WO2005034417A1 - Bitselektives arq-verfahren, sender und empfänger - Google Patents

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WO2005034417A1
WO2005034417A1 PCT/EP2004/052084 EP2004052084W WO2005034417A1 WO 2005034417 A1 WO2005034417 A1 WO 2005034417A1 EP 2004052084 W EP2004052084 W EP 2004052084W WO 2005034417 A1 WO2005034417 A1 WO 2005034417A1
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bits
coded bits
symbols
coded
receiver
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PCT/EP2004/052084
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Martin Bossert
Elena Costa
Axel Hof
Egon Schulz
Martin Weckerle
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • 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
    • H04L1/0057—Block codes
    • H04L1/0058—Block-coded modulation
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    • H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • H04L1/18—Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
    • H04L1/1812—Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ]
    • H04L1/1819—Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ] with retransmission of additional or different redundancy
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    • H04L1/18—Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/08—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by repeating transmission, e.g. Verdan system

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting digital information between a transmitter and a receiver according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a transmitter and a receiver for performing the method.
  • Communication systems are used to transfer information between a sender and a receiver.
  • information for example, marriage, picture information, video information, SMS (short message
  • the electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system.
  • Radio channels are exposed to a large number of disturbances.
  • interference from the noise of the receivers usually additive white Gaussian noise, is unavoidable.
  • radio channels show many additional disturbances caused by multipath propagation, scattering, fading, total failures, impulse disturbances, interference from other participants and interference signals.
  • channel coding methods are usually used in order to ensure reliable, that is to say largely error-free, transmission.
  • the term channel coding is a generic term for all coding methods in which the properties of a transmission channel are taken into account in order to specifically target the redundancy of data to be transmitted for error detection or error correction. heights.
  • the source coding reduces redundancy.
  • Channel coding methods include block coding and convolutional coding.
  • Multi-level coding methods are used to protect individual bits to different degrees during transmission.
  • a serial bit stream is divided into a plurality of parallel bit streams, wherein a different coding can be used for each of the parallel bit streams.
  • the differently coded bits of the parallel streams are then combined into symbols, with exactly one coded bit of each of the parallel bit streams being included in each symbol.
  • a set of bits, the number of which corresponds to the number of parallel bit streams, is therefore included in a symbol; the symbols thus depend on the coded bits which are mapped onto the symbols.
  • the encoder converts information bits into coded bits and maps the coded ones
  • Bits in symbols instead, which are then transmitted over the channel to the receiver.
  • the symbols are usually falsified by interference during transmission.
  • the task of the decoder on the receiver side is now to detect transmission errors that may have occurred or to determine the transmitted coded bits from the received, corrupted signal.
  • the bits to be transmitted are checksums on the transmitter side, e.g. CRC (Cyclic Redundancy Check) added, which allows the receiver to determine whether errors have occurred during the transmission. This corresponds to a check whether the received bits match the transmitted bits. If errors are found, a negative acknowledgment of receipt will be sent
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • Hybrid ARQ methods are methods in which ARQ mechanisms such as checksum formation, confirmation (ACK or NAK) and repeated transmission are combined with an error-correcting coding. The receiver only requests the repeated sending of bits if the error correction of a section identified as faulty is not possible.
  • the coded data sent in the first transmission are repeated exactly and there is no combination with the coded data sent in the first transmission
  • the Type 2 method in addition to the coded data the first transmission is sent further redundancy that was not yet sent during the first transmission without the bits of the first transmission being sent again.
  • the coded bits sent in this way cannot be decoded on their own. They must be combined in the receiver with the data sent during the first transmission before they can be decoded.
  • different versions of the coded bits with different redundancy can be sent in addition to the coded data of the first transmission in the case of repeated transmission. More redundancy can be added step by step per repeated transmission.
  • the data sent repeatedly can thus be decoded even without taking into account the data sent during the first transmission.
  • a combination of the repeatedly transmitted data and the data transmitted during the first transmission can also take place in the receiver before decoding.
  • Hybrid ARQ methods of type 2 or 3 are preferred for radio transmission.
  • the transmitter transmits entire symbols again or in the event of an error message from the receiver or redundancy relating to the entire defective symbols.
  • transmission errors only affect part of a symbol, so that in In this case, the described ARQ methods use radio resources for sending repetition or redundancy bits, which the receiver does not need for correct decoding.
  • the invention is based on the object of demonstrating an efficient ARQ method which supports economical use of transmission resources. Furthermore, a transmitter and a receiver for performing the method are to be shown.
  • a serial stream of information bits is divided into a plurality of parallel streams on the transmitter side in method step (a).
  • the information bits of the parallel streams are converted into coded bits by coding.
  • the coded bits are sent to the receiver in the form of symbols, with each coded bit of each parallel stream being included in the symbols.
  • the coded bits are sent to the receiver in the form of symbols.
  • step (b) based on at least one error message from the receiver regarding coded bits of a subset of parallel streams of the plurality of parallel streams received by the receiver in step (a), coded bits of the coded bits indicated in the at least one error message are sent and / or - coded bits not transmitted in step (a) based on information bits of the subset of parallel streams which the coded bits indicated in the at least one error message are sent to the receiver.
  • repeat and / or redundancy bits are sent in step (b) to the bits sent for the first time in step (a).
  • bits of the parallel streams are processed in parallel in the transmitter and also sent in parallel to one another, that is, bits of the different parallel streams are included in the symbols sent. There is therefore a connection between the number of parallel currents and the modulation method used: the more parallel currents used, the higher the value of the modulation method used.
  • the information bits of the parallel streams are subjected to coding.
  • This can be, for example, error detection coding, such as, for example, appending checksums to the information bits, or else error correction coding, such as, for example, convolution or block coding.
  • bits that leave the encoder are called coded bits.
  • the receiver Before the error message is sent, the receiver carries out a method for determining the correctness of the coded bits received. This means that the receiver checks whether transmission errors have occurred or whether the received bits match the transmitted bits. The error message affects one or more of the parallel currents. It is thus possible with the method according to the invention, in the event of incorrect reception, instead of the repeated transmission of entire symbols, of the repeated transmission of symbols to request constituent parts of symbols or of individual bits which have been incorporated into the respective symbols. It is therefore a bit-selective ARQ process that supports the economical use of transmission resources.
  • the transmitter reacts differently to the error message from the receiver. It is therefore possible for it to react by repeatedly sending coded bits that have already been sent. In addition to sending coded bits that have already been sent, additional coded bits that have not previously been sent can also be sent. The coded bits already sent and the coded bits sent for the first time after the error message are determined on the basis of the same information bits, so that the receiver can carry out a more precise decoding using the new coded bits. Finally, it is possible that the transmitter does not resend the coded bits that have already been sent, but only coded bits that have not yet been sent and that were calculated on the basis of the same information bits.
  • the cases described correspond to ARQ procedures of types 1, 2 and 3.
  • step (a) coding for the information bits of at least two of the parallel currents is different from one another.
  • the transmitter has a multi-level encoder with different coding methods. Different coding for different parallel currents can be realized by different calculation rules of the coding method or by the same calculation rules and different puncturing. A different coding usually manifests itself in a different number of redundancy bits per transmitted information bit. However, it is also possible that the same coding is carried out for the information bits of all parallel streams.
  • symbols are formed from a number of coded bits sent in step (b), which corresponds to the plurality of parallel streams, in which one of the plurality of parallel streams Streams corresponding number of bits. This means that symbols are sent in step (b), which only contain coded bits sent due to the error message. If, for example, a three-value modulation method is used, three of the bits sent in step (b) are combined into one symbol and sent to the receiver. In this way, all or only some of the coded bits sent in step (b) due to the error message can be combined into symbols.
  • symbols can be formed into which only bits of a single parallel stream sent in step (b) are included.
  • the coded bits of the individual parallel streams sent on account of the error message can be sent, for example, one after the other, so that first all symbols formed from bits of a first parallel stream and then all symbols formed from bits of a second parallel stream are sent.
  • mixed symbols can be formed, into which coded bits from different parallel streams enter.
  • symbols are formed from a number of coded bits sent in step (b), the number corresponding to a subset of the plurality of parallel streams which receive a number of bits corresponding to the plurality of parallel streams, the bits of the symbols which do not correspond to the coded bits sent in step (b) being the same for the different symbols formed.
