DE19857677A1 - Verfahren und Anordnung zur Kodierung von Symbolen für eine Übertragung über eine Funkschnittstelle eines Funk-Kommunikationssystems - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine abgeschlossene Eingangsfolge (sigin) mit Symbolen (bit) zeitlagengesteuert in zumindest zwei Eingangssequenzen (seq1...seqn) aufgeteilt. Die Eingangssequenzen (seq1...seqn) werden jeweils individuell durch einen äußeren Kode (oc1...ocn) zu Ausgangssequenzen (oecseq1...oecseqn) kodiert, und die Ausgangssequenzen (oecseq1...oecseqn) symbolweise in eine Ausgangsfolge (sigout) mit Symbolen (bit) zusammengeführt. Die Ausgangsfolge (sigout) wird anschließend durch einen inneren Kode (ic) kodiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Kodierung von Symbolen für eine Übertragung über eine Funk­ schnittstelle eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines Mobilfunksystems oder drahtlosen Teilnehmeranschlußsy­ stems.

In Funk-Kommunikationssystemen werden aus einer Anzahl von Symbolen bestehende Nutzinformationen, wie beispielsweise Sprache, Bildinformation oder andere Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwi­ schen einer sendenden und einer empfangenden Funkstation übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen er­ folgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jewei­ lige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Beim bekannten GSM-Mobilfunksystem (Global System for Mobile Communication), wie es unter anderem aus J. Eberspächer, H. J. Vögel, "GSM Global System for Mobile Communication", B. G. Teubner, 199, bekannt ist, liegen die Trägerfrequenzen im Bereich von 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz. Für zukünftige Funk-Kommunikati­ onssysteme, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Tele­ communication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen. Zur Unterscheidung unterschiedlicher Signalquellen am Ort des jeweiligen Empfängers werden Frequenzmultiplex- (FDMA), Zeit­ lagenmultiplex- (TDMA) und/oder als Kodemultiplexverfahren (CDMA) sowie Kombinationen dieser bekannten Verfahren einge­ setzt.

Für die Übertragung der Nutzinformationen über die Funk­ schnittstelle wird zum Sicherstellen einer ausreichenden Übertragungsqualität, die beispielsweise durch eine niedrige Bitfehlerrate gekennzeichnet ist, senderseitig den Nutzinfor­ mationen eine Fehlerschutzkodierung hinzugefügt, die eine empfängerseitige Rekonstruktion von durch Störungen während der Übertragung über die Funkschnittstelle aufgetretener feh­ lerhafter Symbole ermöglicht. Besonders in dem UMTS-Mobilsy­ stem, daß hinsichtlich einer Datenübertragung mit hohen Da­ tenraten, wie beispielsweise für Multimediaanwendungen, opti­ miert ist, muß zur effektiven Ausnutzung der zur Verfügung stehenden begrenzten Funkressourcen eine hohe Übertragungs­ qualität erreicht werden. Für die Übertragung von Daten wird dabei beispielsweise eine Bitfehlerrate von 10^-6 gefordert, währenddessen für eine Sprachübertragung eine Bitfehlerrate von 10^-3 ausreichend ist.

Ein bekanntes Verfahren zur Fehlerschutzkodierung, die auch als Fehlervorwärtskorrektur (FEC - Forward Error Correction) bezeichnet wird, ist beispielsweise die unter anderem in dem GSM-Mobilfunksystem eingesetzte Faltungskodierung. Abhängig von einer Rate der Faltungskodierung, d. h. dem Verhältnis zwischen einer originären Anzahl Symbole und der aufgrund des Hinzufügens von Redundanz entstehenden Anzahl kodierter Sym­ bole, kann jeweils eine bestimmte Anzahl fehlerhafter Symbole empfängerseitig erkannt und korrigiert werden.

