WO2003085873A2 - Verfahren und kommunikationsvorrichtung zur anpassung der datenrate in einer kommunikationsvorrichtung - Google Patents

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WO2003085873A2
WO2003085873A2 PCT/DE2003/001061 DE0301061W WO03085873A2 WO 2003085873 A2 WO2003085873 A2 WO 2003085873A2 DE 0301061 W DE0301061 W DE 0301061W WO 03085873 A2 WO03085873 A2 WO 03085873A2
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puncturing
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Martin DÖTTLING
Bernhard Raaf
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0059—Convolutional codes
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    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
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    • H04L1/0067—Rate matching
    • H04L1/0068—Rate matching by puncturing
    • H04L1/0069—Puncturing patterns

Definitions

  • the present invention relates to a method for adapting the data rate in a communication device and a corresponding communication device according to the preamble of claim 16.
  • the underlying transmission channels usually offer e.g. because of the embedding in certain broadcast formats, only a fixed one
  • UMTS mobile radio standard Universal Mobile Telecommunication System'
  • the data to be transmitted via a high-frequency channel are subjected to channel coding, with convolutional codes being used in particular for this purpose.
  • the channel coding encodes the data to be transmitted redundantly, which enables a more reliable recovery of the transmitted data on the receiver side.
  • a rate matching ('rate matching') is carried out in the transmitter, bits being either removed from the data stream or doubled in the data stream according to a certain pattern. Removing bits is called 'puncturing' and doubling is called 'repeating'.
  • bit error rate decreases at the edge of a correspondingly coded data block. It is also known that the bit error rate within a data block can be changed locally by puncturing that is distributed unevenly. It is also known from WO 01 / 26273A1 and WO 01/39421 AI that it is advantageous for the individual
  • Puncture data blocks of the data stream for adapting the data rate according to a specific puncturing pattern, the puncturing pattern being designed such that it has a puncturing rate which increases continuously from a central region of the individual data blocks to at least one end of the individual data blocks.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for adapting the data rate of a data stream in a communication device and a corresponding communication device which have a ensure a satisfactory bit error rate and can be used in particular in mobile radio systems with convolutional coding.
  • the system of the convolutional code was used to find heuristic puncturing patterns, after which all bits of the punctured data block have a bit error rate that corresponds to their importance.
  • the puncturing pattern preferably has a puncturing rate increasing from the central region to both ends of the respective data block.
  • the bits are punctured more strongly at the beginning and end of the data block to be punctured, this being done not with a uniform puncturing rate but with a puncturing rate that increases essentially towards the two ends of the respective data block, i.e. the distance between the punctured bits becomes the two ends of the
  • This puncturing leads to an evenly distributed error rate of the individual over the punctured data block Bits and also results in a reduced overall error probability.
  • the present invention is particularly suitable for adapting the data rate of a convolutionally coded data stream and can therefore preferably be used in UMTS mobile radio systems, this relating to both the area of the mobile radio transmitter and that of the mobile radio receiver.
  • the invention is not limited to this area of application, but can generally be used wherever the data rate of a data stream has to be adapted.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of a mobile radio transmitter according to the invention
  • the HS-SCCH channel is the so-called high-speed shared control channel, via which certain configuration information is transmitted and which can be divided into two parts, the so-called Part 1 and Part 2.
  • Part 1 is transmitted first and contains the information that the mobile station needs first to process the following data channel
  • Part 2 contains information that the mobile station only needs a little later. This division in two means that the delay through the HS-SCCH is as small as possible, since only the first part has to be decoded before the data can be received.
  • Fig. 4 a comparison with an inventive
  • Puncturing upper curve, crosses
  • conventional puncturing lower curve, circles
  • frame error rate the probability that at least one bit of a block was incorrectly transmitted
  • Fig. 5 underlying schemes for convolutional codes in UMTS.
  • Fig. 6 the bit error rate BER per bit for in UMTS
  • Fig. 7 how many input bits are affected when an output bit is punctured in the different output stages Output 1, Output 2 and Output 3.
  • Figure 9 a table with the results of puncturing depending on the number of punctured bits.
  • Fig. 12 different embodiments for a
  • Fig. 26 Exemplary embodiments for puncturing from 48 to 40 bits
  • Fig. 27 Exemplary embodiments for puncturing from 11 to 80 bits.
  • Fig. 28 Rate adjustment rule from the 3 GPP
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a mobile radio transmitter 1 according to the invention, from which data or communication information, in particular voice information, is transmitted to a receiver via a high-frequency transmission channel. 1 shows, in particular, the components involved in the coding of this information or data.
  • the information supplied by a data source 2, for example a microphone is first converted into a bit sequence using a digital source encoder 3.
  • the speech-coded data are then coded with the aid of a channel encoder 4, the actual useful or message bits being coded redundantly, as a result of which transmission errors can be recognized and then corrected.
  • the channel encoder 4 can be one
  • n the total number of coded bits, i.e. the number of redundant bits added corresponds to the expression n - k.
  • a code with the code rate r defined above is also referred to as an (n, k) code, the performance of the code increasing with decreasing code rate r.
  • So-called block codes or convolutional codes are usually used for channel coding.
  • convolutional codes do not encode individual data blocks one after the other, but that they are continuous processing, with each current code word of an input sequence to be coded also depending on the previous input sequences.
  • the 'constraint length' specifies the number of cycles of k new input bits of the channel encoder 4 by means of which a bit influences the code word output by the channel encoder 5.
  • the channel-coded information Before the channel-coded information is transmitted to the receiver, it can be fed to an interleaver 5, which rearranges the bits to be transmitted in time according to a certain scheme and thereby spreads them in time, as a result of which the errors which generally occur in bundles are distributed in order to create a so-called ) Receive transmission channel with a quasi-random error distribution.
  • the information or data coded in this way is fed to a modulator 7, the function of which is to modulate the data onto a carrier signal and to transmit it to a receiver via a high-frequency transmission channel 3 in accordance with a predetermined multiple access method.
  • the coded data stream is divided into data blocks, the channel encoder 4 being set to a known state at the start of a data block.
  • each coded data block is terminated by so-called 'tail bits', so that the channel encoder 4 is again in a known state.
  • This construction of the convolutional code and of the channel encoder 4 ensures that the bits at the beginning and end of an encoded data block are better protected against transmission errors than in the middle of the block. It is irrelevant whether these tail bits all have the known value 0, or some other value.
  • the values of these tail bits can also be chosen arbitrarily, whereby both sender and receiver must know the values to be used.
  • the error probability of a bit differs depending on its position within the respective data block. This effect is used, for example, in voice transmission in GSM mobile radio systems by placing the most important bits at the two ends of the block, where the probability of errors is lowest.
  • data packets are generally already discarded when only a single transmitted bit is faulty, which can be determined, for example, in the receiver by a so-called 'cyclic redundancy check' (CRC). It is therefore not possible to speak of important or less important bits in a data transmission, but all bits are to be regarded as equally important. If errors occur in a control block, i.e. a data block that contains control information that contains information about how subsequent user data are encoded and transmitted, it is generally no longer possible to correctly detect this user data if only a single bit is received incorrectly because the received data is then interpreted incorrectly.
  • a rate adjustment ('rate matching') is carried out in front of the modulator 7.
  • the rate adjustment takes place in the rate adjustment unit 6b, the puncturing unit 6a first performing puncturing in accordance with a specific puncturing pattern in order to achieve a more uniform error distribution over a data block.
  • the sequence of the puncturing unit 6a and the interleaver 5 shown in FIG. 1 are to be understood only as an example.
  • the interleaver can also be arranged after the unit 6b.
  • the interleaver 5 can also be replaced by two interleavers before and after the rate adjustment unit 6b, etc.
  • This channel transmits configuration information which specifies how the actual user data sent via a special data channel is coded and further details, for example the spreading codes used for transmission. In contrast to the data channel, over which a lot of data can be transmitted, this is comparatively little data.
  • convolutional codes with the rate V or 1/3 are used for coding, the polynomials used are shown in FIG. 5. Polynomials also refer to the exact design of the "tapping points", that is to say which delay stages for the individual output bit streams are tapped and linked by an exclusive-or operation. The invention is therefore particularly applicable to the so-called HS-SCCH (High Speed Shared Controll CHannel).
  • the block length of the two parts of the HS-SCCH is currently 8 bits for the first part, or if the end bits (tail bits) are included 16 bits, 29 bits for the second part, or if the end bits (tail bits) are also included become 37 bits. Since the specification is still in flow, changes in various parameters can also result in other block lengths. Furthermore, the convolutional codes with the rate h or 1/3 can also be used. The following rate adjustments are particularly relevant:
  • the first bits are e.g. also linked to the bits preceding them, that is, bits that actually do not exist. These "non-existent bits” are then set to a known value, usually zero. This is known to the receiver, who in turn decodes the first transmitted bits with these bits set to zero. Decoding is very safe here, since some of the bits are known with absolute certainty. The same applies to the last bits: Following them, bits, the so-called end bits or “tail bits”, are again artificially inserted into the delay elements D of the decoder; these end bits are in turn set to a known value, usually zero.
  • the envelope curve of the bit error rate compared to the frame number is here initially shaped convexly with even repetition or puncturing.
  • the envelope curve essentially represents a horizontal
  • bit error rate is essentially the same for all bits within a frame. This is done, for example, by dotting on the edge or
  • the edge is punctured so strongly, for example, that the bits in the central area of the frame have a lower bit error rate.
  • bit error rate is irregular compared to the
  • the aim is therefore to eliminate opportunities that are not sensible from the outset. This is not done by repeating and / or puncturing, which is why alternative c) is not considered further here.
  • FIG. 7 An ordering principle is shown in FIG. 7. For the first 9 input bits 1-9 and the last 9 input bits n-8 to n the puncturing level for the respective output stage Output 0, Output ⁇ l, Output 2 is shown.
  • the output stages themselves, as can be seen in FIG. 5, are the respective output functions which are formed from all input bits preceding the input bit under consideration by linking.