  • symbols are formed in which, in addition to the encoded bits sent in the other message.
  • These other bits are a specific bit pattern, which is the same for all symbols formed according to this scheme. Due to the definition of this bit pattern, there is an effective reduction in the modulation alphabet used, which enables easier decoding in the receiver.
  • symbols are formed from a number of coded bits sent in step (b), the number corresponding to a subset of the plurality of parallel streams, into which symbols number of bits corresponding to the plurality of parallel streams, the bits of the symbols which do not correspond to the coded bits sent in step (b) made up of coded bits based on information bits of one or more parallel streams with respect to which no coded bits had previously been sent were exist.
  • symbols are formed within which the coded bits sent due to the error message assume some, but not all, positions. The other positions are occupied with coded bits which have been calculated from information bits for which no coded bits have previously been transmitted. This corresponds to the case where some of the parallel streams continue to send bits as scheduled, while other positions of the transmitted symbols are filled with repeat bits of step (b).
  • the information is advantageously transmitted between the transmitter and the receiver by radio.
  • the device according to the invention for sending information to a receiver has means for dividing a serial stream of information bits into a plurality of parallel streams, furthermore means for converting the information bits of the parallel streams into coded bits by coding, and means for forming symbols from the coded bits, so that one coded bit of each parallel stream is included in the symbols.
  • the device comprises means for sending the coded bits in the form of symbols to the receiver, means for receiving and evaluating at least one error message regarding coded bits of a subset of parallel streams of the plurality of parallel streams received by the receiver, and means for sending of previously transmitted coded bits of the coded bits indicated in the at least one error message, and / or previously not transmitted coded bits based on information bits of the subset of parallel streams on which the coded bits indicated in the at least one error message are based on the at least one Error message to the recipient.
  • the device according to the invention for sending information further comprises means for forming symbols, in each of which at least one coded bit sent on the basis of the at least one error message is received.
  • the above-mentioned object with regard to a receiver is achieved by a device for receiving information from a transmitter with the features of claim 9.
  • the device according to the invention for receiving information has means for receiving symbols from the transmitter, with a coded bit of each of a plurality of parallel streams of information bits being received in the symbols on the transmitter side, and means for determining the correctness of the received coded Bits, and means for generating and sending at least one error message relating to received coded bits of a subset of parallel streams of the plurality of parallel streams to the transmitter.
  • the device according to the invention comprises means for receiving
  • the device according to the invention for sending information to a receiver and the device according to the invention for receiving information from a transmitter are particularly suitable for carrying out the method according to the invention, and this also applies to the subclaims.
  • the devices can each comprise further suitable means.
  • FIG. 1 schematically the processing of data in the transmitter and in the receiver
  • FIG. 2 the transmission of repeat bits in the context of an ARQ method according to the invention
  • Figure 3 an arrangement of symbols in the complex plane.
  • modulation methods are used, whereby several bits are combined to form a symbol and using modulation types such as e.g. ASK (Amplitude Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation) are transmitted.
  • modulation types such as e.g. ASK (Amplitude Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation) are transmitted.
  • the individual bits of a symbol to be transmitted are subject to different susceptibility to errors.
  • FIG. 3 shows an assignment of four bits to a symbol. All possible symbols are shown in the complex level. The axes correspond to the real and imaginary parts of a received or transmitted signal.
  • the position of a symbol detected by the receiver and transmitted via a disturbed channel is marked with a cross.
  • the probability that the first bit of the transmitted signal is a zero is significantly higher than the probability that the last bit of the transmitted signal is a zero, since the first
  • the transmitter again transmits the entire symbol or redundancy information relating to the entire symbol to the receiver after it has been informed that it was unable to decode the symbol correctly. In the present case, this does not correspond to efficient use of the transmission resources, since the receiver is more likely to correctly decode the first bit of the faulty symbol than the other bits.
  • the method according to the invention which avoids this problem is described below.
  • FIG. 1 shows a bit stream ST present in the transmitter S for the receiver E. This is divided into three parallel bit streams PS1, PS2 and PS3.
  • the method according to the invention is not limited to the use of three parallel bit streams, rather any number of parallel bit streams greater than or equal to two can be used.
  • the parallel bit streams PS1, PS2 and PS3 correspond to three branches, which are processed in parallel in the transmitter S and sent in parallel to the receiver.
  • Various algorithms can be used to split the bits of the serial bit stream into the parallel bit streams. In the simplest case, the bits are divided cyclically between the parallel bit streams, so that every third bit arrives in each of the parallel bit streams PS1, PS2 and PS3.
  • the bits of the three parallel bit streams PS1, PS2 and PS3 are each encoded differently in the three encoders ENCODER1, ENCODER2 and ENCODER 3.
  • a coding rule e.g. convolutional coding or serial concatenation of convolutional codes are used.
  • Convolutional coding is a mapping from x incoming bits to y outgoing channel-coded bits, i.e. for each incoming x bit, y coded bits are output. The ratio x / y is called the code rate.
  • a convolutional encoder is implemented by a digital circuit made up of shift registers, the contents of which are linked in y different ways together with the currently incoming data bit by addition and modulo-2 operations.
  • the result of this convolutional coding can be punctured. A certain number of bits are deleted from the result of the convolutional coding and the number of redundancy bits is thus reduced.
  • Different coding of the three encoders ENCODER1, ENCODER2 and ENCODER3 can thus be achieved by using the same calculation rule for the convolution coding of each of the three encoders ENC0DER1, ENCODER2 and ENCODER3, but in combination with different puncturing.
  • the bits which leave the three encoders ENCODER1, ENCODER2 and ENCODER3 are the coded bits KB1, KB2 and KB3 of the three branches.
  • the coded bits KB1, KB2 and KB3 are grouped into packets, so that each packet which is one of the three encoders ENCODER1, ENC0DER2 and
  • ENCODER3 leaves contains an equal number of coded bits.
  • Another coding step which takes place in the three encoders ENCODER1, ENC0DER2 and ENCODER3, is the calculation of a checksum such as CRC (Cyclic Redundancy Check), in which all bits of the respective packet go.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • This checksum is part of the packets and thus also of the coded bits KB1, KB2 and KB3.
  • the receiver can decide whether the respective packet has been transmitted correctly, i.e. whether the bits of the received packet match those of the sent packet.
  • the quantitative division of the coded bits KB1, KB2 and KB3 into a quantity of information bits i and redundancy bits r is shown schematically, the quantity of information bits i corresponding to the uncoded bits of the parallel streams PS1, PS2 and PS3 and the Amount of redundancy bits r those bits that were added due to the coding.
  • the type of representation does not imply that the set of information bits i and the redundancy bits r are necessarily separated from one another in the packets following one another.
  • the division of the packets into the set of information bits i and redundancy bits r indicates how many of the uncoded bits of the parallel streams PS1, PS2 and PS3 per packet were processed by the encoders ENCODER1, ENCODER2 and ENCODER3.
  • the lower index for the information bits i and the redundancy bits r stands for the packet number and the upper index in brackets stands for the respective branch.
  • Z j (1) thus stands for the amount of information bits of the first ketes of the top branch.
  • the uppermost branch has the largest amount r of redundancy bits, so that the coding by the encoder ENCODER1 in the uppermost branch is stronger than by the coders ENCODER2 and ENCODER3 of the other branches.
  • a symbol corresponds to a binary vector with three entries, the first entry corresponding to the MSB (Most Significant Bit) and the third entry corresponding to the LSB (Least Significant Bit). In the following, the entries of the vectors are designated with positions within a symbol.
  • the coded bits KB1 of the first branch occupy the uppermost position within a symbol, the coded bits KB2 of the second branch the middle and the coded bits KB3 of the third branch the lowest.
  • the receiver E knows the composition of the symbols or the assignment of positions within the symbols to coding regulations of the encoders ENCODER1, ENCODER2 and ENCODER3.
  • the symbols SYM are sent by the transmitter S and transmitted to the receiver via the transmission channel CHANNEL.
  • the transmission channel is a radio channel.
  • the described method can also be applied to other types of transmission channels, in particular to those transmission channels that do not have a static behavior, but in particular are subject to short-term changes over time.
  • the transmission is often subject to various interferences, so that the symbols SYM ⁇ received by the receiver E can differ from the transmitted symbols SYM.