Zusätzlich zu der Faltungskodierung kann eine Blockkodierung, wie beispielsweise der CRC (Cyclic Redundancy Check), der Symbole erfolgen, wobei ein aus Paritätsprüfsymbolen beste­ hender Blockkode berechnet und den Symbolen hinzugefügt wird. Dieser Blockkode ermöglicht eine Erkennung, daß fehlerhafte Symbole während der Übertragung über die Funkschnittstelle aufgetreten sind. Eine Korrektur dieser fehlerhaften Symbole ist jedoch nicht immer möglich. Der Blockkode kann bei Nicht- Echtzeit-Diensten (Non-Realtime-Services) beispielsweise zur Steuerung einer erneuten Anforderung von fehlerhaften Daten­ paketen gemäß einem bekannten ARQ-Verfahren (Automatic Re­ quest) verwendet werden, währenddessen die Faltungskodierung hauptsächlich bei Echtzeit-Diensten (Realtime-Services) wie beispielsweise der Sprachübertragung eingesetzt wird.

Die Kanalkodierung kann alternativ ebenfalls mittels einer Turbo-Kodierung erfolgen, wie sie unter anderem aus C. Berrou et al., "Near Optimum Error Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes", IEEE Transactions on Communications, Vol. 44, No. 10, 10. Oct. 1996, S. 1261-1271, bekannt ist. Bei der Turbo-Kodierung werden senderseitig durch paralleles Ver­ schalten zweier Faltungskodierer sowie eines speziellen Turbo-Kode-Verschachtelers (Interleaver) sehr lange Kodes er­ zeugt, die anschließend empfängerseitig durch eine iterative Dekodierung der Komponentenkodes dekodiert werden.

Alternativ zu der Turbo-Kodierung werden weiterhin zur Erzeu­ gung langer Kodes Verkettungen von mehreren Komponentenkodes zu einem Gesamtkode eingesetzt, wie sie beispielsweise aus M. Bossert, "Kanalcodierung", 2. Auflage, B. G. Teubner Verlag, Stuttgart, 1998, S. 325, bekannt sind. Die Komponentenkodes werden dabei nach inneren und äußeren Kodes unterschieden. Als Kodierungsschemata für die inneren und äußeren Kodes wer­ den beispielsweise Faltungskodierung, Reed-Solomon-Kodierung in Verbindung mit einer Verschachtelung verwendet.

Die bekannten Fehlerschutzkodierungen (außer der Turbo-Kodie­ rung) besitzen als gemeinsames Merkmal, daß zwar vorteilhaft die Bitfehlerrate exponentiell mit der Länge der verwendeten Kodes sinkt bzw. die Übertragungsqualität steigt, die Deko­ dierungskomplexität jedoch nachteilig exponentiell mit der Länge der Kodes steigt. Die Turbo-Kodierung ist dahingegen bereits bezüglich einer geringer Dekodierungskomplexität op­ timiert, eine für die Datenübertragung geforderte niedrige Bitfehlerrate von ca. 10^-6 kann jedoch aufgrund von speziel­ len Eigenarten der Turbo-Kodierung nur bei einem großen Sig­ nal-Stör-Verhältnis, d. h. bei sehr guten Empfangsverhältnis­ sen, erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die einen dem beschriebenen Anwen­ dungsbereich entsprechenden guten Fehlerschutz bei einer ge­ ringen Dekodierungskomplexität ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird eine abgeschlossene Eingangsfolge mit über eine Funkschnittstelle eines Funk-Kommunikationssystems zu übertragenden Symbolen zeitlagengesteuert in zumindest zwei Eingangssequenzen aufgeteilt. Die Eingangssequenzen wer­ den jeweils individuell durch einen äußeren Kode zu Ausgangs­ sequenzen kodiert, und die Ausgangssequenzen symbolweise in eine Ausgangsfolge mit Symbolen zusammengeführt. Die Aus­ gangsfolge wird anschließend durch einen inneren Kode ko­ diert.

Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich in der Weise darstellen, daß die Eingangsfolgen zeilenweise in eine Matrix eingeschrieben werden, dort zeilenweise mit einer jeweiligen äußeren Kodierung versehen wird, nach der äußeren Kodierung spaltenweise ausgelesen und in die Aus­ gangsfolge zusammengeführt wird, die nachfolgend mit einer zusätzlichen inneren Kodierung versehen wird. Die erfindungs­ gemäße Verkettung der äußeren und inneren Kodierung ermög­ licht vorteilhaft eine Verwendung von langen Kodes zum Si­ cherstellen einer geringen Bitfehlerrate bei einer gleichzei­ tigen geringen Dekodierungskomplexität.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung werden die Eingangssequenzen mit einem jeweils unterschiedlichen äußeren Kode kodiert. Durch die unterschiedlichen äußeren Kodes kön­ nen die Ausgangssequenzen vorteilhaft unterschieden und die Übertragungsqualität weiter erhöht werden.

Gemäß zweier Weiterbildungen der Erfindung wird als äußere bzw. innere Kodierung jeweils eine Faltungskodierung oder eine Blockkodierung durchgeführt. Alternativ kann die innere Kodierung auch mittels einer Modulation entsprechend einem Modulationsschema erfolgen. Bei Verwendung einer Faltungsko­ dierung sowohl für die äußere als auch für die innere Kodie­ rung in Verbindung mit einer iterativen Dekodierung können Ergebnisse hinsichtlich der Bitfehlerrate erzielt werden, die unterhalb der Bitfehlerrate der bekannten Turbo-Kodierung liegen.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird jeweils eine der Anzahl der Eingangssequenzen entsprechende Anzahl Symbole der Ausgangsfolge durch den inneren Kode kodiert. Hierdurch werden entsprechend der Matrixdarstellungsweise die kodierten Symbole jeweils einer Spalte mit der inneren Kodie­ rung versehen.

Gemäß weiterer alternativer Weiterbildungen werden die Sym­ bole der jeweiligen Ausgangssequenzen, die Symbole der Aus­ gangssequenzen oder jeweils eine Anzahl von Symbolen der Aus­ gangsfolge zusätzlich verschachtelt. Bei der zusätzlichen Verschachtelung werden direkt aufeinanderfolgende Symbole derart verwürfelt, daß sie am Ausgang der Verschachtelungs­ einrichtung nicht mehr aufeinanderfolgen. Vorteilhaft kann durch diese Weiterbildungen die Störfestigkeit gegenüber bei der Übertragung über die Funkschnittstelle häufig auftreten­ den gebündelten fehlerhaften Symbolen erhöht werden.

Bei der ersten alternativen Weiterbildung können die Symbole der jeweiligen Ausgangssequenzen zusätzlich gemäß individuel­ ler Verschachtelungsalgorithmen verschachtelt werden.

Bei der zweiten alternativen Weiterbildung kann die Ver­ schachtelung dahingegen symbolweise, d. h. die Symbole einer jeweiligen Spalte werden verschachtelt, oder auf Basis der Ausgangssequenzen bzw. eines jeweiligen Teils der Ausgangsse­ quenzen, d. h. die Symbole der gesamten Ausgangssequenzen wer­ den verschachtelt, erfolgen.

Bei der dritten alternativen Weiterbildung kann zusätzlich eine der Anzahl der Eingangssequenzen entsprechende Anzahl Symbole der Ausgangsfolge verschachtelt werden, wodurch gemäß der Matrixdarstellung jeweils eine Spalte verschachtelt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie­ genden Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines Mobilfunksystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Fehlerschutzkodierung,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Anordnung gemäß Fig. 2, mit einer der Zusammenführungseinrichtung nachgeschalte­ ten zusätzlichen Verschachtelungseinrichtung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 2, mit mehreren jeweils den äußeren Kodiereinrichtungen nachgeschalteten zusätzlichen Verschachtelungsein­ richtungen,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 2, mit einer den äußeren Kodiereinrichtungen nachgeschalte­ ten zusätzlichen Verschachtelungseinrichtung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Dekodierung der durch die Anordnung gemäß Fig. 2 kodierten Ein­ gangsfolge von Symbolen, und

Fig. 8 eine Darstellung von Beziehungen zwischen einer Bit­ fehlerrate und einem Signal-Stör-Verhältnis für un­ terschiedliche Kodierungsarten.

