DE4027496A1 - Data spreading for coded digital information transmission system - using similar matrix at transmission and reception ends with line write-in and column read=out - Google Patents
Data spreading for coded digital information transmission system - using similar matrix at transmission and reception ends with line write-in and column read=outInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Spreizverfahren zur Übertragung codierter, digitaler Nachrichten, bei welchem codierte Daten zeilenweise in eine Matrix eingetragen und vor der Übertra gung über einen Kanal spaltenweise ausgelesen werden, und bei welchem empfangsseitig die codierten und gespreizten Da ten zunächst spaltenweise in eine Matrix gleicher Dimension eingelesen, dann aus dieser zeilenweise ausgelesen und an einem Decoder zugeführt werden.The invention relates to a spreading method for transmission encoded digital messages, in which encoded data line by line in a matrix and before the transfer column can be read out via a channel, and at which the coded and spread Da First, columns in a matrix of the same dimension read in, then read out from this line by line and on be fed to a decoder.
Bei der Übertragung digitaler Nachrichten werden die zu über tragenden Informationseinheiten, d. h. die Bits, durch Störun gen auf der Übertragungsstrecke und durch Eigenrauschen der Empfangseinrichtung an dieser Empfangseinrichtung verfälscht. Die Rate, mit der solche fehlerbehafteten Bits auftreten, wird als Fehlerbitrate (BER) bezeichnet; sie hängt von der Art der Störungen bei der Übertragung und vom verwendeten Übertragungsverfahren ab und ist eine Funktion des Signal- Rausch-Abstandes.When transmitting digital messages, they become too supporting information units, d. H. the bits, by interference conditions on the transmission line and due to the intrinsic noise of the Receiving device falsified at this receiving device. The rate at which such erroneous bits occur is referred to as error bit rate (BER); it depends on the Type of interference in the transmission and the used Transmission process and is a function of the signal Noise ratio.
In leistungsbegrenzten Kommunikationssystemen, wie bei spielsweise in der Satellitenkommunikation, werden zur Ver besserung der Bitfehlerrate vorteilhafterweise Kanalcodier verfahren angewendet, um dadurch bei einem vorgegebenen Sig nal-Rausch-Abstand die Bitfehlerrate zu verbessern. In performance-limited communication systems, such as for example in satellite communication, are used for ver improvement of the bit error rate advantageously channel coding method applied to thereby at a given Sig nal-noise ratio to improve the bit error rate.
Bei einer codierten Übertragung über Fading-Kanäle, wie bei spielsweise beim Mobilfunk, ist es vorteilhaft, Kanalzu standsinformation in die empfangsseitige Decodierung mit ein zubeziehen. Bisher werden jedoch Spreizverfahren angewendet, bei welchen Bündelfehler in Einzelfehler aufgelöst werden, dem Decoder jedoch keine Information darüber vermittelt wird, daß Fehler gebündelt aufgetreten sind. Dies kann bei starkem Fading zu einem Verlust von 4 dB bis 5 dB an benötigtem Signal- Rausch-Abstand für eine vorgegebene Bitfehlerrate führen.With coded transmission via fading channels, as with for example in mobile communications, it is advantageous to add channels status information in the decoding at the receiving end to acquire. So far, however, spreading methods have been used, at which bundle errors are resolved into individual errors, however, no information is conveyed to the decoder, that errors have occurred bundled. This can be with strong Fading to a loss of 4 dB to 5 dB of required signal S / N ratio for a given bit error rate.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Verbesserung der Qua lität einer digitalen Übertragung bzw. der Bitfehlerrate dem Decoder Kanalzustandsinformationen (KZI) in entsprechender Weise zuzuführen. Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Spreizverfahren zur Übertragung codierter, digitaler Nach richten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merk male in dessen kennzeichnenden Teil erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is therefore to improve the Qua lity of a digital transmission or the bit error rate Decoder channel status information (KZI) in the corresponding Way to dispense. According to the invention, this is done with a Spreading method for the transmission of coded, digital Nach judge by the preamble of claim 1 by the note male reached in its characteristic part. Beneficial Further training is the subject of the subclaims.