  • the output stages of FIG. 5b) are considered here, that is to say the rate 1/3 convolutional encoder. For puncturing with as little information loss as possible, it is advisable to omit bits (puncturing) that have little influence on other bits.
  • Puncturing level therefore indicates how many bits are affected by puncturing the considered bit.
  • FIG. 8 An exemplary procedure for omitting or puncturing bits is shown in FIG. 8.
  • the first 9 input bits 1-9 and the last 9 input bits n-8 to n are specified in the first column.
  • the bit numbers of the information bits affected by the puncturing i.e. information bits or input bits, are for the respective one
  • the table fields have an increasingly dark background as the number of information bits affected increases. The bits belonging to the bright table fields are therefore candidates for puncturing.
  • a table is shown in FIG. 9, in which the important variables when puncturing near the ends, ie puncturing the first and last bits, are illuminated.
  • N input bits information bits
  • k coded bits bits at the output stage, output bits
  • the first column shows the number of punctured output bits (# punct bits)
  • the last column cumulative) the number of information bits affected at the input, whereby input bits that are affected several times, i.e. by puncturing several output bits, also be counted accordingly several times.
  • the second column under Sequence indicates which output bit (bit number) was punctured in this step. The puncturing is done, starting with the least important bits in the first line, up to the following bits in the following lines.
  • the total puncturing pattern for, for example, 7 bits to be punctured results from the bits specified in column 2 in rows 1 to 7, that is to say bits 1, k, 4, k-4, k-6, 2, k-1.
  • This pattern thus comprises bits 1, 2, 4, k-6, k-4, k-1, k.
  • Above the first line is the indexing for the first information bits 1-9 and the last information bits k-8 to k. For space reasons, only -8 etc. is written instead of k-8.
  • the entries in the columns below the indexing of the information bits indicate how strong the information bit in question is by puncturing the
  • Output bits that are specified in the 2nd column up to the respective line and are therefore punctured are affected. That is, how many of the punctured output bits were associated with this information bit. This is a measure of how much the information bit in question has been weakened by the puncturing.
  • the mean puncturing rate (mean P-rate) is the column "mean value" divided by 18, the total number of "exclusive or” links occurring per information bit during the encoding.
  • One way to puncture any number of bits is to make tables analogous to those mentioned above. For rate 1/3 and the polynomials considered Convolutional encoder, the tables shown can be used. With other coding rates and / or other polynomials, the tables can easily be determined analogously. With the help of these tables, a puncturing order is then determined, where those output bits are first punctured which have only a minor influence on the cumulative puncturing strength. If there are several alternatives, then bits are preferably punctured which minimize the maximum of the puncturing strength of the individual bits.
  • bits that would be punctured first according to the heuristic are now repeated last and that generally a uniform repetition is carried out first in the middle section, preferably by the polynomials with the most links. Then those bits are repeated on the edge that (in the case of puncturing) have the greatest possible influence on the cumulative puncturing strength.
  • the invention therefore uses a heuristic method which allows:
  • bit error rate distribution the bit error rate of each individual information bit
  • Rate adjustment patterns are further refined and optimized.
  • the bit error rate distribution of the unpunctured / non-repeated block serves as start information
  • the puncturing strength Si pro is used as a heuristic metric
  • a good rate adjustment pattern is sought according to the following quality criteria:
  • tables are set up based on the generator polynomials of the code, for the beginning and the end of the coded block, which represent the cumulative puncturing strength per coded bit, as well as the information bits concerned.
  • the coded bits can thus be divided into so-called classes of cumulative puncturing strength.
  • bits to be punctured / repeated are selected on the basis of these tables in such a way that for those information bits that show a lower bit error rate than other bits, the puncturing strength is increased and at the same time the cumulative puncturing strength is kept low.
  • the puncturing strength is therefore chosen to be inversely proportional to the bit error rate of the information bit and, in addition, bits are selected which contribute little to the cumulative puncturing strength.
  • This method is then applied iteratively based on the first determined pattern, so that after just a few simulations, a rate adjustment pattern specifically optimized for the respective convolution code can be found.
  • 11 and 12 show different possibilities for puncturing patterns according to the invention, the numbers of the bits to be punctured (the counting starts at 1). The tables are for different numbers of to be transferred
  • FIG. 4 shows the course of the bit error rate for the individual transmitted bits of a data block as a function of their position in the data block for conventional puncturing with a regular puncturing pattern with coding with rate 1/3 and puncturing 8 bits (48) 40 bit). This corresponds to a transmission of 8 input bits.
  • FIG. 10 shows the distribution if, instead, the puncturing pattern No. 3 from FIG.
  • FIG. 16 shows further preferred exemplary embodiments in the context of the invention with a puncturing of 14 out of 54 bits, the patterns 3 and 4 achieving the best results.
  • the present invention has so far been described in terms of use in a mobile radio transmitter.
  • the invention can, however, also be extended to mobile radio receivers where a signal punctured or repeated in order to adapt the data rate in the manner described above corresponds to the puncturing or Repetition patterns must be worked up.
  • additional bits are inserted into the received bit stream in the respective receiver for punctured or repeated bits on the transmission side, or two or more bits of the received bit stream are combined.
  • additional bits are inserted, this is noted in the form of a so-called 'soft decision' information that their information content is very insecure.
  • the processing of the received signal can take place in the respective receiver in the reverse order to FIG. 1.
  • the previously specified puncturing patterns mainly focus on puncturing in the end areas and / or repeating in the middle area.
  • the further rate adjustment patterns now described were determined using the method explained above for various proposals for HS-SCCH coding in the standardization.
  • the bits to be punctured or repeated are given in each case.
  • the bits are numbered from 1 to N.
  • the preferred pattern is mentioned first, but the other patterns always have similarly favorable properties.
  • puncturing patterns for different output bit rates are shown in FIGS. 18-24 and further repetition patterns in FIG. 25.
  • the bits are marked with x ll , x l2 , x, ..., x ⁇ X .
  • i represents the transport channel number
  • the sequence itself is in sections 4.2.7.4 of the specification for the uplink and in 4.2.7.1. defined for the downlink.
  • the uplink is the connection of a communication device to the base station
  • the downlink is the connection of a base station to a communication device.
  • bit to be punctured it is checked whether the bit should be punctured with the index m, a bit to be punctured then being set to a value ⁇ that is different from 0 or 1.
  • a repeated bit is set directly after the original bit.
  • ⁇ i, e ⁇ n i, e p ⁇ US and e m i nU s are each selected so that the desired rate adjustment can be achieved.
  • e ⁇ n i can in principle be chosen arbitrarily in the range between 1 and e p ⁇ us , whereby there is a slight shift in the pattern, this is used in certain cases (rate adjustment after a first interleaving (nesting)) to differentiate the pattern Suitable to move the frame against each other.
  • the parameter i identifies different transport channels in the specification. However, this parameter is irrelevant in the present case and is therefore omitted. The following shows how you can use this rate matching algorithm
  • Rate matching patterns for short block sizes in convolutional codes can approximate.
  • an attempt is made to use bits at the ends of the code block when puncturing, and especially bits from the middle of the code block when repeating.
  • a key aspect of this embodiment is the parameter i ei n is not to be limited to the range of values from 1 to p e ⁇ U ⁇ , but to select instead in an advantageous manner outside this range. At first glance, such a choice may seem contradictory, because then it is no longer ensured that the desired number of bits is punctured or repeated. By an advantageous Adjusting the values of e p ⁇ us and e m inus can, however, be achieved so that the desired number is nevertheless achieved.
  • N p number of bits to be punctured / repeated (the index p in N p indicates the number of bits to be punctured, but N p can also denote the number of bits to be repeated)
  • the parameters of the rate matching algorithm are chosen so that the first N 0 bits are punctured at the beginning of the code block
  • the puncturing points that are not printed in bold can be varied by varying the e ⁇ n i value according to (1) and (2). either partially or completely decreased by one.
  • the table shown below in FIG. 27 shows in the same way the resulting patterns for puncturing from 111 bits to 80 bits.
  • Puncturing patterns which were already discussed above, can be achieved with this method, a certain improvement in the transmission quality compared to the current state of the specification can be achieved, the changes to be made are comparatively small.
  • the position of the first bit to be repeated is Ji, and N p bits are repeated as required.
  • a combination of the above criteria is also possible when selecting a puncturing pattern. For example, you can combine a pattern from two patterns presented here, using the beginning of one pattern at the beginning and the end of the second pattern at the end. Furthermore, it is irrelevant if the bits are output in a different order, and at the same time the puncturing pattern is adjusted analogously. For example, the order of the polynomials in the convolutional encoder can be exchanged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Datenrate eines Datenstroms in einer Kommunikationsvorrichtung, bei dem: der Datenstrom in zumindest einen Datenblock unterteilbar ist, welcher zu übertragende Übertragungsbits enthält; die Übertragungsbits durch einen Codiervorgang aus informationstragenden Eingangsbits gebildet werden; bei dem zur Anpassung der Datenrate aus einem Datenblock des Datenstroms bestimmte Übertragungsbits entfernt (punktiert) werden, bei dem; durch ein Punktierungsmuster vorgegeben wird, welche Übertragungsbits zu entfernen sind; und das Punktierungsmuster derart ausgelegt ist, dass bevorzugt Übertragungsbits entfernt werden, die über den Codiervorgang von wenigen Eingangsbits abhängen. Des weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Kommunikationsvorrichtung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Kommunikationsvorrichtung zur Anpassung der Datenrate in einer Kommunikationsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 11 zur Anpassung der Datenrate in einer Kommunikationsvorrichtung sowie eine entsprechende Kommunikationsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 16.