  • the receiver E uses the decoder DECODER, which due to the type of coding on the transmitter side is a multi-stage Decoder, the receiver E first uses the checksums to check whether the transmission on the individual branches is faulty. If an error is detected, an attempt can be made based on the error-correcting properties of the folding codes to determine the symbols SYM sent from the symbols SYM received. Furthermore, the receiver E can determine reliability values for sections of the received parallel bit streams. The reliability values can then be used as a measure of the cases in which repeat bits for correct decoding of the
  • Symbols can be requested. If the receiver E succeeds in decoding correctly for all symbols of a packet, it confirms the correct receipt of the packet by an ACK (acknowledgment). In the following, the case is considered where the receiver E is unable to obtain a correct decoding result for a packet.
  • the receiver E uses a return channel FEEDBACK CHANNEL to inform the transmitter S using a NAK (Negative Acknowledgment) that non-correctable transmission errors have occurred in the packet concerned.
  • NAK Negative Acknowledgment
  • the return channel FEEDBACK CHANNEL is used to signal for each branch of each packet received whether the decoding was successful or not. In the following it is assumed that an uncorrectable transmission error has occurred in the middle branch.
  • the error message NAK only contains the indication of the branch or the position within the symbols which contains bits containing errors, or additionally a limitation of bits of the respective packet which have been falsified by the transmission.
  • Repetition bits which are intended to enable him to better correct errors when decoding the data, are thus requested from the receiver in packets or for symbol sequences within a packet.
  • the transmitter S can react to the error message NAK by sending information of various types. In FIG. 2 those bits which the transmitter S sends to the receiver due to the error message NAK are designated + r 2) . Regarding the specific design of the
  • Bits + r 2) it is possible that these correspond to the previously transmitted coded bits KB2 or i ⁇ and r j (2) , so that the transmitter S merely repeats the transmission that has already taken place unchanged. Furthermore, the transmitter S can transmit the coded bits KB2 and additionally coded bits not previously transmitted, which have been calculated from the same uncoded bits as the coded bits KB2. This can be achieved, for example, by the transmitter S inserting part of the bits punctured before the first transmission into the coded bits KB2 and thus increasing the proportion of the redundancy bits or lowering the code rate. The code rate can thus be gradually reduced until a maximum of all previously punctured bits are inserted.
  • the number of bits + r ] (the number of the previously transmitted coded bits KB2 exceeds.
  • a transmission of previously not transmitted coded bits together with a subset of the previously transmitted coded bits KB2 is also possible, so that the number of Bits V 2) can be larger or smaller than the number of coded bits KB2 previously sent.
  • the transmitter S can send the previously punctured bits without retransmitting the coded bits KB2. In this case, the number of bits + r 2) is less than the number of coded bits KB2 previously sent.
  • i is the set of the information bits in the top branch and the amount of redundancy bits r 2 (1)
  • the middle branch i is the set of the information bits and the amount of redundancy bits r 2 (2)
  • the amount of information bits i * and the amount of redundancy bits r 2 (3) are sent.
  • the packet shown in the upper part of the right-hand illustration of FIG. 2 can be punctured higher than usual for each branch, for example in the first packet in the left illustration tion used in Figure 2 can be selected.
  • the encodings of the three encoders ENCODER1, ENC0DER2 and ENC0DER3 are not changed compared to normal data transmission, so that the share of information bits i ⁇ , i and i ⁇ of the second packet in the total number of bits of the second packet compared to the share the information bits i ⁇ , of the first packet is reduced in the total number of bits of the first packet.
  • repeat bits are to be sent for another branch, these can be transmitted, for example, after bits + r 2) .
  • the symbols in which only the bits + r 2) of the second branch have been entered are followed by symbols which were formed exclusively from repeat bits from another branch.
  • symbols it is also possible for symbols to be formed which include both one or more of the bits V / 2) and one or more repeat bits of another branch.
  • the middle representation of the right side of FIG. 2 shows another possibility of distributing bits V / 2) among the positions of the symbols of the second packet.
  • V / 2 - 1 sent on the third branch.
  • the distribution of bits j (2) over the positions within the symbols can then be made dependent, for example, on a reliability determined by the receiver.
  • the repetition bits are preferably transmitted on a branch which is as reliable as possible, this branch being a branch which, depending on the partitioning, has a greater Euclidean distance than the branch used in the first transmission. In the example in FIG.
  • the branch from which the first bit of the symbols originates could be used for the repeat bits. If, in addition to bits + r 2), repeat bits for another branch are requested, the modulation alphabet is reduced to four symbols by the procedure described, and branches that are as reliable as possible should also be selected for the repeat transmissions in this case.
  • a further possibility of sending bits 2 - * is shown in the bottom representation on the right-hand side of FIG. 2.
  • the second branch ie the branch on which the error-coded bits KB2 were originally transmitted, is used to send bits + r ) used.
  • the amount of information bits i Menge and the amount of redundancy bits r 2 (1) and the amount of information bits i und and the amount of redundancy bits r 2 3) are then sent on the first branch.
  • This procedure can be transferred analogously to the cases in which repeat bits for several branches are requested.
  • the method can also be applied to cases in which no error correction coding takes place before the first transmission.
  • NAK alternatively, a mere repetition of the transmission that has already taken place, or one
  • the encodings used by the encoders ENCODER1, ENCODER2 and ENCODER3 do not have to differ from one another.
  • the ratio of the amount of information bits i to redundancy bits r would be e.g. the left part of Figure 2 the same for all three branches.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von digitalen Informationen zwischen einem Sender (S) und einem Empfänger (E), wobei senderseitig ein serieller Strom (ST) von Informationsbits in eine Mehrzahl von parallelen Strömen (PS1, PS2, PS3) aufgeteilt wird. Die Informationsbits der parallelen Ströme (PS1, PS2, PS3) werden durch Kodierung in kodierte Bits (KBl, KB2, KB3) umgewandelt. Die kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) werden in Form von Symbolen (SYM) an den Empfänger (E) gesendet, wobei in die Symbole (SYM) jeweils ein kodiertes Bit (KBl, KB2, KB3) eines jeden parallelen Stromes (PS1, PS2, PS3) eingeht. Die kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) werden in Form von Symbolen (SYM) an den Empfänger (E) gesendet. Erfindungsgemäß werden aufgrund mindestens einer Fehlermeldung (NAK) von dem Empfänger (E) betreffend empfangene kodierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme (PS1, PS2, PS3) zuvor bereits gesendete kodierte Bits (KBl, KB2, KB3) der in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits und/oder zuvor nicht gesendete kodierte Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits basieren, an den Empfänger (E) gesendet. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Sender und einen Empfänger zur Durchführung des Verfahrens.

Description

BITSELEKTIVES ARQ- VERFÄHREN , SENDER UND EMPFANGER
Beschreibung
ARQ-Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von digitalen Informationen zwischen einem Sender und einem Empfänger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Sender und einen Emp- fänger zur Durchführung des Verfahrens.
Kommunikationssysteme dienen der Übertragung von Informationen zwischen einem Sender und einem Empfänger. In Funkkommunikationssystemen werden Informationen (beispielsweise Spra- ehe, Bildinformation, Videoinformation, SMS (Short Message
Service) oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwischen Sender und Empfänger übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen.
Nachrichtenkanäle, insbesondere Funkkanäle, sind einer Vielzahl von Störungen ausgesetzt. Unvermeidbar bei allen Systemen ist die Störung durch das Rauschen der Empfänger, meist additives weißes Gaußsches Rauschen. Weiterhin zeigen Funkkanäle viele zusätzliche Störungen, hervorgerufen durch Mehrwegeausbreitung, Streuung, Fading, Totalausfälle, Impulsstörungen, Interferenz von anderen Teilnehmern und Störsignalen.
Bei der digitalen Übertragung von Information über einen Kanal werden üblicherweise Verfahren der Kanalkodierung eingesetzt, um eine zuverlässige, d.h. weitesgehend fehlerfreie, Übertragung zu gewährleisten. Bei dem Begriff Kanalkodierung handelt es sich um einen Oberbegriff für alle Kodierverfah- ren, bei welchen die Eigenschaften eines Übertragungskanals berücksichtigt werden, um die Redundanz von zu übertragenden Daten gezielt zur Fehlererkennung bzw. Fehlerkorrektur zu er- höhen. Im Gegensatz hierzu reduziert die Quellenkodierung die Redundanz. Verfahren zur Kanalkodierung sind z.B. die Blockkodierung und die Faltungskodierung.