Bei dem erfindungsgemäßen Spreizverfahren ist dies dadurch erreicht, daß dem Kanalausgang zu diskreten Zeitpunkten je weils ein Maß über die Zuverlässigkeit der Übertragung, die sogenannte Kanalzustandsinformation (KZI), entnommen und in gleicher Weise wie die korrespondierenden, empfangenen Daten entspreizt wird, und sodann dem Decoder zur Decodierung zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung erfolgt die Ableitung der Kanalzu standsinformation in einer gesonderten Einrichtung. Dadurch können Teile des Demodulators mit verwendet werden, und die Komplexität der Empfangseinrichtung einschließlich Decoder wird reduziert.This is the case with the spreading method according to the invention achieved that the channel output at discrete times because a measure of the reliability of the transmission that So-called channel status information (KZI), taken and in same way as the corresponding received data is despread, and then the decoder for decoding Is made available. According to an advantageous further Education of the invention, the derivation of the Kanalzu takes place status information in a separate facility. Thereby parts of the demodulator can be used, and the Complexity of the receiving device including decoder is reduced.
Ferner kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin dungsgemäßen Spreizverfahrens die Kanalzustandsinformation in einer Weise quantisiert werden, welche dem Kanal angepaßt ist und welche die Kanalzustandsinformation in Form von m- Bit breiten Wörtern darstellt. Durch die Verwendung einer derart quantisierten Kanalzustandsinformation wird insbeson dere die Realisierung mit einer immer flexibler wirkenden Digitaltechnik begünstigt. Vorteilhafter Weise kann die Ent spreizung der Kanalzustandsinformation parallel zur Entsprei zung der Daten durchgeführt werden, wodurch eine erhöhta Ver arbeitungsgeschwindigkeit erreichbar ist. Eine weitere vor teilhafte Vereinfachung bei dem erfindungsgemäßen Spreizver fahren liegt darin, daß die Kanalzustandsinformation auf ein (1) Bit pro Spalte der Entspreizungsmatrix reduzierbar ist, wodurch eine noch höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit er reicht ist.Furthermore, in an advantageous development of the inventions according to the spreading method the channel status information be quantized in a way that fits the channel and which is the channel status information in the form of m- Represents bit wide words. By using a channel state information quantized in this way is in particular the implementation with an increasingly flexible Digital technology favors. Advantageously, the Ent Spreading of the channel status information parallel to the despread data is carried out, which increases the ver working speed is achievable. Another before partial simplification in the spreading according to the invention driving is that the channel status information on (1) bit per column of the despreading matrix can be reduced, resulting in an even higher processing speed is enough.
Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Spreizver fahren ist, daß dem Decoder nicht die eigentliche Kanalzu standsinformation zugeführt wird, sondern fertig berechnete Metriken, in welche die jeweiligen Kanalzustandsinformatio nen eingerechnet sind, die in Metriktafeln mit 2m Elementen abgelegt sind, so daß beim Zugriff auf diese Metriken die Kanalzustandsinformation eine m-Bit-Adresse darstellt, die auf die entsprechende Metrik deutet, welche dem Decoder direkt zugeführt wird. Durch diese Maßnahme ist der Decoder von der Berechnung der Metriken befreit, und damit ist eine höhere Decodiergeschwindigkeit erreicht.It is particularly advantageous for the spreading method according to the invention that the decoder is not supplied with the actual channel status information, but with calculated metrics which include the respective channel status information and are stored in metric tables with 2 m elements, so that when they are accessed Metrics the channel status information represents an m-bit address, which points to the corresponding metric, which is fed directly to the decoder. This measure frees the decoder from the calculation of the metrics, and a higher decoding speed is achieved.
Die Kanalzustandsinformation kann auch in vorteilhafter Weise einem Kanalschätzer entnommen werden, welcher eine Pegelmes sung einer Pilotton-Übertragung oder eine Betrachtung von Einrastsignalen der Takt- bzw. Trägerregelschleife durchfüh ren kann.The channel status information can also be advantageous can be taken from a channel estimator which measures a level solution of a pilot tone transmission or a consideration of Carry out latching signals of the clock or carrier control loop can.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeich nungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention based on preferred from management forms with reference to the attached drawing explained in detail. Show it:
Fig. 1 schematisch in Form eines Blockschaltbildes eine vorteilhafte Ausführung zur Durchführung des er findungsgemäßen Spreizverfahrens; Figure 1 shows schematically in the form of a block diagram an advantageous embodiment for performing the inventive spreading method.