Verschiedene Applikationen in Kommunikationssystemen arbeiten zumeist mit unterschiedlichen Datenraten. Die zugrunde liegenden Übertragungskanäle bieten aber meist z.B. wegen der Einbettung in gewisse Sendeformate, nur eine feste
Datenübertragungsrate oder Roh-Datenübertragungsrate an, oder nur einen diskreten Satz solcher Datenraten. Es wird daher im allgemeinen notwendig sein, an der entsprechenden Schnittstelle die Datenraten aneinander anzupassen. Dies wird im folgenden an einem Beispiel aus der UMTS-Standardisierung beschrieben:
Augenblicklich wird an der Standardisierung des sogenannten UMTS-Mobilfunkstandards ('Universal Mobile Telecommunication System') für Mobilfunkgeräte der dritten Mobilfunkgeneration gearbeitet. Gemäß dem derzeitigen Stand der UMTS- Standardisierung ist vorgesehen, die über einen Hochfrequenzkanal zu übertragenden Daten einer Kanalcodierung zu unterziehen, wobei hierzu insbesondere Faltungscodes ( 'Convolutional Codes') verwendet werden. Durch die Kanalcodierung werden die zu übertragenden Daten redundant codiert, wodurch auf der Empfängerseite eine zuverlässigere Wiedergewinnung der gesendeten Daten möglich ist. Der bei der Kanalcodierung jeweils verwendete Code wird durch seine Coderate r = k/n charakterisiert, wobei k die Anzahl der zu übertragenden Daten- oder Nachrichtenbits und n die Anzahl der nach der Codierung vorliegenden Bits bezeichnet. Je kleiner die Coderate ist, desto leistungsfähiger ist in der Regel der Code. Ein mit der Codierung verbundenes Problem ist jedoch, dass die Datenrate um den Faktor r reduziert wird.
Um die Datenrate des codierten Datenstroms an die jeweils mögliche Übertragungsrate anzupassen, wird im Sender eine Ratenanpassung ('Rate Matching') durchgeführt, wobei nach einem bestimmten Muster entweder Bits aus dem Datenstrom entfernt oder in dem Datenstrom verdoppelt werden. Das Entfernen von Bits wird als 'Punktieren' und das Verdoppeln als 'Repetieren' bezeichnet.
Gemäß dem derzeitigen Standder UMTS-Standardisierung wird vorgeschlagen, zur Ratenanpassung einen Algorithmus zu verwenden, der eine Punktierung mit einem annähernd regelmäßigen Punktierungsmuster durchführt, d.h. die zu punktierenden Bits sind äquidistant über den jeweils zu punktierenden codierten Datenblock verteilt.
Darüber hinaus ist bekannt, dass beim Faltungscodieren die Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) am Rand eines entsprechend codierten Datenblocks abnimmt. Ebenso ist bekannt, dass die Bitfehlerrate innerhalb eines Datenblocks durch ungleichmäßig verteiltes Punktieren lokal verändert werden kann. Es ist weiterhin aus WO 01/26273A1 und WO 01/39421 AI bekannt, dass es vorteilhaft ist, die einzelnen
Datenblöcke des Datenstroms zur Anpassung der Datenrate gemäß einem bestimmten Punktierungsmuster zu punktieren, wobei das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass es eine von einem mittleren Bereich der einzelnen Datenblöcke zu mindestens einem Ende der einzelnen Datenblöcke hin stetig zunehmende Punktierungsrate aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anpassung der Datenrate eines Datenstroms in einer Kommunikationsvorrichtung sowie eine entsprechende Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen, welche eine zufriedenstellenden Bitfehlerrate gewährleistenund insbesondere in Mobilfunksystemen mit Faltungscodierung einsetzbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 16 bzw. durch eine Kommunikationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 16 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Dabei wurde die Systematik des Faltungscodes dazu genützt, heuristisch Punktierungsmuster zu finden, nach deren Anwendung alle Bits des punktierten Datenblocks eine ihrer jeweiligen Wichtigkeit entsprechende Bitfehlerrate besitzen.
Vorzugsweise weist das Punktierungsmuster eine von dem mittleren Bereich zu beiden Enden des jeweiligen Datenblocks hin zunehmende Punktierungsrate auf. Auf diese Weise werden die Bits am Anfang und Ende des jeweils zu punktierenden Datenblocks stärker punktiert, wobei dies nicht mit einer gleichmäßigen Punktierungsrate, sondern mit einer im Wesentlichen zu den beiden Enden des jeweiligen Datenblocks hin ansteigenden Punktierungsrate erfolgt, d.h. der Abstand zwischen den punktierten Bits wird zu den beiden Enden des
Datenblocks hin im Durchschnitt immer kürzer. Wie im weiteren ausgeführt werden wird, muss die Punktierungsrate aber überraschender weise nicht unbedingt streng monoton zu den Enden hin ansteigen, oder anders ausgedrückt der Punktierungsabstand streng monoton abnehmen. Vielmehr kann es, bedingt durch die spezifischen Eigenschaften der verwendeten Faltungscodes und insbesondere der verwendeten Generatorpolynome auch vorteilhaft sein, etwas unregelmäßigere Muster zu verwenden.
Diese Punktierung führt zu einer über den punktierten Datenblock gleichmäßiger verteilten Fehlerrate der einzelnen Bits und hat zudem eine verminderte Gesamtfehlerwahrscheinlichkeit zur Folge.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Anpassung der Datenrate eines faltungscodierten Datenstroms und kann somit bevorzugt in UMTS-Mobilfunksystemen eingesetzt werden, wobei dies sowohl den Bereich des Mobilfunksenders als auch den des Mobilfunkempfängers betrifft. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann allgemein überall dort Anwendung finden, wo die Datenrate eines Datenstroms anzupassen ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1: ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Mobilfunksenders ,
Fig. 2: die Bitfehlerrate BER pro Bit für die Punktierung gemäß einem Ausführungsbeispiel beim HS-SCCH, Part 2,
Kodierung mir R=l/3 mit einem Verhältnis der Energie der übertragenen Bits zur Rauschleistungsdichte Es/N0 = -2 dB. Beim HS-SCCH Kanal handelt es sich um den sogenannten High Speed Shared Controll Channel, über welchen gewisse Konfigurationsinformationen übertragen werden und der in zwei Teilbereiche, den sogenannten Part 1 und Part 2 aufteilbar ist. Part 1 wird hierbei zuerst übertragen und enthält die Informationen, die die Mobilstation zuerst braucht, um den folgenden Datenkanal zu verarbeiten, Part 2 enthält solche Informationen, die die Mobilstation erst etwas später benötigt. Durch diese Zweiteilung erreicht man, dass die Verzögerung durch den HS-SCCH so klein wie möglich ist, da nur der erste Teil dekodiert werden muss, bevor mit dem Empfang der Daten begonnen werden kann.
Fig. 3:die Bitfehlerrate BER pro Bit für die in UMTS (Spezifikation 25.212 v5.0.0, Kap. 4.2.7 "Rate matching") vorgeschlagene Ratenanpassung beim HS-SCCH, Part 2, bei einem Verhältnis der Energie der übertragenen Bits zur Rauschleistungsdichte von Es/Nυ = -2 dB.
Fig. 4: einen Vergleich der mit einer erfindungsgemäßen
Punktierung (obere Kurve, Kreuze) bzw. einer herkömmlichen Punktierung (untere Kurve, Kreise) hinsichtlich der daraus resultierenden Gesamtfehlerwahrscheinlichkeit erzielbaren Ergebnisse, wobei hier die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens ein Bit eines Blocks fehlerhaft übertragen wurde (sog. Rahmenfehlerrate) aufgetragen ist.
Fig. 5 : zugrundeliegende Schemen für Faltungscodes in UMTS.
Fig. 6 :die Bitfehlerrate BER pro Bit für die in UMTS
(Spezifikation 25.212 vδ.O.O, Kap. 4.2.7 "Rate matching") vorgeschlagene Ratenanpassung beim HS-SCCH, Part 1, bei einem Verhältnis der Energie der übertragenen Bits zur Rauschleistungsdichte von Es/No = -3 dB
Fig. 7: wie viele Eingangsbits (Input Bit) betroffen werden bei einer Punktierung eines Ausgangs-Bits in den verschiedenen Ausgangsstufen Output 1, Output 2 und Output 3.
Fig. 8: welche Eingangsbits (Bitnummern) durch die Punktierung betroffen „sind.
Fig.9. : eine Tabelle mit den Ergebnissen der Punktierung in Abhängigkeit von der Anzahl der punktierten Bits.
Fig. 10 : die Bitfehlerrate BER pro Bit für eine Punktierung gemäß einem Ausführungsbeispiel beim HS-SCCH, Part 1, bei einem Signal-Rausch Verhältnis der Energie der übertragenen Bits zur Rauschleistungsdichte von Es/N0 = -3 dB Fig. 11 : verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 8 Bits (48 auf 40 Bit) für eine Kodierung mit Rate 1/3
Fig. 12 : verschiedene Ausführungsbeispiele für eine
Punktierung von 31 Bits (Punktierung von 111 auf 80 Bit) , R = 1/3
Fig. 13 : verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Repetierung von 31 Bits (Repetierung von 32 auf 40 Bit) , R = y2
Fig. 14 : verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Repetierung von 6 Bits (74 auf 80 Bit) , R = 1/3
Fig. 15 : verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Repetierung von 4 Bit (36 auf 40 Bit) , R = V2
Fig. 16 : verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 14 Bit (54 auf 40 Bit), R = 1/3
Fig. 17 : weitere Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 31 Bits (Punktierung von 111 auf 80 Bit), R = 1/3, Diese Figur kann also auch als eine Fortsetzung von Fig. 12 angesehen werden.
Fig.18 : ein Ausführungsbeispiel für eine Punktierung von 108 auf 80 Bits, R = 1/3
Fig. 19 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 114 auf 80 Bits, R = 1/3
Fig. 20 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 117 auf 80 Bits, R = 1/3
Fig. 21 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 52 auf 40 Bit, R = 1/2 Fig. 22 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 46 auf 40 Bit, R = 1/2
Fig. 23 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 54 auf 40 Bit, R = 1/3
Fig. 24 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 56 auf 40 Bit, R = 1/2
Fig. 25 : Ausführungsbeispiele für eine Repetierung von 36 auf 40 Bit, R = 1/2
Fig. 26 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 48 auf 40 Bits
Fig. 27 : Ausführungsbeispiele für eine Punktierung von 11 auf 80 Bit.
