitalen Zellularfunknetz, wobei das Verfahren den Schritt der
Kanalcodierung der Informationen umfasst, die für die Übertragung übermittelt werden sollen. Um
eine feste Datenrate zu realisieren, indem ein Zeitschlitz nur für die Datenübertragung
genutzt wird, werden die zu übertragenden
Bits in Blöcken
zusammengefasst, die eine Mindestgröße von 288 Bits haben, wozu
ein ½-Faltungscode
verwendet wird und anschließend Bits
aus den so entstandenen Blöcken
punktiert werden, sodass die Blöcke
nicht mehr als 456 Bits enthalten.
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G.
W. Beakley, „Channel
Coding for Digital HDTV Terrestrial Broadcasting" (Kanalcodierung für digitale terrestrische HDTV-Ausstrahlung), IEEE Transactions
on Broadcasting, Bd. 37, Nr. 4, Dezember 1991, Seiten 137–140, zeigt
auf, dass die Kanalcodierung dazu eingesetzt wird, Blockfehler und Mehrfachrahmenausbreitung
in der HDTV-Ausstrahlung zu vermeiden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Datenkommunikationsvorrichtung entsprechend
Patentanspruch 1 bereitgestellt.
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Indem
ein Datenrahmen so angeordnet wird, dass er zumindest erste und
zweite Datenteile umfasst, die in erste und zweite Transportdatenteile
umgewandelt werden sollen, welche im Wesentlichen der Wichtigkeit
der ersten und zweiten Datenteile angepasst sind, die durch die
ersten und zweiten Transportdatenblöcke repräsentiert werden, können die ersten
und zweiten Datenteile durch die Datenkommunikationsvorrichtung
in einer Weise übertragen werden,
die sowohl die Größe des Blocks,
in dem die Informationen durch den Vielfachzugriffs-Mechanismus
transportiert werden, als auch die Datenraten des Datentransportblocks
entsprechend der relativen Wichtigkeit der ersten und zweiten Datenteile
anpasst.
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Die
Daten aus den ersten und zweiten für den Transport codierten Datenteilen
werden punktiert, wobei die wichtigeren der besagten ersten und zweiten
Transportdatenteile in geringerem Umfang punktiert werden als die
weniger wichtigen der besagten ersten und zweiten Transportdatenteile.
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Der
Begriff des „Punktierens", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf und beinhaltet einen Vorgang des Stornierens
oder Löschens
von Bits aus einem codierten Datenblock mit dem Ziel, dass die punktierten
Bits nicht zusammen mit diesem Datenblock übertragen werden. Wie Fachleuten
auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, wirkt sich diese Punktierung
dahingehend aus, dass die Menge der tatsächlich übertragenen Daten vermindert
wird. Auf der Seite des Empfängers
des punktierten codierten Datenblocks ist die Position der punktierten
Bits bekannt, obwohl die Bits selbst nicht bekannt sind. Somit sind
die Bits an den punktierten Positionen unbekannt, sodass sie für den Decodieralgorithmus
des Fehlerkorrektur-Codes als ein beliebiger möglicher Wert dargestellt werden.
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Die
ersten und zweiten Transportdatenblöcke können erzeugt werden, indem
die ersten und zweiten Datenteile je nach ihrer relativen Wichtigkeit selektiv
wiederholt werden. Zumindest einer der ersten und zweiten Transportdatenblöcke kann
dadurch erzeugt werden, dass die ersten oder die zweiten Datenteile
mit einem Fehlerkorrektur-Code codiert werden. Als Fehlerkorrektur-Code
können
erste und zweite Fehlerkorrektur-Codes
verwendete werden, wobei die Codierung mittels der ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codes
sich nach der relativen Wichtigkeit der ersten und zweiten Datenteile
richtet.
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Der
Begriff des „Fehlerkorrektur-Codes", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf und beinhaltet jedes beliebige Mittel zur
Erkennung oder Korrektur von Fehlern, indem die codierten Daten
gemäß einem
auf die Daten angewandten Algorithmus redundant abgesichert werden.
Beispiele für
Fehlerkorrektur-Codes,
die Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind, sind
unter anderem Faltungscodes, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem-Codes, Reed-Solomon-Codes,
Codes für
die zyklische Redundanzprüfung
oder praktisch jegliche Art der Wiederholung oder der Bereitstellung
von Paritätsprüfbits für einen
Teil eines Rahmens oder den gesamten Rahmen mit digitalen Daten.