Fig. 2 schematisch eine räumliche Spreizer- und Entsprei zermatrix mit Synchronisationswörtern, sowie Ka nalzustandsinformationsspeicher, und Fig. 2 shows schematically a spatial spreader and despread zermatrix with synchronization words, and channel state information memory, and
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Spreizer- und Entspreizermatrix mit nur 1 Bit-Ka nalzustandsinformation pro Spalte. Fig. 3 is a FIG. 2 corresponding view of a spreader and Entspreizermatrix with only 1 bit Ka nalzustandsinformation per column.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Spreizverfahrens in Form eines Block schaltbildes dargestellt. Hierbei werden codierte Bits aus einem Coder 1 in einer i * k großen Matrix 2 zwischengespei chert,wobei mit i die Zeilanlänge und mit k die Spaltenlänge der Matrix bezeichnet sind. Das Zwischenspeichern erfolgt in der Weise, daß die vom Coder 1 ankommenden Bits zeilenweise in die Matrix 2 eingetragen und anschließend spaltenweise ausgelesen werden. Dies wird als Spreizung bezeichnet.In Fig. 1, a preferred embodiment for performing the spreading method according to the invention is shown in the form of a block diagram. Here, coded bits from a coder 1 are buffered in an i * k matrix 2 , where i denotes the row length and k the column length of the matrix. The intermediate storage takes place in such a way that the bits arriving from the coder 1 are entered line by line into the matrix 2 and then read out in columns. This is called spreading.
Vor der Weitergabe der codierten und nunmehr gespreizten Bits an einen nachgeordneten, digitalen Modulator 3 wird im Spreizer 2 noch eine Synchronisationsinformation eingesetzt. Diese Information besteht am Anfang des Matrix-Inhaltes (i * Bits) aus einem SL Bit langen Rahmen-Synchronisationswort R, welches ein inverses Spalten-Synchronisationswort ist, und aus SL Bit langen Spalten-Synchronisationswörtern S, welche nach jeweils k Bits entsprechend der Länge einer Spalte ein gefügt werden. Dies entspricht in der schematischen Darstel lung einer Spreizer- und Entspreizermatrix in Fig. 2 deren vordersten Ebene. Eine auf die vorstehend beschriebene Weise ergänzte Sequenz wird dem digitalen Modulator 3 zugeführt und von diesem aus über einen Fading-Kanal 4 übertragen.Before the coded and now spread bits are passed on to a downstream digital modulator 3 , synchronization information is also used in the spreader 2 . At the beginning of the matrix content (i * bits), this information consists of an SL bit-long frame synchronization word R, which is an inverse column synchronization word, and SL bit long column synchronization words S, which correspond to the length after every k bits to be inserted in a column. This corresponds in the schematic representation of a spreader and despreading matrix in FIG. 2 to its foremost level. A sequence supplemented in the manner described above is fed to the digital modulator 3 and transmitted from there via a fading channel 4 .
Empfangsseitig wird eine Kanalzustandsinformation beispiels weise aus einer automatischen Pegelregelungseinheit (AGC) 5, aus einem Kanalschätzer 12 oder aus einem Demodulator 6 ent nommen und einem Quantisierer 11 zugeführt. (Obwohl eine Ka nalzustandsinformation im allgemeinen von nur einer der vor stehend angegebenen Einheiten 5, 12 bzw. 6 zugeführt wird, sind in Fig. 1 alle drei Einheiten schematisch angegeben, da die Kanalzustandsinformation unter gewissen Voraussetzungen auch aus einer gleichzeitigen Betrachtung bzw. Berücksichti gung mehrerer Größen resultieren kann). In dem Demodulator 6 werden die codierten, nunmehr gespreizten und um die Synchro nisationsinformation ergänzten Bits regeneriert.On the reception side, channel status information is taken, for example, from an automatic level control unit (AGC) 5 , from a channel estimator 12 or from a demodulator 6 and fed to a quantizer 11 . (Although channel status information is generally supplied by only one of the units 5 , 12 and 6 given above, all three units are shown schematically in FIG. 1, since the channel status information can also be taken from a simultaneous consideration or consideration under certain conditions several sizes can result). In the demodulator 6 , the coded, now spread and supplemented by the synchronization information bits are regenerated.
Bei der gemäß der Erfindung vorgesehenen Entspreizung wird somit zunächst in einer Synchronisationseinheit 7 eine Syn chronisation durchgeführt, welche wiederum aus einer Anfangs synchronisation und einer Resynchronisation besteht. Eine Anfangssynchronisation wird hierbei durch Erkennen von drei (3) aufeinanderfolgenden richtigen Spalten-Synchronisations wörtern S und einem richtig erkannten Rahmensynchronisations wort R durchgeführt.In the despreading provided according to the invention, a synchronization is thus first carried out in a synchronization unit 7 , which in turn consists of an initial synchronization and a resynchronization. An initial synchronization is carried out by recognizing three (3) consecutive correct column synchronization words S and a correctly recognized frame synchronization word R.