Fig. 28: Ratenanpassungsvorschrift aus der 3 GPP
Spezifikation 25.212 v5.0.0 , Kap. 4.2.7 „Rate matching" (Ratenanpassung)
Allgemein bedeuten in den Tabellen die Zeilen mit zur Gänze fett gedruckten Zahlen das jeweils besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel, wobei aber die Qualität der anderen Ausführungsbeispiel nicht notwendigerweise gravierend von diesem hervorgehobenen Ausführungsbeispiel abweicht. In den Figuren 26 und 27 jedoch bezeichnen fett eingetragenen Zahlen die durch das beschriebenen, erfindungsgemäße
Konstruktionsprinzip der Ratenanpassungsformel punktierten bzw. repetierten Bits am Anfang bzw. Ende des Repetierungsmusters. Diese sind somit festgelegt, wohingegen sich die Position der nicht fett gezeichneten Bits durch Variation der Parameter im Rahmen dieser Erfindung auch leicht (typischerweise um eine Position) verschieben können. In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau eines erfindungsgemäßen Mobilfunksenders 1 dargestellt, von dem Daten oder KommunikationsInformationen, insbesondere Sprachinformationen, über einen Hochfrequenz- Übertragungskanal an einen Empfänger übertragen werden. In Fig. 1 sind insbesondere die an der Codierung dieser Informationen oder Daten beteiligten Komponenten dargestellt. Die von einer Datenquelle 2, beispielsweise einem Mikrofon, gelieferten Informationen werden zunächst mit einem digitalen Quellcodierer 3 in eine Bitfolge umgesetzt. Die sprachcodierten Daten werden anschließend mit Hilfe eines Kanalcodierers 4 codiert, wobei die eigentlichen Nutz- oder Nachrichtenbits redundant codiert werden, wodurch Übertragungsfehler erkannt und anschließend korrigiert werden können. Bei dem Kanalcodierer 4 kann es sich um einen
Faltungskodierer handeln. Die sich bei der Kanalcodierung ergebende Coderate r ist eine wichtige Größe zur Beschreibung des jeweils bei der Kanalcodierung eingesetzten Codes und ist, wie bereits erwähnt worden ist, durch den Ausdruck r = k/n definiert. Dabei bezeichnet k die Anzahl der
Datenbits und n die Anzahl der insgesamt codierten Bits, d.h. die Anzahl der hinzugefügten redundanten Bits entspricht dem Ausdruck n - k. Ein Code mit der oben definierten Coderate r wird auch als (n,k)-Code bezeichnet, wobei die Leistungsfähigkeit des Codes mit abnehmender Coderate r zunimmt. Zur Kanalcodierung werden üblicherweise sogenannte Blockcodes oder Faltungscodes verwendet.
Nachfolgend soll davon ausgegangen werden, dass - wie durch den derzeitigen Stand der UMTS-Standardisierung festgelegt ist - bei der Kanalcodierung Faltungscodes zur Anwendung kommen. Ein wesentlicher Unterschied zu Blockcodes besteht darin, dass bei Faltungscodes nicht einzelne Datenblöcke nacheinander codiert werden, sondern dass es sich um eine kontinuierliche Verarbeitung handelt, wobei jedes aktuelle Codewort einer zu codierenden Eingangssequenz auch von den vorhergehenden Eingangssequenzen abhängt. Unabhängig von der Coderate r = k/n werden Faltungscodes auch durch die sogenannte Einflußlänge oder 'Constraint Length' K charakterisiert. Die 'Constraint Length' gibt an, über wie viele Takte von k neuen Eingangsbits des Kanalcodierers 4 ein Bit das von dem Kanalcodierer 5 ausgegebene Codewort beeinflusst .
Für UMTS werden die folgenden Faltungscodes verwendet, wie in Figur 5 gezeigt. Die Abbildung ist aus der Spezifikation 25.212 Kap. 4.2.3.1 "Convolutional coding" (Faltungskodes) entnommen.
Vor der Übertragung der kanalcodierten Informationen zu dem Empfänger können diese einem Interleaver 5 zugeführt werden, der die zu übertragenden Bits gemäß einem bestimmten Schema zeitlich umordnet und dabei zeitlich spreizt, wodurch die in der Regel bündelweise auftretenden Fehler verteilt werden, um einen sogenannten gedächtnislosen (memoryless) Übertragungskanal mit einer quasizufälligen Fehlerverteilung zu erhalten. Die auf diese Weise codierten Informationen oder Daten werden einem Modulator 7 zugeführt, dessen Aufgabe es ist, die Daten auf ein Trägersignal aufzumodulieren und gemäß einem vorgegebenen Vielfachzugriffsverfahren über einen Hochfrequenz-Übertragungskanal 3 an einen Empfänger zu übertragen.
Zur Übertragung wird der codierte Datenstrom in Datenblöcke aufgeteilt, wobei der Kanalcodierer 4 zu Beginn eines Datenblocks in einen bekannten Zustand gesetzt wird. Am Ende wird jeder codierte Datenblock durch sogenannte 'Tailbits' abgeschlossen, so dass der Kanalcodierer 4 sich wieder in einem bekannten Zustand befindet. Durch diesen Aufbau des Faltungscodes sowie des Kanalcodierers 4 wird erreicht, dass die Bits am Anfang und Ende eines codierten Datenblocks besser als in der Blockmitte gegen Übertragungsfehler geschützt sind. Dabei ist es unerheblich ob diese Tailbits alle den bekannten Wert 0 haben, oder einen anderen Wert. Die Werte dieser Tailbits können auch beliebig gewählt werden, wobei sowohl Sender als auch Empfänger die zu verwendenden Werte kennen müssen.
Die Fehlerwahrscheinlichkeit eines Bits ist abhängig von seiner Lage innerhalb des jeweiligen Datenblocks unterschiedlich. Dieser Effekt wird beispielsweise bei der Sprachübertragung in GSM-Mobilfunksystemen ausgenützt, indem die wichtigsten Bits an den beiden Blockenden platziert werden, wo die Fehlerwahrscheinlichkeit am geringsten ist. Bei Datenübertragungen werden jedoch im allgemeinen Datenpakete bereits dann verworfen, wenn nur ein einziges übertragenes Bits fehlerhaft ist, was beispielsweise im Empfänger durch einen sogenannten 'Cyclic Redundancy Check' (CRC) festgestellt werden kann. Daher kann bei einer Datenübertragung nicht von wichtigen oder weniger wichtigen Bits gesprochen werden, sondern alle Bits sind als gleich wichtig anzusehen. Wenn Fehler in einem Kontrollblock auftreten, also einem Datenblock, der Kontroll-Information enthält, welche Informationen darüber enthält, wie nachfolgende Nutzdaten kodiert und übertragen werden, so ist im allgemeinen einen korrekte Detektion dieser Nutzdaten schon dann nicht mehr möglich, wenn nur ein einziges Bit falsch empfangen wird, da die Empfangsdaten dann falsch interpretiert werden.
Um die Datenrate des codierten Datenstroms an die jeweils mögliche Übertragungsrate anzupassen, wird vor dem Modulator 7 eine Ratenanpassung ('Rate Matching') durchgeführt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel findet die Ratenanpassung in der Ratenanpassungseinheit 6b statt, wobei die Punktierungseinheit 6a zunächst eine Punktierung gemäß einem bestimmten Punktierungsmuster durchführt, um eine gleichmäßigere Fehlerverteilung über einen Datenblock zu erzielen. Die in Fig. 1 gezeigte Reihenfolge der Punktierungseinheit 6a sowie des Interleavers 5 sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Der Interleaver kann auch nach der Einheit 6b angeordnet sein. Ebenso kann der Interleaver 5 auch durch zwei Interleaver vor und nach der Ratenanpassungseinheit 6b ersetzt sein usw.
Es ist also auch eine Aufgabe dieser Erfindung, Punktierungsmuster weiter zu optimieren und insbesondere an die für den Kanalcodierer verwendeten Polynome anzupassen. Es stellt sich also die Aufgabe, abhängig vom verwendeten Faltungscode (einschließlich der verwendeten Polynome) und der Blocklänge die Menge der zu punktierenden bzw. repetierenden Bits so auszuwählen, dass die Dekodierung möglichst gut durchgeführt werden kann. In der Regel ergeben sich eine große Anzahl an Möglichkeiten, so dass es zumindest sehr zeit- und ressourcenaufwändig ist, ein sehr gutes
Ratenanpassungsmuster rein durch Simulation zu entwickeln. Möchte man beispielsweise alle möglichen Punktierungsmuster zur Punktierung von 48 Bit auf 40 Bit untersuchen, so wären das 48!/(8!*40!) = 377348994 verschiedene Möglichkeiten, die in vertretbarer Zeit nicht untersucht werden können.
Dieses Problem stellt sich insbesondere für kurze Blocklängen, wie z. B. für die Kontrollinformation der UMTS- Erweiterung HSDPA, und dort insbesondere den HS-SCCH Kanal (High Speed Shared Controll CHannel) . Dieser Kanal überträgt Konfigurationsinformationen, welche angeben, wie die eigentlichen, über einen speziellen Datenkanal gesendete Nutzdaten , kodiert sind und weitere Details, z.B. die zur Übertragung verwendeten Spreizcodes. Im Gegensatz zum Datenkanal, über den sehr viele Daten übertragen werden können sind das vergleichsweise wenig Daten. In UMTS werden zur Kodierung Faltungscodes mit der Rate V oder 1/3 verwendet, die verwendeten Polynome sind in Fig. 5 gezeigt. Als Polynome bezeichnet man auch die genaue Gestaltung der "Abgreifpunkte" , also welche Verzögerungsstufen für die einzelnen Ausgangsbitströme abgegriffen und durch eine Exclusiv-Oder Operation verknüpft werden. Die Erfindung ist somit insbesondere anwendbar für den sogenannten HS-SCCH (High Speed Shared Controll CHannel) .