Das in Fig. 1 dargestellte und beispielhaft als ein Mobilfunk­ system ausgestaltete Funk-Kommunikationssystem entspricht in seiner Struktur einem bekannten GSM-Mobilfunksystem oder UNTS-Mobilfunksystem, das aus einer Vielzahl von Mobilver­ mittlungsstellen MSC besteht, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung zur Zuweisung funktechnischer Ressourcen RNM verbunden. Jede dieser Einrichtungen RNM ermöglicht wie­ derum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS. Diese Basisstation BS ist eine Funkstation, die über eine Funkschnittstelle Kommunikationsverbindungen zu Mobilstatio­ nen MS aufbauen und auslösen kann.

In Fig. 1 ist beispielhaft eine Kommunikationsverbindung zur Übertragung von Symbolen bit beispielsweise eines Echtzeit- Dienstes oder eines Nicht-Echtzeit-Dienstes zwischen einer Mobilstation MS und einer Basisstation BS dargestellt. Vor der jeweiligen Übertragung über die Funkschnittstelle wird den Symbolen senderseitig durch eine Kanalkodierung Redundanz hinzugefügt, die empfängerseitig wieder entfernt wird und durch die fehlerhafte Symbole erkannt und korrigiert werden können. In dem Funkversorgungsgebiet der Basisstation BS be­ findet sich eine weitere Mobilstation MS, die in dem darge­ stellten Fall keine Kommunikationsverbindung aufgebaut hat.

Aus dem GSM-Mobilfunksystem sind zwei Kanalkodierungsarten im Sinne einer Fehlervorwärtskorrektur bekannt: die Faltungsko­ dierung und die Blockkodierung. Die Faltungskodierung dient der empfangsseitigen Fehlerkorrektur, so daß abhängig von ei­ ner Rate der Faltungskodierung jeweils eine bestimmte Anzahl fehlerhafter Symbole bit erkannt und korrigiert werden kann. Die Rate der Faltungskodierung gibt das Verhältnis zwischen der Anzahl Symbole vor und nach der Faltungskodierung an. Eine Rate 1 bedeutet beispielsweise, daß den Symbolen bit senderseitig keine redundanten Informationen hinzugefügt wer­ den. Zusätzlich oder alternativ zu der Faltungskodierung kann eine Blockkodierung, wie beispielsweise der CRC (Cyclic Red­ undancy Check) der Symbole bit erfolgen, wobei ein aus Pari­ tätsprüfsymbolen bestehender Blockkode berechnet und der Summe Symbole bit hinzugefügt wird. Dieser Blockkode ermög­ licht eine Erkennung, daß ein Fehler während der Übertragung über die Funkschnittstelle aufgetreten ist, eine Korrektur von Fehlern ist jedoch nicht immer möglich. Der Blockkode kann bei Nicht-Echtzeit-Diensten beispielsweise zur Steuerung einer erneuten Anforderung eines fehlerbehafteten Datenpakets gemäß dem bekannten ARQ-Verfahren verwendet werden. Die Ka­ nalkodierung kann alternativ ebenfalls mittels einer in der Beschreibungseinleitung erwähnten Turbo-Kodierung oder einer Verkettung einer äußeren und einer inneren Kodierung erfol­ gen.

In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Fehlerschutzkodierung und in der Fig. 3 ein ent­ sprechendes Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Fehlerschutzko­ dierung dargestellt. Eine abgeschlossene Eingangsfolge sigin von Symbolen bit, die beispielsweise von einem Sprachkodierer in periodischen Zeitintervallen erzeugt wird, soll für die Übertragung über die Funkschnittstelle des Funk-Kommunikati­ onssystems mit einer Fehlerschutzkodierung versehen werden.

Die Fehlerschutzkodierung erfolgt erfindungsgemäß mittels ei­ ner seriellen Verkettung mehrerer äußerer und eines inneren Komponentenkodes zu einem Gesamtkode. Die Eingangsfolge sigin wird durch eine Aufteilungseinrichtung DIS zeitlagengesteuert in eine Anzahl n Eingangssequenzen seq1 . . . seqn aufgeteilt. Die Aufteilung kann hierbei symbolweise oder aber auch wort­ weise, d. h. in jeweilige Wörter mit mehreren Symbolen bit, erfolgen. Die so aufgeteilten Eingangssequenzen seq1 . . . seqn werden jeweils einer äußeren Kodiereinrichtung OEC1 . . . OECn zugeführt, in denen die Eingangssequenzen seq1 . . . seqn durch individuelle äußere Kodes oc1 . . . ocn mit einer äußeren Kodie­ rung versehen werden.