Hierbei wird eine Resynchronisation eingeleitet, wenn mehr als die vorgegebenen Anzahl (0 ............. 99), beispiels weise 25 aufeinanderfolgende falsche Spaltensynchronisati onswörter innerhalb eines vorgegebenen Fensters auftreten, welches beispielsweise 8 Bit breit und um -1,0 oder +1 Bit verschoben ist. Eine Verschiebung um +1 Bit pro Spalte wird erkannt und wird mit Beginn der nächsten Spalte verglichen. Hierbei werden die Synchronisation und die Entspreizung in einer Arbeitsmatrix der Dimension i * (k+8) * (m+1) durchge führt.Here, a resynchronization is initiated if more than the specified number ( 0 ............. 99 ), for example 25 consecutive incorrect column synchronization words occur within a specified window, which is, for example, 8 bits wide and around -1.0 or +1 bit is shifted. A shift of +1 bit per column is recognized and is compared with the beginning of the next column. The synchronization and despreading are carried out in a working matrix of dimension i * (k + 8) * (m + 1).
Nach der Synchronisation ist die Arbeitsmatrix mit einem (1) Rahmensynchronisationswort, (i-1) Spaltensynchronisa tionswörtern, i * k empfangenen, codierten Datenbits und mit k * i Kananlzustandsinformationswörtern einer Breite m ge füllt. Der vorstehend angeführte Inhalt der Matrix ist sche matisiert in Fig. 2 dargestellt.After synchronization, the working matrix is filled with one (1) frame synchronization word, (i-1) column synchronization words, i * k received coded data bits and with k * i channel state information words of a width m. The above-mentioned content of the matrix is schematized in Fig. 2.
Empfangsseitig erfolgt die Datenentspreizung in einem Daten entspreizer 8 durch zeilenweises Auslesen der Datenbits, während eine Entspreizung der Kanalzustandsinformation in einem Kanalzustands-Entspreizer 9 durch zeilenweises Ausle sen der m-Bit breiten Kanalzustandsinformation erreicht wird. Dieses Auslesen kann gleichzeitig und parallel durch geführt werden. An einem nachgeschalteten Decoder 10 stehen nunmehr die codierten Datenbits sowie die zugehörige m-Bit- Kanalzustandsinformation zur Verfügung. Die Wortbreite der Kanalzustandsinformation ist dem jeweils verwendeten Code angepaßt, wobei in Fig. 2, bei Blockcodes, "Erasure Decoding" m=1 ist, während beispielsweise bei Faltungscodes m=3 ist.At the receiving end, data despreading takes place in a data despreader 8 by reading out the data bits line by line, while a despreading of the channel state information in a channel state despreader 9 is achieved by line by line reading out the m-bit wide channel state information. This reading can be carried out simultaneously and in parallel. The coded data bits and the associated m-bit channel status information are now available on a downstream decoder 10 . The word width of the channel status information is adapted to the code used in each case, with "Erasure Decoding" being m = 1 for block codes in FIG. 2, while m = 3 is for example for convolutional codes.
Mit dem Auslesen der m-Bit-Kanalzustandsinformation kann eine Vergleichstabelle, eine sogenannte Tabla-Look-Up, in einer Metriktabelle verbunden werden; dadurch können dem De coder 10 fertig berechnete Metriken anstelle der Kanalzu standsinformation zur Verfügung gestellt werden. In diesem Fall wird dann die Vergleichstabelle bzw. der Table-Look-Up der Entspreizung hinzugerechnet.When the m-bit channel status information is read out, a comparison table, a so-called tabla look-up, can be linked in a metric table; This allows the de coder 10 pre-calculated metrics, instead of the Kanalzu state information are provided. In this case, the comparison table or the table look-up is added to the despreading.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung wird dem Decoder 10 nur ein (1) Bit pro Spalte der Ent spreizungsmatrix übergeben, wodurch angezeigt wird, ob in der Spalte ein Bündelungsfehler aufgetreten ist. Die Form einer solchen Arbeitsmatrix ist schematisch in Fig. 3 in einer der Fig. 2 analogen Darstellungsweise wiedergegeben.According to a further advantageous embodiment of the invention, only one (1) bit per column of the spreading matrix is transferred to the decoder 10 , which indicates whether a bundling error has occurred in the column. The form of such a work matrix is shown schematically in FIG. 3 in a representation analogous to FIG. 2.
Claims (11)
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Publications (1)
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