Die Definition der Kodierung des HS-SCCH ist nach derzeitigem Stand der Technik in der Spezifikation 3GPP TS 25.212 V5.0.0 (2002-03), "Multiplexing and Channel coding (FDD) (Release 5)" gegeben, insbesondere im Kapitel 4.6 "Coding for HS- SCCH" . Diese Spezifikation wird ansonsten in dieser Anmeldung auch kurz als 25.212 bezeichnet. Im Unterkapitel 4.6.6 "Rate matching for HS-SCCH" wird festgelegt, dass die Ratenanpassung gemäß dem Standard-Ratenanpassungsalgorithmus in Kapitel 4.2.7 "Rate matching" durchgeführt werden muss, der im wesentlichen eine (möglichst) äquidistante Punktierung bzw. Repetierung bewirkt.
Die Blocklänge der beiden Teile des HS-SCCHs beträgt nach derzeitigem Stand 8 Bit für den ersten Teil, oder falls die Endbits (Tail Bits) miteingeschlossen werden 16 Bit, 29 Bit für den zweiten Teil, oder falls auch die Endbits (Tail Bits) miteingeschlossen werden 37 Bits. Da die Spezifikation noch im Fluss ist, können sich aber durch Veränderungen an verschiedenen Parametern auch andere Blocklängen ergeben. Des weiteren kommen auch noch die Faltungscodes mit der Rate h oder 1/3 in Frage. Insbesondere die folgenden Ratenanpassungen sind relevant:
a) 32 auf 40 (mit Code-Rate R = 1/2), oder b) 48 auf 40 (mit Code-Rate R = 1/3), und c) 74 auf 80 (mit Code-Rate R = 1/2), oder d) 111 auf 80 (mit Code-Rate R = 1/3).
Vorgehen zur Bestimmung von Punktierungs- und Repetierungsmustern
Im Überblick lässt sich also feststellen, dass bei einer Ratenanpassung eine Punktierung und/ oder Repetierung oder auch eine Repetierung alleine so vorgenommen wird, dass die gesamte Bitfehlerrate (BER) minimal wird. Dazu sei zunächst die Situation in Fig.3 betrachtet: Hier ist die Bitfehlerrate für die einzelnen Bits in einem Rahmen (Frame) aufgetragen. Die Abszisse gibt den Index des jeweiligen Bits " (Frame Index)" wieder. Man sieht deutlich, dass die ersten und letzten Bits eine geringere Bitfehlerrate aufweisen. Dies lässt sich in Zusammenhang mit dem Schema für Faltungscodes aus Figur 5 verstehen: Für die Übertragung werden durch den Faltungscode jeweils Bits aus den verschiedenen
Verzögerungsstufen D des Dekodierers miteinander verknüpft. Die ersten Bits werden z.B. auch mit den ihnen vorhergehenden Bits, also eigentlich nicht existierenden Bits verknüpft. Diese "nicht existierenden Bits" werden dann auf einen bekannten Wert, meist Null gesetzt. Dies ist dem Empfänger bekannt, der nun seinerseits mit diesen auf Null gesetzten Bits die ersten übertragenen Bits decodiert. Eine Decodierung ist hier sehr sicher, da ein Teil der Bits mit absoluter Sicherheit bekannt ist. Dasselbe trifft zu für die letzten Bits: In Anschluss an sie werden wieder künstlich Bits, die sogenannten End- Bits oder "tail Bits", in die Verzögerungsgliedern D des Decodierers eingefügt werden; diese End-Bits werden wiederum auf einen bekannten Wert, meist Null gesetzt.
Im mittleren Bereich werden Bits miteinander verknüpft, deren Wert am Empfänger nicht mit Sicherheit bekannt ist. Somit ist bei der Decodierung die Wahrscheinlichkeit größer, das ein Fehler auftritt, was sich in einer höheren Bitfehlerrate äußert.
Die Hüllkurve der Bitfehlerrate gegenüber der Rahmennummer ist also hier bei gleichmäßiger Repetierung oder Punktierung zunächst einmal nach oben konvexartig ausgeformt . Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, wie sich die Hüllkurve verändert, wenn die Punktierung (oder Repetierung) verändert wird: a)die Hüllkurve stellt im Wesentlichen eine Horizontale dar
(oder nähert sich ihr an) :
Das bedeutet, dass die Bitfehlerrate für alle Bits innerhalb eines Rahmens im Wesentlichen gleich ist. Dies geschieht beispielsweise durch eine Punktierung am Rande oder eine
Repetierung in der Mitte, oder beides, auch abhängig davon, auf welche Rate angepasst werden soll. b) konkavartige Ausbildung der Hüllkurve
In diesem Falle wird beispielsweise am Rand so stark punktiert, dass die Bits im mittleren Bereich des Rahmens eine geringere Bitfehlerrate aufweisen. Dieser Sachverhalt ist in Figur 2 zu sehen. c) die Bitfehlerrate ist unregelmäßig gegenüber der
Rahmennummer verteilt. Dieser Fall wird aus weiter unten ausgeführten Gründen hier nicht näher betrachtet.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf das Punktieren. Analoge Überlegungen können auch für das Repetieren angestellt werden oder auch für Kombinationen aus Repetieren und Punktieren:
Es gibt nun sehr viele Möglichkeiten, wie einzelne Bits punktiert werden können. Möchte man beispielsweise, wie bereits weiter oben ausgeführt, alle möglichen
Punktierungsmuster zur Punktierung von 48 Bit auf 40 Bit untersuchen, so wären das 48!/(8!*40!) = 377348994 verschiedene Möglichkeiten, die in vertretbarer Zeit nicht alle untersucht werden können.
Ziel ist es daher, von vorneherein nicht sinnvolle Möglichkeiten zu eliminieren. Dies geschieht nicht über beliebiges Repetieren und/oder Punktieren, weshalb Alternative c) hier nicht weiter betrachtet wird.
Ein Ordnungsprinzip ist in Figur 7 gezeigt. Für die ersten 9 Inputbits 1-9 sowie die letzten 9 Inputbits n-8 bis n wird das Punktierungsniveau für die jeweilige Ausgangsstufe Output 0, Output χl, Output 2 aufgezeigt. Die Ausgangstufen selbst sind, wie in Fig. 5 zu sehen, die jeweilige Ausgangsfunktion, die aus allen, dem momentan betrachteten Inputbit zeitlich vorhergehenden Inputbits durch Verknüpfung gebildet wird.
Hier werden die Ausgangsstufen von Fig. 5b) betrachtet, also den Rate 1/3 Faltungsencoder (convolutional encoder) . Für ein Punktieren mit möglichst geringem Informationsverlust bietet es sich an, zunächst Bits wegzulassen (Punktieren) , die wenig Einfluss auf andere Bits haben. Das
Punktierungsniveau gibt also an, wie viele Bits durch eine Punktierung des betrachteten Bits beeinflusst werden.
Eine beispielhafte Vorgehensweise für das Weglassen oder Punktieren von Bits ist in Figur 8 gezeigt.
In der ersten Spalte sind wieder die ersten 9 Inputbits 1-9 angegeben, sowie die letzten 9 Inputbits n-8 bis n. In den folgenden Spalten sind die Bitnummern der von der Punktierung betroffenen Informationsbits, also Informationsbits oder Eingangsbits, für die jeweilige
Ausgangsstufe Output 0, Output 1 und Output 2 gezeigt. Die Tabellenfelder sind - wie schon in Fig.7 - mit steigender Anzahl der beeinflussten Informationsbits zunehmend dunkler hinterlegt. Die zu den hellen Tabellenfeldern gehörenden Bits sind also Kandidaten für das Punktieren.
In Figur 9 ist eine Tabelle aufgeführt, in der die wichtigen Größen bei Punktierung in der Nähe der Enden, also Punktierung der ersten und letzten Bits, beleuchtet werden. Es werden n Eingangsbits (Informationsbits) und k kodierte Bits (Bits an der Ausgangsstufe, Ausgangsbits) betrachtet. In der ersten Spalte ist die Anzahl der punktierten Ausgangsbits (# punct bits) angegeben, in der letzten Spalte (Kumulative) die Anzahl der davon betroffenen Informationsbits am Eingang, wobei Eingangsbits, die mehrfach betroffen sind, also durch die Punktierung von mehreren Ausgangsbits, auch entsprechend mehrfach gezählt werden. In der zweiten Spalte ist unter Sequenz angegeben, welches Ausgangsbit (Bitnummer) in diesem Schritt punktiert wurde. Die Punktierung erfolgt dabei, beginnend mit den am wenigsten wichtigen Bits in der ersten Zeile, hin zu den folgenden Bits in den folgenden Zeilen. Das Gesamt-Punktierungsmuster für z.B. 7 zu punktierende Bits ergibt sich somit aus den in Spalte 2 in den Zeile 1 bis 7 angegebenen Bits, also den Bits 1, k, 4, k-4, k-6, 2, k-1. Dieses Muster umfasst also die Bits 1, 2, 4, k-6, k-4, k-1, k. Oberhalb der ersten Zeile befindet sich die Indizierung für die ersten Informationsbits 1-9 sowie die letzten Informationsbits k-8 bis k. Aus Platzgründe wird statt k-8 nur -8 usw. geschrieben. Die Einträge in den Spalten unter der Indizierung der Informationsbits geben an, wie stark das betreffende Informationsbit durch die Punktierung der
Ausgangsbits, die in der 2. Spalte bis zur jeweiligen Zeile angegeben sind und also punktiert werden, betroffen wird. Das heißt, wie viele der punktierten Ausgangsbits waren mit diesem Informationsbit verknüpft. Das ist ein Maß dafür, wie stark das betreffende Informationsbit durch die Punktierung geschwächt wurde.