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Die
ersten und zweiten Transportdatenblöcke können durch eine Kombination
aus dem Codieren der ersten und zweiten Datenteile mit einem Fehlerkorrektur-Code
und dem Punktieren der codierten Daten erzeugt werden, wobei die
wichtigeren der besagten ersten und zweiten Transportdatenteile
in geringerem Umfang punktiert werden als die weniger wichtigen
der besagten ersten und zweiten Transportdatenteile.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung
erster und zweiter Datenteile bereitgestellt wie in Patentanspruch
11 beschrieben.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm eines Mobilfunk-Kommunikationssystems enthält;
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2 ein
schematisches Blockdiagramm eines Senders und eines Empfängers zeigt,
die Bestandteil des Mobilfunk-Kommunikationssystems
aus 1 sind;
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3 in
einem Blockdiagramm das Erzeugen eines Blocks von Daten für den Transport
durch den in 2 dargestellten Sender und Empfänger veranschaulicht;
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4 ein
weiteres Beispiel für
einen Datenrahmen ist, der drei verschiedene Teile von jeweils unterschiedlicher
Wichtigkeit enthält;
und
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5 ein
weiteres Blockdiagramm enthält, das
einen weiteren möglichen
Prozess zum Übertragen
eines Datenrahmens zeigt, der Teile von unterschiedlicher Wichtigkeit
in einer vorab definierten Blockgröße enthält.
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Für die Beschreibung
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird Bezug genommen auf ein Mobilfunk-Kommunikationssystem.
Ein solches Mobilfunk-Kommunikationssystem
kann mit einem Vielfachzugriffssystem ausgestattet sein, das beispielsweise
gemäß dem TDMA (Time
Division Multiple Access, Vielfachzugriff im Zeitmultiplex)-Verfahren arbeitet,
wie es im GSM-System (Global System for Mobile Communications, globales
System für
Mobilkommunikation) zum Einsatz kommt, das ein Standard für Mobilfunk-Telefonie
ist und vom Institut für
europäische
Telekommunikationsstandards (ETSI) verwaltet wird. Alternativ könnte das
Mobilfunk-Kommunikationssystem mit einem Vielfachzugriffssystem
ausgestattet sein, das nach dem CDMA (Code Division Multiple Access,
Vielfachzugriff im Codemultiplex)-Verfahren arbeitet, wie es für die dritte
Generation von Mobilfunknetzen wie UMTS (Universal Mobile Telecommunication
System, universelles System für Mobilkommunikation)
vorgeschlagen wird. Es ist jedoch offensichtlich, dass zur Veranschaulichung
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein beliebiges Datenkommunikationssystem
herangezogen werden kann, beispielsweise ein Ortsnetz (LAN, Local
Area Network) oder ein Breitband-Telekommunikationsnetz, das gemäß dem asynchronen Übertragungsmodus
(Asynchronous Transfer Mode) arbeitet. Diese beispielhaften Datenkommunikationssysteme
sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass darin Daten in Form
von Impulsen, Datenpaketen oder Blöcken übertragen werden. Im Fall eines
Mobilfunk-Kommunikationssystems werden die Daten in Impulsen aus
datenführenden
Funksignalen übertragen,
die eine vorab definierte Größe der Daten
repräsentieren.
Ein Beispiel für
ein solches Mobilfunk-Kommunikationssystem ist in 1 dargestellt.
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In 1 sind
drei Basisstationen BS dargestellt, die in einem Versorgungsbereich,
der aus den Zellen 1, gekennzeichnet durch die gestrichelten
Linien 2, besteht, Funksignale mit Mobilstationen MS austauschen.
Die Mobilstationen MS und die Basisstationen BS übertragen Daten, indem sie
Funksignale, hier mit 4 gekennzeichnet, zwischen den Antennen 6 der
Mobilstationen MS und der Basisstationen BS senden. Die Daten werden
zwischen den Mobilstationen MS und den Basisstationen BS mithilfe
einer Datenkommunikationsvorrichtung übertragen, in der die Daten
in die Funksignale 4 umgewandelt werden, welche dann an
die Empfangsantenne 6 übertragen
werden, die die Funksignale erkennt. Von dem Empfänger der
Funksignale werden die Daten wiederhergestellt.