Um einzelne Bits bei einer Übertragung unterschiedlich stark zu schützen, werden Multi-Level-Kodierungsverfahren eingesetzt. Hierbei wird ein serieller Bitstrom in eine Mehrzahl von parallelen Bitströmen aufgeteilt, wobei für jeden der parallelen Bitströme eine unterschiedliche Kodierung verwendet werden kann. Die unterschiedlich stark kodierten Bits der parallelen Ströme werden dann zu Symbolen zusammengesetzt, wobei in jedes Symbol genau ein kodiertes Bit eines jeden der parallelen Bitströme eingeht. Eine Menge an Bits, deren Anzahl mit der Anzahl der parallelen Bitströme übereinstimmt, geht somit in ein Symbol ein; die Symbole hängen somit von den kodierten Bits, welche auf die Symbole abgebildet werden, ab.
Senderseitig findet im Kodierer die Umwandlung von Informati- onsbits in kodierte Bits und eine Abbildung der kodierten
Bits in Symbole statt, welche dann über den Kanal zum Empfänger übertragen werden. Während der Übertragung werden die Symbole in der Regel durch Störeinflüsse verfälscht. Die Aufgabe des Dekodierers auf der Empfängerseite besteht nun dar- in, eventuell aufgetretene Übertragungsfehler zu erkennen bzw. aus dem empfangenen, verfälschten Signal die gesendeten kodierten Bits zu ermitteln.
Bei ARQ (Automatic Repeat Request) Verfahren werden den zu übertragenden Bits senderseitig Prüfsummen wie z.B. CRC (Cyc- lic Redundancy Check) hinzugefügt, welche es im Empfänger erlauben, festzustellen, ob Fehler bei der Übertragung aufgetreten sind. Dies entspricht einer Überprüfung, ob die empfangenen mit den gesendeten Bits übereinstimmen. Werden Feh- 1er festgestellt, wird eine negative Empfangsbestätigung
(NAK, Negative Acknowledgement) von dem Empfänger an den Sender gesendet, woraufhin der Sender die fehlerhaft empfangenen Bits erneut überträgt. Unter hybriden ARQ-Verfahren werden Verfahren verstanden, bei welchen ARQ-Mechanismen wie Prüfsummenbildung, Bestätigung (ACK bzw. NAK) und wiederholte Versendung mit einer fehlerkorrigierenden Kodierung kombi- niert werden. Der Empfänger fordert nur dann die wiederholte Versendung von Bits an, wenn die Fehlerkorrektur eines als fehlerhaft erkannten Abschnitts nicht möglich ist. Bezüglich der darauffolgenden wiederholten Versendung von Bits existieren folgende Möglichkeiten: bei Typl-Verfahren werden die in der Erstübertragung gesendeten kodierten Daten exakt wiederholt und es findet keine Kombination mit den bei der Erstübertragung gesendeten kodierten Daten statt, während bei Typ2-Verfahren zusätzlich zu den kodierten Daten der Erstübertragung weitere Redundanz gesendet wird, die bei der Erstübertragung noch nicht gesendet wurde, ohne dass die Bits der Erstversendung erneut gesendet werden. Die so gesendeten kodierten Bits sind alleine nicht dekodierbar. Sie müssen im Empfänger mit den bei der Erstübertragung gesendeten Daten kombiniert werden, bevor sie dekodiert werden können. Bei Typ3-Verfahren können bei der wiederholten Versendung unterschiedliche Versionen der kodierten Bits mit unterschiedlicher Redundanz zusätzlich zu den kodierten Daten der Erstübertragung gesendet werden. Dabei kann schrittweise pro wiederholter Übertragung mehr Redundanz hinzugefügt werden. Die wiederholt gesendeten Daten sind somit auch alleine ohne Berücksichtigung der bei der Erstübertragung gesendeten Daten dekodierbar. Es kann im Empfänger jedoch vor der Dekodierung auch eine Kombination der wiederholt gesendeten Daten und der bei der Erstübertragung gesendeten Daten erfolgen. Hybride ARQ-Verfahren vom Typ 2 oder 3 werden bevorzugt für die Funkübertragung eingesetzt.
Bei den beschriebenen ARQ-Verfahren überträgt der Sender bei einer Fehlermeldung des Empfängers gesamte Symbole zum wie- derholten Mal bzw. Redundanz betreffend die gesamten fehlerbehafteten Symbole. Es ist jedoch möglich, dass Übertragungsfehler nur einen Teil eines Symbols betreffen, so dass in diesem Fall die beschriebenen ARQ-Verfahren Funkressourcen für die Versendung von Wiederholungs- bzw. Redundanzbits verwenden, welche der Empfänger zur korrekten Dekodierung nicht benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes ARQ-Verfahren aufzuzeigen, welches einen sparsamen Umgang mit Übertragungsressourcen unterstützt. Weiterhin soll ein Sender und ein Empfänger zur Durchführung des Verfahrens aufgezeigt werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In dem Verfahren zum Übertragen von digitalen Informationen zwischen einem Sender und einem Empfänger wird senderseitig in einem Verfahrensschritt (a) ein serieller Strom von Informationsbits in eine Mehrzahl von parallelen Strömen aufgeteilt. Die Informationsbits der parallelen Ströme werden durch Kodierung in kodierte Bits umgewandelt. Die kodierten Bits werden in Form von Symbolen an den Empfänger gesendet, wobei in die Symbole jeweils ein kodiertes Bit eines jeden parallelen Stromes eingeht. Die kodierten Bits werden in Form von Symbolen an den Empfänger gesendet. Erfindungsgemäß werden senderseitig in einem Verfahrensschritt (b) aufgrund mindestens einer Fehlermeldung von dem Empfänger betreffend emp- fangene kodierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme in Schritt (a) bereits gesendete kodierte Bits der in der mindestens einen Fehlermeldung indizierten kodierten Bits und/oder - in Schritt (a) nicht gesendete kodierte Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung indizierten kodierten Bits basieren an den Empfänger gesendet.
Es handelt sich hierbei um ein ARQ-Verfahren, bei welchem in Schritt (a) Informationsbits erstmalig verarbeitet und in kodierter Form an den Empfänger versandt werden. Auf eine Feh- lermeldung des Empfängers hin werden in Schritt (b) Wiederho- lungs- und/oder Redundanzbits zu den in Schritt (a) erstmalig versendeten Bits gesendet.
Die Bits der parallelen Ströme werden im Sender parallel verarbeitet und auch parallel zueinander versendet, das heißt, in die versendeten Symbole gehen Bits der verschiedenen pa- rallelen Ströme ein. Somit besteht ein Zusammenhang zwischen der Anzahl an parallelen Strömen und dem verwendeten Modulationsverfahren: je mehr parallele Ströme verwendet werden, desto höherwertig ist das verwendete Modulationsverfahren.
Vor der Bildung von Symbolen werden die Informationsbits der parallelen Ströme einer Kodierung unterworfen. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Fehlererkennungskodierung, wie zum Beispiel ein Anhängen von Prüfsummen an die Informationsbits handeln, oder auch um Fehlerkorrekturkodierungen, wie zum Beispiel Faltungs- oder Blockkodierungen. Diejenigen
Bits, welche den Kodierer verlassen, werden als kodierte Bits bezeichnet.
Vor der Versendung der Fehlermeldung führt der Empfänger ein Verfahren zur Ermittlung der Korrektheit von empfangenen kodierten Bits durch. Dies bedeutet, dass der Empfänger überprüft, ob Übertragungsfehler aufgetreten sind bzw. ob die empfangenen mit den gesendeten Bits übereinstimmen. Die Fehlermeldung betrifft einen oder mehrere der parallelen Ströme. Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, bei einem fehlerhaften Empfang anstelle der wiederholten Übertragung von ganzen Symbolen die wiederholte Übertragung von Be- standteilen von Symbolen bzw. von einzelnen Bits, welche in die jeweiligen Symbole eingegangen sind, anzufordern. Es handelt sich somit um ein bitselektives ARQ-Verfahren, welches eine sparsame Verwendung von Übertragungsressourcen unter- stützt.