In der letzten Spalte (Kumulative) ist schließlich die Summe dieser Beeinträchtigungen aufgeführt. Sie wird hier kumulativen Punktierungsstärke genannt.
Die Spalte Mittelwert gibt das Verhältnis V der Summe der letzten Spalte beteilt durch die Anzahl der betroffenen Informationsbits an. Beispielsweise ergibt sich für 6 punktierte Bits V= (2+1+1+1+1) / (1+1+1+1+1) =1,2
Die mittlere Punktierungsrate (Mittl. P-Rate) ist die Spalte "Mittelwert" geteilt durch 18, die Gesamtzahl der pro Informationsbit bei der Encodierung auftretenden "exclusiv oder" -Verknüpfungen. Eine Vorgehensweise, um eine beliebige Anzahl von Bits zu punktieren, besteht darin, Tabellen analog den oben genannten anzufertigen. Für Rate 1/3 und die betrachteten Polynome des Faltungskodierers können die gezeigten Tabellen verwendet werden. Bei anderen Kodierungsraten und/oder anderen Polynomen können die Tabellen leicht analog bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Tabellen legt man dann eine Punktierungsreihenfolge fest, wo zuerst solche Ausgangsbits punktiert werden, die nur einen geringen Einfluss auf die kumulativen Punktierungsstärke haben. Gibt es dabei mehrere Alternative, so werden bevorzugt solche Bits punktiert, welche das Maximum der Punktierungsstärke der einzelnen Bits minimieren.
Für höhere Anzahl zu punktierender Bits und/oder größeren Blocklängen muss i. d. R. die Information aus den Tabellen mit der Idee, möglichst gleichverteilt über den gesamten Block zu punktieren, kombiniert werden. Es bietet sich dann an, im mittleren Teil zusätzlich gezielt Bits zu punktieren, die vom Generatorpolynom mit den wenigsten Potenzen, d.h. mit den wenigsten Verknüpfungen generiert werden. Gleichzeitig ist jedoch darauf zu achten, dass die Gesamtverteilung der Punktierungsstärke im mittleren Bereich des Rahmens keine deutlichen Überhöhungen aufweist.
Für Repetierung gilt entsprechendes, jeweils mit umgekehrtem Vorzeichen. Das heißt, dass Bits die gemäß der Heuristik zuerst punktiert würden nun zuletzt repetiert werden und dass generell zuerst eine gleichmäßige Repetierung im Mittelteil durchgeführt wird, bevorzugt von den Polynomen mit den meisten Verknüpfungen. Danach werden am Rand solche Bits repetiert, die (bei Punktierung) einen möglichst großen Einfluss auf die kumulativen Punktierungsstärke haben.
Im Unterschied zu Verfahren, bei denen die Punktierungsrate zu den Enden hin stetig zunimmt, . führt dies zu einem an sich ein unerwarteten Ergebnis, da man erwarten würde, dass die Zuverlässigkeit der kodierten Bits zu den Enden hin stetig zunimmt. Es zeigt sich aber bei genauer Betrachtung der Polynome für den verwendeten Faltungskodierer, dass diese Annahme überraschenderweise nicht stimmt. Durch die spezifischen Eigenschaften der Polynome ergeben sich, insbesondere am Ende, kodierte Bits, die weniger effektiv zur Kodierung beitragen. Diese Bits treten aber nicht zum Ende hin in stetig zunehmendem Maße auf, sondern sind etwas unregelmäßig verteilt. Indem man das Punktierungsmuster speziell auf diese "schwachen" Bits hin ausrichtet, also bevorzugt diese Bits punktiert, kann man die Kodierung noch weiter verbessern.
Die Erfindung bedient sich also eines heuristisches Verfahrens, das erlaubt:
• mittels einer neu definierten, heuristischen Metrik die Auswirkung der Punktierung / Repetierung eines codierten Bits auf die zugrunde liegenden Informationsbits näherungsweise zu ermitteln, • gezielt und für jeden Faltungscode spezifisch Bits auszuwählen, die punktiert bzw. repetiert werden sollen,
• die Anzahl der zu untersuchenden Ratenanpassungsmuster stark einzuschränken.
Nachdem, basierend auf diesem Verfahren, einige wenige erfolgversprechende Ratenanpassungsmuster ermittelt worden sind, werden diese anhand der Rahmenfehlerrate und der Bitfehlerrate jedes einzelnen Informationsbits (im Folgenden als Bitfehlerratenverteilung bezeichnet) verglichen. Iterativ kann dann, basierend auf der entwickelten Metrik, das
Ratenanpassungsmuster weiter verfeinert und optimiert werden. Als Startinformation dient die Bitfehlerratenverteilung des unpunktierten / nicht-repetierten Blocks
Als heuristische Metrik wird die Punktierungsstärke Si pro
Bit Informationsbit i definiert als die Anzahl der durch die Punktierung nicht übertragenen Verknüpfungen eines Informationsbits mit den jweiligen Ausgangsbits des Encoders. Si ist daher für Punktierung positiv. Für Repetierung wird für jede n-fach übertragene Verknüpfung Si, k = n-1 definiert. Smax ist die maximal mögliche Punktierungsstärke, gegeben durch die codespezifische Gesamtzahl der bestehenden Verknüpfungen :
Ein gutes Ratenanpassungsmuster wird nach folgenden Gütekriterien gesucht:
1. Wähle die kumulative Punktierungsstärke nahe beim möglichen Minimum
2. Sorge für eine möglichst gleichverteilte Bitfehlerrate über allen Informationsbits
Für die Auswahl der zu punktierenden/repetierenden Bits werden basierend auf den Generatorpolynomen des Codes, für den Anfang und das Ende des kodierten Blocks Tabellen aufgestellt, welche die kumulative Punktierungsstärke pro codiertem Bit, sowie die betroffenen Informationsbits darstellen. Damit lassen sich die codierten Bits in sog. Klassen der kumulativen Punktierungsstärke einteilen.
Nach dem obigen Gütekriterium werde nun anhand dieser Tabellen zu punktierende / zu repetierende Bits so ausgesucht, dass zunächst für diejenigen Informationsbits, die eine niedrigere Bitfehlerrate zeigen als andere Bits, die Punktierungsstärke erhöht wird und gleichzeitig die kumulative Punktierungsstärke gering gehalten wird. Die Punktierungsstärke wird also umgekehrt proportional zur Bitfehlerrate des Informationsbits gewählt und zudem werden gezielt Bits ausgesucht, die wenig zur kumulativen Punktierungsstärke beitragen.
Dieses Verfahren wird danach, basierend auf dem ersten ermittelten Muster iterativ angewendet , so dass schon nach wenigen Simulationen ein für den jeweiligen Faltungscode spezifisch optimiertes Ratenanpassungspattern gefunden werden kann . In den Fig. 11 und 12 sind verschiedene Möglichkeiten für erfindungsgemäße Punktierungsmuster dargestellt, wobei jeweils die Nummern der zu punktierenden Bits (die Zählung beginnt bei 1) angegeben sind. Die Tabellen sind für unterschiedliche Anzahlen von zu übertragenden
Informationsbits und unterschiedliche Anzahlen von nach der Ratenanpassung zu übertragende Bits angegeben.
In Fig. 3 ist beispielhaft der Verlauf der Bitfehlerrate für die einzelnen übertragenen Bits eines Datenblocks in
Abhängigkeit von ihrer Position oder Lage in dem Datenblock für eine herkömmliche Punktierung mit einem regelmäßigen Punktierungsmuster aufgetragen.
In Fig. 2 ist dieser Verlauf für eine erfindungsgemäße
Punktierung mit dem Muster Nummer 33 aus Fig. 12, welches sich in Simulationen als besonders geeignet herausgestellt hat, gezeigt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass durch Verwendung des erfindungsgemäßen Punktierungsmusters, ein gleichmäßigerer Verlauf der Bitfehlerrate über den gesamten Datenblock erzielt werden kann. Da im mittleren Bereich des Datenblocks gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise weniger häufig punktiert wird, kann dort eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit erhalten werden. Tatsächlich steigt die Fehlerrate nun zu den Enden hin etwas an, was auf den ersten Blick ungünstig erscheinen könnte. Das resultiert aber daher, dass am Rand besonders viele "schwache" Bits sind, wie bereits oben ausgeführt, wo eine Punktierung recht günstig durchgeführt werden kann. In Fig. 4 ist für dieselben Fälle der Verlauf der
Gesamtfehlerrate über den Verhältnis der Energie der übertragenen Bits zur Rauschleistungdichte aufgetragen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass mit Hilfe der Erfindung (untere Kurve, Kreise) eine gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise (obere Kurve, Kreuze) eine um ca. 0,2dB verbesserte Rahmenfehlerrate erzielt werden kann. Ähnliche Verbesserungen lassen sich auch bei anderen Parametern erzielen. Beispielsweise zeigt die Fig. 6 den Verlauf der Bitfehlerrate für die einzelnen übertragenen Bits eines Datenblocks in Abhängigkeit von ihrer Position in dem Datenblock für eine herkömmliche Punktierung mit einem regelmäßigen Punktierungsmuster bei einer Kodierung mit Rate 1/3 und einer Punktierung von 8 Bit (48 auf 40 Bit) . Das entspricht einer Übertragung von 8 Input Bits. Fig. 10 zeigt die Verteilung, wenn statt dessen das Punktierungsmuster Nr. 3 aus Fig. 11 verwendet wird, welches sich in Simulationen ebenfalls als besonders geeignet herausgestellt hat. Man sieht, dass sich hier eine sehr ausgeglichene Verteilung ergibt. Auch hierbei ergibt sich eine Verbesserung um ca. 0,2dB (hierfür ist aber keine Kurve angefügt, da sie nicht weitere wesentliche Erkenntnisse bringt) .
Die Figur 16 zeigt weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung mit einer Punktierung von 14 von 54 Bits, wobei die Muster 3 und 4 die besten Ergebnisse erzielen.