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Ein
Beispiel für
eine Datenkommunikationsvorrichtung, die eine Funkübertragungsverbindung zwischen
einer der Mobilstationen MS und einer der Basisstationen BS herstellt,
wird in 2 gezeigt. In 2 wird
eine Quelle digitaler Daten 10 gezeigt, die Datenrahmen
erzeugt, welche erste und zweite Datenteile enthalten, die auf den
getrennten Leitern 11', 11'' an die ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codierer 12, 14 übermittelt
werden. Die Datenquelle 10 der vorliegenden beispielhaften
Ausführungsform
erzeugt Rahmen mit digitalen Daten, die NC Bits
enthalten, die für
analoge Signale eines vorab definierten Zeitraums stehen. Die ersten
Daten werden über
den Leiter 11' in
den Fehlerkorrektur-Codierer 12 eingespeist, der den ersten
Datenteil des Rahmens gemäß einem
vorab definierten Fehlerkorrektur-Algorithmus codiert. In derselben
Weise werden die zweiten Daten über
den weiteren Leiter 11'' in einen zweiten
Fehlerkorrektur-Codierer 14 eingespeist, der den zweiten
Datenteil des Rahmens gemäß einem
zweiten Fehlerkorrektur-Algorithmus codiert. Wie sich von selbst
versteht, können
die ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codierer 12, 14 von
einem gängigen
Codierer gebildet werden, der dazu dient, eine codierte Version
der ersten und zweiten Datenteile zu erzeugen, wofür derselbe
Codieralgorithmus verwendet wird. Die codierten ersten und zweiten
Datenteile werden anschließend über Leiter an
einen Bitraten-Konverter 16 geleitet. Der Bitraten-Konverter 16 dient
zusammen mit den Fehlerkorrektur-Codierern 12, 14 dazu,
die von der Datenquelle 10 erzeugten Datenrahmen in Transportdatenblöcke umzuwandeln,
die von einem Vielfachzugriffssystem der Funkkommunikationsvorrichtung
transportiert werden können.
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Das
Vielfachzugriffssystem plant die Übertragung der Funksignal-Impulse über eine
Luftschnittstelle, die durch das Vielfachzugriffssystem gebildet
wird, und zwar in einer Weise, dass das Funkfrequenzspektrum, das
dem Mobilfunk-Kommunikationssystem
zugeteilt wurde, von jedem der Sender- und Empfängerpaare, die in den Mobilstationen MS
und den Basisstationen BS ausgeführt
sind, genutzt werden kann. Auf diese Weise werden die codierten
Datenrahmen, die anhand der ersten und zweiten codierten Datenteile
erzeugt wurden, zu Transportdatenblöcken einer vorab definierten
Größe von N
Bits umgewandelt, die der Größe der Datenübertragungskapazität der Funksignal-Impulse
entspricht. Entsprechend speist der Bitraten-Konverter 16 die
Transportdatenblöcke
von N Bits in den Funksender 18 ein, der daraus Funksignale
erzeugt, die den Transportdatenblock repräsentieren, und die Funksignale
entsprechend dem Vielfachzugriffssystem überträgt. Die Funksignale werden
von einer Antenne 6',
die an den Funksender 18 angeschlossen ist, ausgestrahlt
und über
den Äther
an eine Empfängerantenne 6'' übertragen, die mit einem Funkempfänger 22 gekoppelt
ist. Der Funkempfänger 22 übernimmt
es, die Funksignal-Impulse herunterzuwandeln und wiederherzustellen,
um den Transportdatenblock wiederzugewinnen, der von dem Bitraten-Konverter 16 in
den Funksender 18 eingespeist wurde. Der von dem Funkempfänger 22 wiederhergestellte
Transportdatenblock wird anschließend in einen Bitraten-Dekonverter 24 eingespeist,
der in Kombination mit den Daten-Decodierern 26, 28 den Datenrahmen
wiederherstellt. Der Bitraten-Dekonverter 24 trennt die
ersten und zweiten codierten Datenteile von dem Transportdatenblock
und speist die ersten codierten Datenteile in den Daten-Decodierer 26 und
die zweiten codierten Datenteile in den zweiten Daten-Decodierer 28 ein.