Je nach Ausgestaltung des ARQ-Verfahrens reagiert der Sender verschieden auf die Fehlermeldung des Empfängers. So ist es möglich, dass er mit einer wiederholten Versendung von be- reits zuvor versendeten kodierten Bits reagiert. Weiterhin kann neben der Versendung von bereits versendeten kodierten Bits eine zusätzliche Versendung von weiteren, zuvor nicht versendeten, kodierten Bits stattfinden. Hierbei werden die bereits versendeten und die erstmalig nach der Fehlermeldung versendeten kodierten Bits auf Grundlage der gleichen Informationsbits ermittelt, so dass der Empfänger unter Verwendung der neuen kodierten Bits eine genauere Dekodierung vornehmen kann. Schließlich ist es möglich, dass der Sender die bereits gesendeten kodierten Bits nicht erneut versendet, sondern le- diglich noch nicht versendete kodierte Bits, welche aufgrund der gleichen Informationsbits berechnet wurden. Die beschriebenen Fällen entsprechen ARQ-Verfahren der Typen 1, 2 und 3.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt in Schritt (a) für die Informationsbits von zumindest zwei der parallelen Ströme eine voneinander unterschiedliche Kodierung. In diesem Fall weist der Sender einen Multi-Level-Kodierer mit verschiedenen Codierverfahren auf. Eine unterschiedliche Kodierung für verschiedene parallele Ströme kann realisiert werden durch un- terschiedliche Berechnungsvorschriften der Kodierverfahren oder auch durch gleiche Berechnungsvorschriften und eine unterschiedliche Punktierung. Eine unterschiedliche Kodierung äußert sich in der Regel in einer unterschiedlichen Anzahl von Redundanzbits pro gesendetem Informationsbit. Es ist je- doch auch möglich, dass für die Informationsbits aller parallelen Ströme die gleiche Kodierung erfolgt. In Ausgestaltung der Erfindung werden vor der Versendung der kodierten Bits in Schritt (b) jeweils aus einer Anzahl von in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits, welche der Mehrzahl von parallelen Strömen entspricht, Symbole gebildet, in wel- ehe eine der Mehrzahl von parallelen Strömen entsprechende Anzahl von Bits eingehen. Dies bedeutet, dass in Schritt (b) Symbole gesendet werden, in welche ausschließlich aufgrund der Fehlermeldung gesendete kodierte Bits eingehen. Wird zum Beispiel ein dreiwertiges Modulationsverfahren verwendet, so werden jeweils drei der in Schritt (b) gesendeten Bits zu einem Symbol zusammengefasst und an den Empfänger gesendet. Auf diese Weise können alle oder auch nur ein Teil der in Schritt (b) aufgrund der Fehlermeldung gesendeten kodierten Bits zu Symbolen zusammengefasst werden. Sind mehrere der parallelen Ströme von einer Fehlermeldung betroffen, so können Symbole gebildet werden, in welche ausschließlich in Schritt (b) gesendete Bits eines einzelnen parallelen Stromes eingehen. In diesem Fall können die aufgrund der Fehlermeldung gesendeten kodierten Bits der einzelnen parallelen Ströme z.B. nachein- ander versendet werden, so dass zuerst alle Symbole gebildet aus Bits eines ersten parallelen Stromes und dann alle Symbole gebildet aus Bits eines zweiten parallelen Stromes gesendet werden. Weiterhin können alternativ oder ergänzend zu diesen reinen Symbolen gemischte Symbole gebildet werden, in welche kodierte Bits von verschiedenen parallelen Strömen eingehen .
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden vor der Versendung der kodierten Bits in Schritt (b) jeweils aus ei- ner Anzahl von in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits, wobei die Anzahl einer Teilmenge der Mehrzahl von parallelen Strömen entspricht, Symbole gebildet, in welche eine der Mehrzahl von parallelen Strömen entsprechende Anzahl von Bits eingehen, wobei die Bits der Symbole, welche nicht den in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits entsprechen, für die verschiedenen gebildeten Symbole gleich sind. Hierbei werden somit Symbole gebildet, in welche neben den aufgrund der Feh- lermeldung gesendeten kodierten Bits auch andere Bits eingehen. Bei diesen anderen Bits handelt es sich um ein bestimmtes Bitmuster, welches für alle nach diesem Schema gebildeten Symbole gleich ist. Aufgrund der Festlegung dieses Bitmusters tritt eine effektive Reduktion des verwendeten Modulationsalphabetes ein, welches eine einfachere Dekodierung im Empfänger ermöglicht .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden vor der Versendung der kodierten Bits in Schritt (b) jeweils aus einer Anzahl von in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits, wobei die Anzahl einer Teilmenge der Mehrzahl von parallelen Strömen entspricht, Symbole gebildet, in welche eine der Mehrzahl von parallelen Strömen entsprechende Anzahl von Bits eingehen, wobei die Bits der Symbole, welche nicht den in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits entsprechen, aus kodierten Bits basierend auf Informationsbits eines oder mehrerer paralleler Ströme, bezüglich welcher zuvor noch keine kodierten Bits gesendet wurden, bestehen. Hierbei werden somit Symbole gebildet, innerhalb welcher die aufgrund der Fehlermeldung gesendeten kodierten Bits manche, jedoch nicht alle Positionen einnehmen. Die anderen Positionen werden mit kodierten Bits besetzt, welche aus Informationsbits berechnet wurden, für welche zuvor noch keine kodierten Bits übertragen wurden. Dies entspricht dem Fall, dass manche der parallelen Ströme mit der planmäßigen Versendung von Bits fortfahren, während andere Positionen der gesendeten Symbole mit Wiederholungsbits des Schrittes (b) belegt werden.
Vorteilhafterweise werden die Informationen zwischen dem Sender und dem Empfänger über Funk übertragen.
Die oben genannte Aufgabe hinsichtlich des Senders wird durch eine Vorrichtung zum Versenden von Informationen mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand eines Unteranspruchs .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Versenden von Informati- onen an einen Empfänger weist Mittel zum Aufteilen eines seriellen Stroms von Informationsbits in eine Mehrzahl von parallelen Strömen auf, weiterhin Mittel zum Umwandeln der Informationsbits der parallelen Ströme zu kodierten Bits durch Kodierung, und Mittel zum Bilden von Symbolen aus den kodier- ten Bits, so dass in die Symbole jeweils ein kodiertes Bit eines jeden parallelen Stromes eingeht. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Versenden der kodierten Bits in Form von Symbolen an den Empfänger, Mittel zum Empfangen und Auswerten von mindestens einer Fehlermeldung von dem Empfänger betreffend empfangene kodierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme, und Mittel zum Versenden von zuvor bereits gesendeten kodierten Bits der in der mindestens einen Fehlermeldung indizierten kodierten Bits, und/oder zuvor nicht gesendeten kodierten Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung indizierten kodierten Bits basieren, aufgrund der mindestens einen Fehlermeldung an den Empfänger.
In Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden von Informationen weiterhin Mittel zum Bilden von Symbolen, in welche jeweils zumindest ein aufgrund der mindestens einen Fehlermeldung gesendetes kodiertes Bits eingeht .
Die oben genannte Aufgabe hinsichtlich eines Empfängers wird durch eine Vorrichtung zum Empfangen von Informationen von einem Sender mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Empfangen von Informationen weist Mittel zum Empfangen von Symbolen von dem Sender auf, wobei senderseitig in die Symbole jeweils ein kodiertes Bit eines jeden einer Mehrzahl von parallelen Strömen von In- formationsbits eingegangen ist, sowie Mittel zum Ermitteln der Korrektheit der empfangenen kodierten Bits, und Mittel zum Erzeugen und Versenden von mindestens einer Fehlermeldung betreffend empfangene kodierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme an den Sender. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zum Empfangen von
- zuvor bereits empfangenen kodierten Bits der in der mindestens einen Fehlermeldung indizierten kodierten Bits, und/oder - zuvor nicht empfangenen kodierten Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung indizierten Bits basieren, von dem Sender.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden von Informationen an einen Empfänger und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Empfangen von Informationen von einem Sender eignen sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei dies auch auf die Unteransprüche zutrifft. Hierzu können die Vorrichtungen jeweils weitere geeignete Mittel umfassen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1: schematisch die Verarbeitung von Daten im Sender und im Empfänger,
Figur 2: die Übertragung von Wiederholungsbits im Rahmen eines erfindungsgemäßen ARQ-Verfahrens, Figur 3: eine Anordnung von Symbolen in der komplexen Ebene.