Die Figuren 13, 14 und 15 zeigen bevorzugte
Repetierungsmuster, welche auch durch Anwendung der in dieser Erfindung gezeigten Regeln gewonnen wurden.
Die vorliegende Erfindung wurde bisher anhand der Verwendung in einem Mobilfunksender beschrieben. Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch auch auf Mobilfunkempfänger ausgedehnt werden, wo ein zur Anpassung der Datenrate auf oben beschriebene Art und Weise punktiertes bzw. repetiertes Signal entsprechend dem jeweils verwendeten Punktierungsbzw. Repetierungsmuster aufgearbeitet werden muss. Dabei werden in dem jeweiligen Empfänger für sendeseitig punktierte bzw. repetierte Bits zusätzliche Bits in den Empfangs- Bitstrom eingefügt bzw. zwei oder mehr Bits des Empfangs- Bitstroms zusammengefasst. Bei Einfügen von zusätzlichen Bits wird für diese gleichzeitig in Form einer sogenannten 'Soft Decision' -Information vermerkt, dass ihr Informationsgehalt sehr unsicher ist. Die Verarbeitung des Empfangssignals kann in dem jeweiligen Empfänger sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge zu Fig. 1 erfolgen.
Weitere unter Verwendung des oben erläuterten Vorgehens ermittelte Ratenanpassungsmuster
Die bisher angegebene Punktierungsmuster konzentrieren sich überwiegend auf eine Punktierung in den Endbereichen oder/und eine Repetierung im mittleren Bereich.
Die nun beschriebenen weiteren Ratenanpassungsmuster wurden mit dem in dem vorher erläuterten Verfahren für verschiedene Vorschläge zur HS-SCCH Codierung in der Standardisierung ermittelt. Angegeben sind jeweils die zu punktierenden bzw. zu repetierenden Bits. Die Bits werden von 1 bis N durchnu meriert . Das bevorzugte Muster wird jeweils zuerst genannt, die weiteren Muster weisen aber stets ähnlich günstige Eigenschaften auf. Die Figur 17, in der diese weiteren Punktierungsmuster aufgeführt sind, stellt also eine Ergänzung zur Figur 12 dar. Entsprechend sind in den Figuren 18- 24 Punktierungsmuster für verschiedene Ausgangsbitraten dargestellt und in Fig. 25 weitere Repetierungsmuster.
Approximation von bevorzugten Ratenanpassungsmustern unter Verwendung von bereits in UMTS spezifizeirter Komponenten.
Die bisher gezeigten Muster haben das Ziel, eine möglichst optimale Auswahl von zu punktierenden bzw. zu repetierenden Bits vorzuschlagen, wobei ansonsten keine weiteren Einschränkungen bezüglich der Muster vorausgesetzt werden. In praktischen Implementierungen kann es aber vorteilhaft sein, nur solche Muster zu betrachten, welche sich mit möglichst kleinen Änderungen an bestehenden Ratenanpassungsschaltungen implementieren lassen. Eine entsprechende Ratenanpassungsvorschrift ist in der bereits erwähnten Spezifikation 25.212 v5.0.0 , Kap. 4.2.7 „Rate matching" (Ratenanpassung) beschrieben. Im folgenden wird der Teil dieser Vorschrift, der die eigentliche Punktierung oder Repetierung vornimmt und im Kapitel 4.2.7.5 „Rate matching pattern determination" (Bestimmung von Mustern zur Ratenanpassung) beschrieben ist, sinngemäß wiedergegeben. Auszug aus der Spezifikation:
Vor der Ratenanpassung werden die Bits mit xll,xl2,x ,...,xιX gekennzeichnet. Hierbei stellt i die Transportkanal Nummer dar, die Sequenz selbst ist in den Abschnitten 4.2.7.4 der Spezifikation für den Uplink und in 4.2.7.1. für den Downlink definiert. Als Uplink wird die Verbindung eines Kommunikationsgeräts zur Basisstation verstanden, als Downlink die Verbindung einer Basisstation zu einem Kommunikationsgerät .
Die Regel zur Ratenanpassung ist in dem in Fig. ??? gezeigten Programmausschnitt wiedergegeben, welcher bei Erfüllen der Bedingung abläuft, dass eine Punktierung durchgeführt wird. Es wird zunächst eine Fehlerwert e auf einen Anfangswert gesetzt welcher zwischen dem ursprünglichen Fehlerwert und der gewünschten Punktierungsrate liegt. In einer Schleife mit dem Index m des momentan betrachteten Bits als Laufparameter wird bis zum Ende der
Sequenz, also bis zum Index Xi
Zunächst der Fehlerwert e auf e - emj.nus gesetzt, wobei eminus im Wesentlichen die Anzahl der zu punktierenden Bits darstellt. - Anschliessend wird überprüft, ob der Fehlerwert e <= 0 ist
- In diesem Falle wird überprüft, ob das Bit mit dem Index m punktiert werden soll, wobei ein zu punktierendes Bit dann auf einen Wert δ gesetzt wird, der verschieden von 0 oder 1 ist. Im Falle dass eine Repetierung stattfinden soll, findet ein im Wesentlichen analoger Vorgang statt, wobei dann ein repetiertes Bit direkt hinter das ursprüngliche Bit gesetzt wird. Bit
Bei einer Punktierung werden dann im weiteren Verlauf dann die Bits die auf den Wert δ gesetzt wurden entfernt, so dass diese Bits also punktiert werden.
Die Parameter ∑i , eιni, epιUS und eminUs werden jeweils so gewählt, dass die gewünschte Ratenanpassung zu erzielt werden kann. Es gilt dann im Wesentlichen epjus = X , eminus = Np, wobei ∑i , die Anzahl der Bits vor der Ratenanpassung bezeichnet und Np die Anzahl der zu punktierenden bzw. repetierenden Bits. eιni kann im Bereich zwischen 1 und epιus im Prinzip beliebig gewählt werden, wobei sich eine leichte Verschiebung des Musters ergibt, dies wird in gewissen Fällen (Ratenanpassung nach einem ersten Interleaving (Verschachteln) ) verwendet, um die Muster in verschiedenen Rahmen geeignet gegeneinander zu verschieben. Der Parameter i kennzeichnet in der Spezifikation unterschiedliche Transportkanäle. Dieser Parameter ist aber im vorliegenden Fall irrelevant wird daher weggelassen. Nachfolgend werden Möglichkeiten gezeigt, wie man mittels diesem bereits vorhandenen Rate Matching Algorithmus bevorzugte
Ratenanpassungsmuster für kurze Blockgrößen bei Faltungscodes approximieren kann. Dabei wird unter der Randbedingung dieses Algorithmus versucht, bei Punktierung bevorzugt Bits an den Enden des Codeblocks zu verwenden und bei Repetierung vor allem Bits aus der Mitte des Codeblocks. Ein Kernaspekt dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, den Parameter eini nicht auf den Wertebereich von 1 bis epιUΞ zu beschränken, sondern statt dessen in vorteilhafter Weise außerhalb dieses Bereiches zu wählen. Eine solche Wahl mag auf den ersten Blick widersinnig erscheinen, weil dann nicht mehr sichergestellt ist, dass die gewünschte Anzahl von Bits punktiert bzw. repetiert wird. Durch eine vorteilhafte Anpassung der Werte von epιus und eminus kann aber erzielt werden, dass dennoch die gewünschte Anzahl erreicht wird.
Es sei :
∑i : Anzahl der Bits vor Rate Matching
Np : Anzahl zu punktierender / repetierender Bits (der Index p in Np weist auf die Anzahl der zu punktierenden Bits hin, Np kann aber auch die Anzahl der zu repetierenden Bits bezeichnen)
Um die Anwendung des Rate Matching Algorithmus und damit die Ratenanpassungsmuster vollständig zu spezifizieren, müssen jeweils der Fehleranfangswert θini , das Fehlerinkrement eplus und das Fehlerdekrement eminus angegeben werden, da diese
Parameter das Ratenanpassungsmuster vollständig beschreiben.
Im folgenden wird die Approximation von bevorzugten Ratenanpassungsmustern mittels dem im Release 99 UMTS Rate- Matching aufgeführten Algorithmus dargestellt.
Nachfolgend werden Möglichkeiten gezeigt, wie mittels des bereits im Standard vorhandenen Rate Matching Algorithmus (Datenraten-Anpassungsalgorithmus ) bevorzugte Ratenanpassungsmuster für kurze Blockgrößen bei Faltungscodes approximiert werden können. Dabei wird unter der Randbedingung dieses Algorithmus versucht, bei Punktierung bevorzugt Bits an den Enden des Codeblocks zu verwenden und bei Repetierung vor allem Bits aus der Mitte des Codeblocks.
Punktierung
Die Parameter des Rate Matching Algorithmus werden so gewählt, dass die ersten N0 Bits am Beginn des Codeblock punktiert werden, dazu muss gelten
0 • ™» " e Plus ) < eini ≤ ^0 • «»*». " (#0 " l) ' β plus ( 1 > Als weiteres Kriterium ist vorgesehen, dass auch das letzte Bit des Blocks punktiert wird, und zwar gemäß folgender Bedingung :
(N0 - l)- (emam - epba )< em (2)
In diesem Fall wird nämlich der Wert der Fehlervariablem e genau beim letzten Bit negativ werden, was bedingt, dass dann dieses Bit punktiert wird.
Beide Kriterien werden z. B. durch folgende bevorzugte Wahl der Parameter erfüllt:
epba = X, - N0 ( 3 ) emmus = Np - N0 ( 4 )
In diesen Formeln ist auch der Spezialfall, dass kein Bit am Beginn des Codeblocks punktiert werden soll (N0 = 0) , enthalten. Es gilt dann: θini = X± , epluε = ∑i , eminus = Np .