Die ersten und zweiten Daten-Decodierer 26, 28 decodieren
die ersten und zweiten Datenteile und stellen die ersten und zweiten Datenteile
wieder her, die anschließend
in eine Datensenke 30 abgegeben werden, wo die wiederhergestellten
Datenteile in die wiedergewonnenen Datenrahmen zurückverwandelt
werden.
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Wie
schon ausgeführt
muss ein Datenkommunikationssystem, für das das in 1 gezeigte Mobilfunk-Kommunikationssystem
nur ein Beispiel ist, dafür
ausgelegt sein, Daten verschiedener Datentypen zu transportieren,
die Daten mit wesentlich unterschiedlichen Datenraten erzeugen.
Daher ist die Größe des datenführenden
Transportdatenblocks, der durch die Funksignale repräsentiert
wird, die von dem Vielfachzugriffssystem übertragen werden, für den gängigsten
oder vorherrschendsten Datentyp angepasst. Für Mobilfunk-Telefonsysteme der zweiten Generation,
wie etwa das GSM-System (Global System for Mobile Communication,
globales System für
Mobilkommunikation), sind dies analoge Sprachsignale. In Mobilfunksystemen
der dritten Generation, etwa dem UMTS-System (Universal Mobile Telecommunications
System, universelles System für Mobilkommunikation),
das vom Institut für
europäische
Telekommunikationsstandards (ETSI) verwaltet wird, muss sogar eine
noch breitere Palette von Datentypen übertragen werden, wozu es erforderlich
ist, dass das Vielfachzugriffssystem für andere Datentypen optimiert
wird, beispielsweise eine ganzzahlige Teilung eines ISDN-Dienstes,
der eine Datenrate von 64 kbit pro Sekunde aufweist. Entsprechend
wird eine weitere Datenquelle, wie dies in dem vorliegenden Beispiel
der Fall ist, mit größter Wahrscheinlichkeit
Daten mit einer anderen Datenrate erzeugen als der, für die das
Funkübertragungssystem
angepasst ist, und somit wird die Menge der Daten in dem Rahmen
(NC Bits) von der betreffenden Datenquelle wahrscheinlich
den Transportdatenblock (N Bits) nicht ausfüllen, der durch die Funksignale übertragen werden
kann.
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Es
versteht sich, dass ein Datenrahmen, der von der Datenquelle 10 erzeugt
wird, betrachtet werden könnte
als bestehend aus einer Anzahl von NC Bits
oder Symbolen, wobei ein Symbol eine Mehrzahl von Bits darstellt.
Der Begriff „Bits", wie er hier verwendet
wird, kann gegen den Begriff „Symbole" ausgetauscht werden,
ohne dass dies Auswirkungen auf den Schutzanspruch der beispielhaften
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hat.
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Alternativ
muss, wenn die Datenquelle 10 einen Datenrahmen erzeugt,
der größer ist
als die Datenmenge, die in einen Transportdatenblock passt, der
in einem Funksignal-Impuls übertragen
wird, eine Mehrzahl von Funksignal-Impulsen genutzt werden, um den
gesamten Datenrahmen zu übertragen.
In jedem Fall entsteht das technische Problem, wie der verbleibende
Platz in einem Transportdatenblock ausgefüllt werden kann, in dem die
Informationsbits des Datenrahmens nicht ausreichen, um den Transportdatenblock
vollständig
zu füllen.
Ferner sind, wie in dem beispielhaften Datenkommunikationssystem aus 2,
die von der Datenquelle 10 erzeugten Daten nicht alle von
gleicher Wichtigkeit, das heißt, der
erste Datenteil kann wichtiger sein als der zweite Datenteil.
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Eine
Anordnung, die den Betrieb der in 2 gezeigten
Datenkommunikationsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, ist in 3 dargestellt.