Bei der digitalen Übertragung von Informationen über einen Übertragungskanal werden Modulationsverfahren verwendet, wo- bei mehrere Bits zu einem Symbol zusammengefasst werden und unter Verwendung von Modulationsarten wie z.B. ASK (Amplitude Shift Keying) , PSK (Phase Shift Keying) oder QAM (Quadrature Amplitude Modulation) übertragen werden. Insbesondere bei hö- herwertigen Modulationsarten unterliegen die einzelnen Bits eines zu übertragenden Symbols unterschiedlicher Fehleranfälligkeit. Am Beispiel 16QAM zeigt Figur 3 eine Zuordnung von jeweils vier Bits zu einem Symbol. Hierbei sind alle möglichen Symbole in der komplexen Ebene dargestellt. Die Achsen entsprechen dem Real- und dem Imaginärteil eines empfangenen bzw. gesendeten Signals. Mit einem Kreuz ist die Lage eines vom Empfänger detektierten Symbols, welches über einen gestörten Kanal übertragen wurde, gekennzeichnet. Die Wahrscheinlichkeit, dass das erste Bit des gesendeten Signals eine Null ist, liegt deutlich höher als die Wahrscheinlichkeit, dass das letzte Bit des gesendeten Signals eine Null ist, da es sich bei dem ersten Bit für alle möglichen Symbole innerhalb des rechten oberen Quadranten um eine Null handelt.
Bei herkömmlichen ARQ-Verfahren überträgt der Sender dem Emp- fänger nach dessen Mitteilung, dass er das Symbol nicht korrekt dekodieren konnte, erneut das gesamte Symbol bzw. Redundanzinformation betreffend das gesamte Symbol. Dies entspricht im vorliegenden Fall keiner effizienten Ausnutzung der Übertragungsressourcen, da der Empfänger das erste Bit des fehlerhaften Symbols mit einer höheren Wahrscheinlichkeit korrekt dekodieren kann als die übrigen Bits . Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, welches dieses Problem umgeh .
Figur 1 zeigt einen im Sender S für den Empfänger E vorliegenden Bitstrom ST. Dieser wird aufgeteilt in drei parallele Bitströme PSl, PS2 und PS3. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf eine Verwendung von drei parallelen Bitströmen beschränkt, vielmehr kann jede Anzahl an parallelen Bitströmen größer oder gleich zwei verwendet werden. Die parallelen Bitströme PSl, PS2 und PS3 entsprechen drei Ästen, welche im Sender S parallel verarbeitet und parallel zum Empfänger gesendet werden. Für die Aufteilung der Bits des seriellen Bitstroms in die parallelen Bitströme können verschiedene Algorithmen eingesetzt werden. Im einfachsten Fall werden die Bits zyklisch auf die parallelen Bitströme aufge- teilt, so dass jedes dritte Bit in jeden der parallelen Bitströme PSl, PS2 und PS3 gelangt.
Die Bits der drei parallelen Bitströme PSl, PS2 und PS3 werden in den drei Kodierern ENCODER1, ENCODER2 und ENCODER 3 jeweils unterschiedlich kodiert. Als Kodierungsvorschrift kann z.B. eine Faltungskodierung oder auch eine serielle Verkettung von Faltungskodes eingesetzt werden. Bei der Faltungskodierung handelt es sich um eine Abbildung von x eingehenden Bits auf y ausgehende, kanalkodierte Bits, d.h. je eingehende x Bits werden y kodierte Bits ausgegeben. Das Verhältnis x/y wird als Koderate bezeichnet. Technisch wird ein Faltungskodierer durch eine digitale Schaltung aus Schieberegistern realisiert, deren Inhalte auf y verschiedene Arten zusammen mit dem aktuell eingehenden Datenbit durch Addition und Modulo-2-Operationen verknüpft werden.
Nach der Faltungskodierung kann das Ergebnis dieser Faltungskodierung punktiert werden. Hierbei wird eine bestimmte Anzahl an Bits aus dem Ergebnis der Faltungskodierung herausge- strichen und somit die Anzahl an Redundanzbits reduziert. Eine unterschiedliche Kodierung der drei Kodierer ENCODER1, ENCODER2 und ENCODER3 kann somit dadurch erreicht werden, dass von jedem der drei Kodierer ENC0DER1, ENCODER2 und ENCODER3 die gleiche BerechnungsVorschrift für die Faltungs- kodierung eingesetzt wird, jedoch in Kombination mit voneinander unterschiedlichen Punktierungen. Bei den Bits, welche die drei Kodierer ENCODERl, ENCODER2 und ENCODER3 verlassen, handelt es sich um die kodierten Bits KBl, KB2 und KB3 der drei Äste. Die kodierten Bits KBl, KB2 und KB3 werden zu Paketen gruppiert, so dass jedes Paket, welches einen der drei Kodierer ENCODERl, ENC0DER2 und
ENCODER3 verlässt, eine gleiche Anzahl von kodierten Bits beinhaltet.
Ein weiterer Kodierungsschritt, welcher jeweils in den drei Kodierern ENCODERl, ENC0DER2 und ENCODER3 abläuft, ist die Berechnung einer Prüfsumme wie z.B. CRC (Cyclic Redundancy Check), in welche alle Bits des jeweiligen Paketes eingehen. Diese Prüfsumme ist Bestandteil der Pakete und somit auch der kodierten Bits KBl, KB2 und KB3. Anhand dieser Fehlererken- nungskodierung kann der Empfänger entscheiden, ob das jeweilige Paket korrekt übertragen wurde, d.h., ob die Bits des empfangenen Paketes mit denen des gesendeten Paketes übereinstimmen .
Im linken Teil der Figur 2 ist schematisch die mengenmäßige Aufteilung der kodierten Bits KBl, KB2 und KB3 in eine Menge an Informationsbits i und Redundanzbits r dargestellt, wobei die Menge der Informationsbits i den unkodierten Bits der parallelen Ströme PSl, PS2 und PS3 entsprechen und die Menge der Redundanzbits r denjenigen Bits, welche aufgrund der Kodierung zusätzlich zugefügt wurden. Die Art der Darstellung impliziert nicht, dass sich die Menge der Informationsbits i und der Redundanzbits r notwendigerweise voneinander getrennt im Anschluss aneinander in den Paketen befinden. Vielmehr zeigt die Aufteilung der Pakete in die Menge der Informationsbits i und Redundanzbits r an, wie viele der unkodierten Bits der parallelen Ströme PSl, PS2 und PS3 pro Paket durch die Kodierer ENCODERl, ENCODER2 und ENCODER3 verarbeitet wurden. Der untere Index bei den Informationsbits i und den Re- dundanzbits r steht für die Paketnummer und der obere in Klammern gesetzte Index steht für den jeweiligen Ast. Zj (1) steht somit für die Menge der Informationsbits des ersten Pa- ketes des obersten Astes. Der oberste Ast weist in der linken Darstellung der Figur 2 die größte Menge r an Redundanzbits auf, so dass die Kodierung durch den Kodierer ENCODERl im o- bersten Ast stärker ist als durch die Kodierer ENCODER2 und ENCODER3 der anderen Äste.
Nach der Kodierung werden die kodierten Bits KBl, KB2 und KB3 in Figur 1 in einer Vorrichtung zur Symbolbildung MAPPER zu Symbolen SYM zusammengefasst. Da drei Äste verwendet werden., kommt ein Modulationsalphabet mit 23=8 Symbolen zum Einsatz. Ein Symbol entspricht einem binären Vektor mit drei Einträgen, wobei der erste Eintrag dem MSB (Most Significant Bit) und der dritte Eintrag dem LSB (Least Significant Bit) entspricht . Im folgenden werden die Einträge der Vektoren mit Positionen innerhalb eines Symbols bezeichnet. Die kodierten Bits KBl des ersten Astes besetzen die oberste Position innerhalb eines Symbols, die kodierten Bits KB2 des zweiten Astes die mittlere und die kodierten Bits KB3 des dritten Astes die unterste. Dem Empfänger E ist die Zusammensetzung der Symbole bzw. die Zuordnung von Positionen innerhalb der Symbole zu Kodierungsvorschriften der Kodierer ENCODERl, ENCODER2 und ENCODER3 bekannt.