Die allgemeinen Implementierungen, welche θini nach den Formeln (1) bis (4) wählen, ergeben Ratenanpassungsmuster, welche sich von denjenigen der bevorzugten Parameterwahl nach
(3) bis (5) lediglich dadurch unterscheiden, dass von der (No + l)-ten bis zur (Np - l)-ten Punktierungsstelle der Index des zu punktierenden Bits um eins erniedrigt sein kann.
Für das Anwendungsbeispiel einer Punktierung von 48 Bit auf 40 Bit zeigt die Tabelle in Fig. 26 Punktierungsmuster nach der bevorzugten Parameterwahl bis zu No = 6. Die nicht fett gedruckten Punktierungsstellen können durch Variation des eιni Wertes gemäß (1) und (2) entweder teilweise oder vollständig um eins erniedrigt werden. Die nachfolgend in Fig. 27 dargestellte Tabelle zeigt in gleicher Weise die resultierenden Muster für eine Punktierung von 111 Bit auf 80 Bit.
Obwohl sich auf diese Weise nicht die optimalen
Punktierungsmuster, die bereits weiter oben besprochen wurden, erzielen lassen, so kann man mit diesem Verfahren doch eine gewisse Verbesserung der Übertragungsqualität gegenüber dem derzeitigen Stand der Spezifikation erreicht werden, wobei die vorzunehmenden Änderungen vergleichsweise gering sind.
Repetierung
Die Parameter des Rate Matching Algorithmus werden erfindungsgemäß so berechnet, dass ein maximaler Abstand des letzten zu repetierenden Bits vom Blockende garantiert wird, es muss also gelten: em = ^ + Xl - emma - N' p ' epba . (6) Weiterhin kann dermittleren Abstand zwischen zu repetierenden Bits RR vorgegeben werden. RR muss nicht eine ganze Zahl sein, sondern kann eine positive rationale Zahl sein. Es gilt dann:
D e P' ,us R R = (7) minus Somit können epιus und emιnus unter der Randbedingung, dass ihr Quotient gerade RR ergibt und insgesamt Np Bits repetiert werden, frei gewählt werden.
Soll das erste zu repetierende Bit, genauer gesagt die Position des ersten zu repetierenden Bits (hier als £>ι bezeichnet) vorgegeben werden, so muss neben (6) gelten
Figure imgf000029_0001
wobei eminUs eine Ganzzahl sein sollte und bx ≤ ∑i - Np + 1 . Eine bevorzugte Parameterwahl ergibt für e nunus = Hp . ( 9 )
' plus = χ. -b, + 1 ( 10 )
im = (b, - l)- Np + l ( ii)
Mit dieser Wahl der Parameter ist die Position des ersten zu repetierenden Bits Ji, und es werden, wie gefordert, Np Bits repetiert .
Auch hier sind die entstehenden Repetierungsmuster nicht optimal, verglichen mit den bereits weiter oben besprochen Mustern. Trotzdem kann man mit diesem Verfahren doch eine gewisse Verbesserung der Übertragungsqualität gegenüber dem derzeitigen Stand der Spezifikation erreicht werden, wobei die vorzunehmenden Änderungen wiederum vergleichsweise gering sind. Durch eine günstige Wahl des Parameters b\ kann erreicht werden, dass die Repetierung nicht schon am Anfang beginnt. Am Anfang ist eine Repetierung nämlich nicht nötig, da die Bits am Anfang des Faltungsdecoders wie oben gezeigt ohnehin schon eine vergleichsweise niedrige Fehlerrate aufweisen. Viel nutzbringender ist es also, wenn die zu repetierenden Bits, wie durch dieses Verfahren geschehen eher zur Mitte hin konzentriert werden. Ein Nachteil dieses Ausführungsbeispiels ist allerdings, dass es nur am Anfang Repetierung vermeidet, während die Verhältnisse am Ende weit weniger positiv beeinflusst werden können. Das ist der Preis, der für die vereinfachte Implementierung gezahlt werden muss.
Selbstverständlich ist auch eine Kombination von oben genannten Kriterien bei der Auswahl eines Punktierungsmusters möglich. Beispielsweise kann man ein Muster aus zwei hier vorgestellten Mustern kombinieren, indem am Anfang der Anfang des einen Musters verwendet wird und am Ende das Ende des zweiten Musters. Des weiteren ist es unerheblich, wenn die Bits in einer veränderten Reihenfolge ausgegeben werden, und gleichzeitig das Punktierungsmuster analog angepasst wird. Beispielsweise kann man die Reihenfolge der Polynome im Faltungskodierer vertauschen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Anpassung der Datenrate eines Datenstroms in einer Kommunikationsvorrichtung, - wobei der Datenstrom in zumindest einen Datenblock unterteilbar ist, welcher zu übertragende Übertragungsbits enthält,
- wobei die Ubertragungsbits durch einen Codiervorgang aus informationstragenden Eingangsbits gebildet werden, - bei dem zur Anpassung der Datenrate aus einem
Datenblock des Datenstroms bestimmte Übertragungsbits entfernt (punktiert) werden,
- wobei durch ein Punktierungsmuster vorgegeben wird, welche Übertragungsbits zu entfernen sind, - und das Punktierungsmuster derart ausgelegt ist, dass bevorzugt Übertragungsbits entfernt werden, die über den Codiervorgang von wenigen Eingangsbits abhängen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Punktierungsmuster durch folgende Schritte gebildet wird:
- Ermittlung einer kumulativen Punktierungsstärke, welche angibt, welcher Anteil von Informationsbits durch Entfernen von Übertragungsbits aus dem Datenblock entfernt wurde, - Bildung einer Entscheidungsfunktion in Abhängigkeit von der kumulativen Punktierungsstärke,
- Minimieren der Entscheidungsfunktion zur Ermittlung des Punktierungsmusters .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Punktierungsmuster über eine Punktierungsrate den Abstand zwischen zu entfernenden Übertragungsbits vorgibt, wobei die Punktierungsrate für unterschiedliche Bereiche im Datenblock unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem die Punktierungsrate im mittleren Bereich des Datenblocks im Wesentlichen äquidistante Abstände zwischen den zu entfernenden Bits aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass durch die Punktierung, von dem vorderen Ende des zu punktierenden Datenblocks her betrachtet, einen Abschnitt aus folgender Reihe (Bitpositionen) enthält: 1, 4, 2, 3, 8, 7, 5, 6, 15, 12, 14, 11, 10, 9 wobei "1" der ersten Bitposition entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass durch die Punktierung, von dem hinteren Ende des zu punktierenden Datenblocks her betrachtet, einen Abschnitt aus folgender Reihe (Bitpositionen) enthält: 0, 4, 6, 1, 2, 15, 12, 10, 9, 7, 4, 5, 18, 13, 8, wobei "0" der letzten Bitposition entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass 8 von 48 Bit punktiert werden und zwar die Bit 1, 2, 4, 8, 42, 45, 47, 48.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass 31 von 111 Bit punktiert werden und zwar die Bit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 14, 15, 24, 42, 48, 54, 57, 60, 66, 69, 96, 99, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass 14 von 54 Bit punktiert werden und zwar die Bit 1, 2, 3, 4, 7, 8, 36, 39, 42, 48, 51, 52, 53, 54.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass 14 von 54 Bit punktiert werden und zwar die Bit 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 39, 45, 48, 51, 52, 53, 54.
11. Verfahren zur Anpassung der Datenrate eines Datenstroms in einer Kommunikationsvorrichtung, - wobei der Datenstrom in zumindest einen Datenblock unterteilbar ist, welcher zu übertragende Übertragungsbits enthält,
- wobei die Übertragungsbits durch einen Codiervorgang aus informationstragenden Eingangsbits gebildet werden, - bei dem zur Anpassung der Datenrate aus einem
Datenblock des Datenstroms bestimmte Übertragungsbits wiederholt (repetiert) werden,
- wobei durch ein Repetierungsmuster vorgegeben wird, welche Übertragungsbits zu repetieren sind, - und das Punktierungsmuster derart ausgelegt ist, dass bevorzugt Übertragungsbits repetiert werden, die über den Codiervorgang von vielen Eingangsbits abhängen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Repetierungsmuster durch folgende Schritte gebildet wird:
- Ermittlung einer Funktion einer kumulativen Repetierungsstärke, welche angibt,
- welcher Anteil von Eingangsbits durch Wiederholen von Übertragungsbits im Datenblock wiederholt wurde, - Bildung einer Entseheidungsfunktion in Abhängigkeit von der kumulativen Repetierungsstärke, - Maximieren der Entscheidungsfunktion zur Ermittlung des Repetierungsmusters .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Repetierungsrate des Repetierungsmusters, welche den Abstand zwischen den zu repetierenden Bits vorgibt, im mittleren Bereich des Datenblocks im wesentlichen äquidistante Abstände bedingt und am Rand des Datenblocks so grOße Abstände, dass keine Bit repetiert werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Repetierungsmuster derart ausgestaltet ist, dass 4 von 36 Bits repetiert werden und zwar die Bits 16, 18, 20, 22.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne , dass der Datenblock , in welchem die Ratenanpassung durchgeführt wird, mit einem Faltungscode codierte Daten umfasst .
16. Kommunikationsvorrichtung, mit einer Ratenanpassungseinrichtung (6) zur Punktierung oder Repetierung eines Datenblocks eines der Ratenanpassungseinrichtung (6) zugeführten Datenstroms gemäß einem bestimmten Ratenanpassungsmuster zur
Anpassung der Datenrate des Datenstroms, wobei die Ratenanpassungseinrichtung durch die Punktierung oder Repetierung dem Ratenanpassungsmuster entsprechende Bits aus dem Datenblock entfernt oder wiederholt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ratenanpassungseinrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass sie die Ratenanpassung mit einem Punktierungsmuster oder Repetierungsmuster durchgeführt, welches nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-15 ausgestaltet ist.
17. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsvorrichtung (1) eine Mobilfunksende- oder Mobilfunkempfangsvorrichtung, insbesondere eine UMTS-Mobilfunksende- oder UMTS- Mobilfunkempfangsvorrichtung, ist.
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