In 3 ist der Datenrahmen, der von der Datenquelle 10 erzeugt
wurde, als ein Datenrahmen 36 dargestellt. Der Datenrahmen 36 setzt
sich zusammen aus ersten Datenbits 38 und zweiten Datenbits 40,
die den verschiedenen ersten und zweiten Datenteilen entsprechen,
welche getrennt voneinander in die ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codierer 12, 14 eingespeist
wurden. Wie in 3 zu sehen, wird, nachdem die
ersten und zweiten Datenteile mit den ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codes codiert
sind, ein Datenblock 42 erzeugt. Der Datenblock 42 besteht
aus ersten codierten Datenbits 44 und zweiten codierten
Datenbits 46. Durch die ersten und zweiten codierten Datenbits 44, 46 hat
sich somit die Anzahl der zu übertragenden
Datenbits entsprechend um redundante Daten erhöht, die den von der Datenquelle 10 erzeugten
Daten hinzugefügt
wurden. Die redundanten Daten werden gemäß den ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codes
erzeugt. Allerdings übersteigt,
wie an dem Transportdatenblock 48 in 3 zu
sehen, die Gesamtzahl der Bits bzw. Symbole in den ersten und zweiten
codierten Datenteilen die vorab für die Daten definierte Größe (N Bits),
die in dem Transportdatenblock übertragen werden
kann. Um die Größe des Datenblocks 42 zu reduzieren,
werden daher die Daten aus den ersten und zweiten Datenblöcken 44, 46 punktiert,
um bestimmte Datenbits bzw. Symbole herauszunehmen, die nicht mit übertragen
werden. Dabei erfolgt die Punktierung der ersten und zweiten codierten
Datenblöcke 44, 46 jedoch
im Verhältnis
zu der relativen Wichtigkeit der ersten und zweiten Daten, die durch die
ersten und zweiten codierten Datenblöcke repräsentiert werden. Entsprechend
wird der erste codierte Datenteil 44 in geringerem Umfang
punktiert als der zweite codierte Datenteil 46, wie es
der relativen Wichtigkeit der Informationen entspricht, für die die ersten
und zweiten Datenteile stehen. Somit setzt sich der Transportblock
aus den ersten und zweiten Transportdatenblöcken 50, 52 zusammen
wie in 3 gezeigt.
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Wie
für Fachleute
auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich, kann eine Datenquelle
Datenrahmen erzeugen, die mehr als zwei Datenteile von unterschiedlicher
Wichtigkeit enthalten. Als Beispiel zeigt 4 einen
Datenrahmen, der drei Klassen von Datenbits umfasst, die in dem
Datenrahmen gleichmäßig verteilt
sind. In 4 wird ein Datenrahmen 60 gezeigt,
der drei Klassen von Datenbits 62, 64 und 66 enthält. Ferner
wird in 4 der Datenrahmen 60 mit
den Punktierungspositionen 68 gezeigt, die an den Stellen
markiert sind, an denen Datenbits gelöscht werden sollen. Wie für Fachleute
auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich, wird, je mehr Datenbits
aus einem codierten Datenrahmen punktiert werden, der Fehlerkorrektur-Code
zunehmend unzureichender arbeiten, wenn die Daten wieder decodiert
werden. Somit wird, wie in 4 zu sehen,
der codierte Datenrahmen 60, der drei Klassen von Datenbits 62, 64 und 66 in
absteigender Reihenfolge nach Wichtigkeit aufweist, in der Weise punktiert,
dass die erste Klasse von Datenbits 62 in geringerem Umfang
punktiert wird als die zweite Klasse von Datenbits 64,
die wiederum in geringerem Umfang punktiert wird als die dritte
Klasse von Datenbits 66. Dies spiegelt sich in dem Verhältnis der Punktierungspositionen
wider, die durch die Punktierungsmarkierungen angegeben werden,
welche durch die Balken 68 dargestellt werden. Dies impliziert
entsprechend, dass jeder Teil des Datenrahmens mithilfe eins Codes
codiert wird, der im Wesentlichen dieselbe Datenrate aufweist, jedoch
nicht notwendigerweise mit demselben Code.
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Ein
weiteres Beispiel eines Vorgangs, bei dem Datenrahmen entsprechend
der relativen Wichtigkeit der einzelnen Teile des Datenrahmens umgewandelt
werden, ist in 5 dargestellt. In 5 ist
ein zu übertragender
Datenrahmen 80 dargestellt, der aus den ersten und zweiten
Datenteilen 82, 84 besteht, die von unterschiedlicher
Wichtigkeit sind. Wie Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt
ist, treten Fehler, die während
der Übertragung mittels
Funksignalen auftreten, in der Regel in Impulsen auf. Fehlerkorrektur-Decodierer,
die eingesetzt werden, um mit Fehlerkorrektur codierte Daten zu
decodieren, haben bekanntlich größere Schwierigkeiten,
Daten korrekt zu decodieren, wenn Fehler in Impulsen auftreten.