Die Symbole SYM werden vom Sender S gesendet und über den Ü- bertragungskanal CHANNEL an den Empfänger übertragen. Bei dem Übertragungskanal handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Funkkanal. Das beschriebene Verfahren kann jedoch auch auf andere Arten von Übertragungskanälen angewandt werden, insbesondere auf solche Übertragungskanäle, welche kein statisches Verhalten aufweisen, sondern insbesondere kurzfristigen zeitlichen Veränderungen unterliegen.
Oftmals unterliegen die Übertragung diversen Störungen, so dass sich die vom Empfänger E empfangenen Symbole SYMΛ von den gesendeten Symbolen SYM unterscheiden können. Unter Verwendung des Dekodierers DECODER, bei welchem es sich aufgrund der Art der senderseitigen Kodierung um einen Multi-Stage- Dekodierer handelt, überprüft der Empfänger E zuerst unter Verwendung der Prüfsummen, ob die Übertragung auf den einzelnen Ästen fehlerbehaftet ist. Wird ein Fehler detektiert, so kann aufgrund der fehlerkorrigierenden Eigenschaften der Fal- tungskodes versucht werden, die gesendeten Symbole SYM aus den empfangenen Symbolen SYM zu ermitteln. Weiterhin kann der Empfänger E Zuverlässigkeitswerte für Abschnitte der empfangenen parallelen Bitströme ermitteln. Die Zuverlässigkeitswerte können dann als Maß dafür genutzt werden, in wel- chen Fällen Wiederholungsbits zur korrekten Dekodierung der
Symbole angefordert werden. Gelingt dem Empfänger E eine korrekte Dekodierung für alle Symbole eines Paketes, bestätigt dieser den korrekten Empfang des Paketes durch ein ACK (Acknowledgement) . Im folgenden wird der Fall betrachtet, dass der Empfänger E nicht in der Lage ist, ein korrektes Dekodierergebnis für ein Paket zu erhalten.
Unter Verwendung eines Rückkanals FEEDBACK CHANNEL informiert der Empfänger E den Sender S dann unter Verwendung eines NAK (Negative Acknowledgement) darüber, dass nicht korrigierbare Übertragungsfehler in dem betreffenden Paket aufgetreten sind. Der Rückkanal FEEDBACK CHANNEL wird dazu genutzt, für jeden Ast eines jeden empfangenen Paketes zu signalisieren, ob die Dekodierung erfolgreich war oder nicht . Im folgenden wird davon ausgegangen, dass ein nicht korrigierbarer Übertragungsfehler im mittleren Ast aufgetreten ist. Je nach dem vom Empfänger E angewandten Dekodierverfahren beinhaltet die Fehlermeldung NAK lediglich die Angabe des Astes bzw. der Position innerhalb der Symbole, welcher fehlerbehaftete Bits enthält, oder auch zusätzlich eine Eingrenzung von Bits des jeweiligen Paketes, welche durch die Übertragung verfälscht wurden. Vom Empfänger werden somit Wiederholungsbits, welche ihm eine bessere Fehlerkorrektur bei der Dekodierung der Daten ermöglich sollen, paketweise oder für Symbolfolgen inner- halb eines Paketes angefordert. Der Sender S kann auf die Fehlermeldung NAK mit der Versendung von verschiedenartig ausgestalteter Information reagieren. In Figur 2 werden diejenigen Bits, welche der Sender S aufgrund der Fehlermeldung NAK an den Empfänger sendet, mit +r 2) bezeichnet. Betreffend die konkrete Ausgestaltung der
Bits +r 2) ist es möglich, dass diese mit den zuvor übertragenen kodierten Bits KB2 bzw. i^ und rj (2) übereinstimmen, so dass der Sender S lediglich die bereits erfolgte Versendung unverändert wiederholt. Weiterhin kann der Sender S die ko- dierten Bits KB2 und zusätzlich zuvor nicht übermittelte kodierte Bits, welche aus den gleichen unkodierten Bits wie die kodierten Bits KB2 berechnet wurden, senden. Dies kann z.B. dadurch realisiert werden, dass der Sender S einen Teil der vor der erstmaligen Übermittlung punktierten Bits in die ko- dierten Bits KB2 einfügt und somit den Anteil der Redundanzbits erhöht bzw. die Koderate erniedrigt. Somit kann die Koderate stufenweise verringert werden, bis maximal alle zuvor punktierten Bits eingefügt sind. In diesem Fall übersteigt die Anzahl der Bits +r] ( die Anzahl der zuvor versendeten ko- dierten Bits KB2. Auch eine Versendung von zuvor nicht übermittelten kodierten Bits zusammen mit einer Teilmenge der zuvor übermittelten kodierten Bits KB2 ist möglich, so dass die Anzahl der Bits V2) größer oder kleiner als die Anzahl der zuvor versendeten kodierten Bits KB2 sein kann. Schließlich ist auch eine Übermittlung von ausschließlich zuvor nicht ü- bermittelten kodierten Bits, welche aus den gleichen unkodierten Bits wie die kodierten Bits KB2 berechnet wurden, möglich. So kann der Sender S z.B. die zuvor punktierten Bits versenden, ohne erneut die kodierten Bits KB2 zu übertragen. In diesem Fall ist die Anzahl der Bits +r 2) geringer als die Anzahl der zuvor versendeten kodierten Bits KB2.
Für eine Aufteilung der Bits +r2) auf die drei Äste und somit auf die Positionen innerhalb der zu übertragenden Symbole sind in Figur 2 auf der rechten Seite drei Möglichkeiten aufgezeigt. In der obersten Darstellung wurden die Bits +r 2) auf die drei Äste aufgeteilt und zu Beginn des nächsten Paketes gesendet. Hierbei wurden somit aus den Bits +r 2) Symbole gebildet, wobei die Symbole ausschließlich aus den Bits +rj (2 bestehen. Zur Symbolbildung betreffend die Bits +r 2) wird senderseitig die Vorrichtung zur Symbolbildung MAPPER einge- setzt. Im Anschluss an die Bits +rf2) werden im obersten Ast die Menge der Informationsbits i und die Menge der Redundanzbits r2 (1) , im mittleren Ast die Menge der Informationsbits i und die Menge der Redundanzbits r2 (2) , und im unteren Ast die Menge der Informationsbits i * und die Menge der Redun- danzbits r2 (3) gesendet. Um die Nutzdatenrate durch die Übertragung der Bits +r2) nicht zu reduzieren, kann für das betrachtete im oberen Teil der rechten Darstellung der Figur 2 gezeigte Paket für jeden Ast eine höhere Punktierung als üblicherweise, z.B. in dem ersten Paket in der linken Darstel- lung der Figur 2 verwendet, gewählt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kodierungen der drei Kodierer ENCODERl, ENC0DER2 und ENC0DER3 nicht gegenüber einer normalen Datenversendung verändert werden, so dass der Anteil der Informationsbits iψ , i und iψ des zweiten Paketes an der Gesamtzahl der Bits des zweiten Paketes gegenüber dem Anteil der Informationsbits iψ ,
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des ersten Paketes an der Gesamtzahl der Bits des ersten Paketes verringert ist.
Sollen zusätzlich zu den Bits +r 2) Wiederholungsbits für ei- nen weiteren Ast gesendet werden, so können diese z.B. nach den Bits +r2) übertragen werden. In diesem Fall folgen auf die Symbole, in welche ausschließlich die Bits +r 2) des zweiten Astes eingegangen sind, Symbole, welche ausschließlich aus Wiederholungsbits eines anderen Astes gebildet wurden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass Symbole gebildet werden, in welche sowohl ein oder mehrere der Bits V/2) als auch ein oder mehrere Wiederholungsbits eines anderen Astes eingehen.
Die mittlere Darstellung der rechten Seite der Figur 2 zeigt eine andere Möglichkeit, die Bits V/2) auf die Positionen der Symbole des zweiten Paketes zu verteilen. In diesem Fall wer- den die Bits V/2-1 auf dem dritten Ast gesendet. Auf den anderen beiden Ästen erfolgt keine Übertragung von Informationsbits, vielmehr werden diese mit dem Empfänger bekannten Symbolen belegt. Dies entspricht einer Reduzierung des Modulati- onsalphabets auf zwei Symbole. Dies erleichtert die Dekodierung für den Empfänger drastisch. Die Verteilung der Bits j (2) auf die Positionen innerhalb der Symbole kann dann z.B. von einer vom Empfänger ermittelten Zuverlässigkeit abhängig gemacht werden. Die Wiederholungsbits werden vorzugsweise auf einem möglichst zuverlässigen Ast übertragen, wobei dies ein Ast ist, der abhängig von der Partitionierung eine höhere Euklidische Distanz aufweist als der bei der Erstübertragung verwendete Ast . Im Beispiel der Figur 3 könnte der Ast für die Wiederholungsbits verwendet werden, aus welchem das erste Bit der Symbole stammt. Werden neben den Bits +r 2) Wiederholungsbits für einen anderen Ast angefordert, so wird durch das beschriebene Vorgehen das Modulationsalphabet auf vier Symbole reduziert, wobei auch in diesem Fall möglichst zuverlässige Äste für die Wiederholungsübertragungen gewählt wer- den sollten.
Eine weitere Möglichkeit der Versendung der Bits 2-* zeigt die unterste Darstellung der rechten Seite der Figur 2. Hier wird der zweite Ast, d.h. derjenige Ast, auf welchem die feh- lerbehafteten kodierten Bits KB2 ursprünglich übertragen wurden, zur Versendung der Bits +r ) verwendet. Auf dem ersten Ast werden dann die Menge der Informationsbits iψ und die Menge der Redundanzbits r2 (1) und auf dem dritten Ast die Menge der Informationsbits iψ und die Menge der Redundanzbits r2 3) gesendet. Dieses Vorgehen ist analog auf die Fälle übertragbar, in denen Wiederholungsbits für mehrere Äste angefordert werden .
Während bislang der Fall beschrieben wurde, dass die Bits der parallelen Bitströme PSl, PS2 und PS3 vor der erstmaligen
Versendung in den Kodierern ENCODERl, ENCODER2 und ENCODER3 sowohl eine Fehlererkennungskodierung als auch eine Fehler- korrekturkodierung erfahren haben, kann das Verfahren auch auf die Fälle angewandt werden, in welchen vor der ersten Ü- bertragung keine Fehlerkorrekturkodierung erfolgt . Bei einer Fehlermeldung NAK kann dann alternativ eine bloße Wiederho- lung der bereits erfolgten Versendung erfolgen, oder eine
Versendung mit erhöhter Redundanz in Form einer Fehlerkorrekturkodierung.
Weiterhin müssen sich die von den Kodierern ENCODERl, ENCODER2 und ENCODER3 angewandten Kodierungen nicht voneinander unterscheiden. In diesem Fall wäre das Verhältnis der Menge von Informationsbits i zu Redundanzbits r für z.B. den linken Teil der Figur 2 für alle drei Äste gleich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen von digitalen Informationen zwischen einem Sender (S) und einem Empfänger (E) , (a) wobei senderseitig ein serieller' Strom (ST) von Informationsbits in eine Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) aufgeteilt wird, die Informationsbits der parallelen Ströme (PSl, PS2, PS3) durch Kodierung in kodierte Bits (KBl, KB2, KB3) umgewandelt werden, die kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) in Form von Symbolen (SYM) an den Empfänger (E) gesendet werden, wobei in die Symbole (SYM) jeweils ein kodiertes Bit (KBl, KB2, KB3) eines jeden parallelen Stromes (PSl, PS2, PS3) eingeht, dadurch gekennzeichnet, dass (b) senderseitig aufgrund mindestens einer Fehlermeldung (NAK) von dem Empfänger (E) betreffend empfangene ko- dierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme (PSl, PS2, PS3) in Schritt (a) bereits gesendete kodierte Bits (KBl, KB2, KB3) der in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits und/oder - in Schritt (a) nicht gesendete kodierte Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits basieren, an den Empfänger (E) gesendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) für die Informationsbits von zumin- dest zwei der parallelen Ströme (PSl, PS2, PS3) eine voneinander unterschiedliche Kodierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Versendung der kodierten Bits ( +r ) ) in Schritt (b) jeweils aus einer der Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) entsprechenden Anzahl von in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits ( +r 2) ) Symbole (SYM) gebildet werden, in welche eine der Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) entsprechende Anzahl von Bits eingehen .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Versendung der kodierten Bits ( +r 2) ) in Schritt (b) jeweils aus einer einer Teilmenge der Mehr- zahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) entsprechenden Anzahl von in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits (V/2)) Symbole (SYM) gebildet werden, in welche eine der Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) entsprechende Anzahl von Bits eingehen, wobei die Bits der Sym- bole (SYM) , welche nicht den in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits ( +r 2) ) entsprechen, für die verschiedenen gebildeten Symbole (SYM) gleich sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Versendung der kodierten Bits ( +r 2) ) in Schritt (b) jeweils aus einer einer Teilmenge der Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) entsprechenden Anzahl von in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits (+?"ι 2)) Symbole (SYM) gebildet werden, in welche eine der Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) entsprechende Anzahl von Bits eingehen, wobei die Bits der Symbole (SYM) , welche nicht den in Schritt (b) gesendeten kodierten Bits ( +r 2) ) entsprechen, aus kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) basierend auf Informationsbits eines oder mehrerer paralleler Ströme (PSl, PS2, PS3) , bezüglich welcher zuvor noch keine kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) gesendet wurden, bestehen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zwischen dem Sender (S) und dem Empfänger (E) über Funk übertragen werden.
7. Vorrichtung (S) zum Versenden von Informationen an einen Empfänger (E) mit Mitteln zum Aufteilen eines seriellen Stroms (ST) von Informationsbits in eine Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3), Mitteln (ENCODERl, ENCODER2, ENCODER3) zum Umwandeln der Informationsbits der parallelen Ströme (PSl, PS2, PS3) zu kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) durch Kodierung, Mitteln (MAPPER) zum Bilden von Symbolen (SYM) aus den kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) , so dass in die Symbole (SYM) jeweils ein kodiertes Bit (KBl, KB2, KB3) eines je- den parallelen Stroms (PSl, PS2, PS3) eingeht, Mitteln zum Versenden der kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) in Form von Symbolen (SYM) an den Empfänger (E) , Mitteln zum Empfangen und Auswerten von mindestens einer Fehlermeldung (NAK) von dem Empfänger (E) betreffend emp- fangene kodierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme (PSl, PS2, PS3) , und Mitteln zum Versenden von - zuvor bereits gesendeten kodierten Bits (KBl, KB2, KB3) der in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits, und/oder - zuvor nicht gesendeten kodierten Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits basieren, aufgrund der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) an den Empfänger (E) .
8. Vorrichtung (S) nach Anspruch 7 mit Mitteln (MAPPER) zum Bilden von Symbolen (SYM) , in welche jeweils zumindest ein aufgrund der mindestens einen Feh- lermeldung (NAK) gesendetes kodierte Bit eingeht.
9. Vorrichtung (E) zum Empfangen von Informationen von einem Sender (S) mit Mitteln zum Empfangen von Symbolen (SYM) von dem Sender (S) , wobei senderseitig in die Symbole (SYM) jeweils ein kodiertes Bit (KBl, KB2, KB3) eines jeden einer Mehrzahl von parallelen Strömen (PSl, PS2, PS3) von Informationsbits eingegangen ist, Mitteln (DECODER) zum Ermitteln der Korrektheit der emp- fangenen kodierten Bits, Mitteln zum Erzeugen und Versenden von mindestens einer Fehlermeldung (NAK) betreffend empfangene kodierte Bits einer Teilmenge von parallelen Strömen der Mehrzahl der parallelen Ströme (PSl, PS2, PS3) an den Sender (S) , Mitteln zum Empfangen von - zuvor bereits empfangenen kodierten Bits der in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten kodierten Bits, und/oder - zuvor nicht empfangenen kodierten Bits basierend auf Informationsbits der Teilmenge von parallelen Strömen, auf welchen die in der mindestens einen Fehlermeldung (NAK) indizierten Bits basieren, von dem Sender (S) .
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