Ein Weg, die Auswirkungen von Fehlerimpulsen, die während der Übertragung
auftreten, zu vermindern, besteht darin, die Daten umzuordnen („Permutieren") oder zu verwürfeln („Scrambling"), das heißt, Teile
der Daten an anderen Positionen im Datenrahmen zu platzieren, was
bewirkt, dass die Datenbits bzw. Symbole aus verschiedenen Teilen
des codierten Datenrahmens vermischt werden. Dies ist in 5 durch
den Datenblock 86 veranschaulicht, der aus dem Datenblock 80 gebildet
wurde, indem die ersten und zweiten Datenteile 82, 84 innerhalb
des Datenblocks 80 verteilt und anders platziert wurden.
Anschließend
wird der Fehlerkorrektur-Code auf den Datenblock 86 angewendet
und es entsteht der codierte Datenblock 88. Auch hier ist wieder
der codierte Datenblock 88 zu groß, um in die Nutzlast des Transportdatenimpulses
(N Bits) zu passen, der durch die Funksignale übertragen wird, die innerhalb
eines Zeitschlitzes des Vielfachzugriffs-Mechanismus gesendet werden
können.
Daher werden die Datenbits des codierten Datenblocks 88 punktiert,
sodass die Menge der Daten, die übertragen werden
müssen,
wesentlich reduziert wird. Dies ist an dem Datenblock 90 in 5 zu
erkennen. Der in 5 gezeigte Datenblock 90 wird
jedoch in der Weise gebildet, dass die codierten Daten, die wichtiger
sind, in geringerem Umfang punktiert werden als die weniger wichtigen
Daten, die stärker
punktiert werden.
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Für die Beschreibung
der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wurde Bezug genommen auf die Codierung von
Daten mittels eines Fehlerkorrektur-Codes, um die übertragenen
Daten redundant bereitzustellen und dadurch die Vollständigkeit
des übertragenen
Datenrahmens zu erhöhen.
In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung jedoch könnte
die Codierung durch die Datencodierer 12, 14 dadurch
erfolgen, dass selektiv Teile der ersten oder der zweiten Datenteile
oder sowohl der ersten als auch der zweiten Datenteile wiederholt
werden. Daher würde
gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ein Datenrahmen zusammengestellt, der aus
verschiedenen Datenteilen mit unterschiedlicher Wichtigkeit besteht,
um einen Transportdatenblock zu bilden, der über die Datenkommunikationsvorrichtung übertragen
werden kann, indem selektiv die Teile des Datenrahmens wiederholt
werden, was sich dahingehend auswirkt, dass die wichtigeren Daten
häufiger
wiederholt werden als die weniger wichtigen Daten.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die verschiedenen Datenteile des
Datenrahmens in ihrer Gesamtheit wiederholt und werden diese Datenteile
ungleichmäßig punktiert
entsprechend und in dem Verhältnis
zu der relativen Wichtigkeit der Informationen, die durch die Daten
repräsentiert
werden.
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In
wieder einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung werden die ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codes
dafür ausgelegt,
die ersten und zweiten Datenteile der Datenrahmen mit unterschiedlichen
Datenraten zu codieren, wobei dann die Datenraten die relative Wichtigkeit
der Daten widerspiegeln. Die unterschiedlichen Datenraten könnten so
eingesetzt werden, dass der codierte Datenrahmen der Größe des Transportdatenblocks
entspricht. Alternativ könnte
die Codierung mit einer Punktierung einhergehen, um die Datenrate
anzupassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die ersten und zweiten Fehlerkorrektur-Codes
dafür ausgelegt,
die ersten und zweiten Datenteile der Datenrahmen mit im Wesentlichen
denselben Datenraten zu codieren, jedoch mit Codes, die unterschiedliche
Vorgabelängen
aufweisen, was dazu führt,
dass der Unterschied in den Vorgabelängen der Codes die relative
Wichtigkeit der ersten und zweiten Datenteile widerspiegelt.
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Für Fachleute
auf diesem Gebiet der Technik ist offensichtlich, dass verschiedene
Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich sind,
ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Insbesondere findet die vorliegende Erfindung Anwendung zusammen
mit jeder Form von Datenkommunikationsvorrichtung, bei der Daten
in Datenpaketen vorgegebener Größe übertragen
werden und bei denen Daten von einer Mehrzahl verschiedener Arten
von Datenquellen übertragen
werden müssen.