In den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen der Er­ findung in der Fig. 2 bis Fig. 8 wird jeweils von einer Fal­ tungskodierung für die äußere und innere Kodierung ausgegan­ gen.

Für ein optimales Ergebnis hinsichtlich einer großen minima­ len Distanz des Gesamtkodes (large minimal distance of the overall code) wurden Faltungskodes mit einer Rate von 1/2 und einem Speicher von [1,6] identifiziert. Diese Faltungskodes werden auch als OFD-Kodes (Optimal Free Distance) bezeichnet. Weitere Faltungskodes mit höheren Raten können beispielsweise durch eine zusätzliche Punktierung der OFD-Kodes erreicht werden.

Da eine Faltungskodierung einer Eingangssequenz eine unendli­ che Ausgangssequenz erzeugt, müssen die Faltungskodes termi­ niert werden um Ausgangssequenzen endlicher Länge zu erzeu­ gen. Hierzu werden drei Arten der Terminierung unterschieden:

• - Trunkierung, mit einer hohen Bitfehlerwahrscheinlichkeit nahe der Trunkierungsstelle,
• - Hinzufügen einer Terminierungssequenz, um den Kodierer in einen definierten Endzustand zu setzen, nachteilig ist eine zusätzliche Redundanz erforderlich, und
• - Tail Biting, der Anfangs- und Endzustand des Kodierers ist gleich, nachteilig wird die Dekodierungskomplexität er­ höht.

Für die weitere Beschreibung werden als äußere Kodes oc1 . . . ocn jeweils durch eine Terminierungssequenz termi­ nierte, systematisch kodierte und gegebenenfalls punktierte OFD-Faltungskodes mit gleicher Rate und gleichem Speicher an­ genommen. Als innerer Kode ic wird ein durch eine Terminie­ rungssequenz terminierter und gegebenenfalls punktierter OFD- Faltungskode angenommen. Die systematische Kodierung dient hauptsächlich einer Vereinfachung der Dekodierung des Gesamt­ kodes, wie sie zu der Darstellung der Fig. 7 beschrieben ist.

Für den Fall einer großen Anzahl von jeweils kurzen äußeren Kodes oc1 . . . ocn ist der Verlust (fractional rate loss) durch die zusätzliche Redundanz aufgrund der Terminierung nicht vernachlässigbar. In diesem Fall wird das Tail Biting zur Terminierung des inneren Kodes ic und der äußeren Kodes oc1 . . . ocn verwendet.

In den äußeren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn werden die Eingangssequenzen seq1 . . . seqn mit jeweils einem äußeren Kode oc1 . . . ocn gemäß vorangehender Bescheibung faltungskodiert. Eine den äußeren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn nachgeschal­ tete Zusammenführungseinrichtung COMB liest die an den jewei­ ligen Ausgängen der äußeren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn anliegenden Ausgangssequenzen oecseq1 . . . oecseqn symbolweise aus, so daß in der entstehenden abgeschlossenen Ausgangsfolge sigout die jeweiligen Symbole bit an den Ausgängen der äuße­ ren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn aufeinanderfolgen.

Alternativ kann die äußere Kodierung beispielsweise auch der­ art erfolgen, daß eine einzige äußere Kodiereinrichtung die Eingangssequenzen seq1 . . . seqn mit der Anzahl n unterschiedli­ cher äußerer Kodes oc1 . . . ocn faltungskodiert und die so ent­ stehenden Ausgangssequenzen oecseq1 . . . oecseqn jeweils zeilen­ weise in eine Speichermatrix eingetragen werden, aus der sie anschließend durch die Zusammenführungseinrichtung COMB spal­ tenweise wieder ausgelesen werden.

Nach der symbolweisen Zusammenführung der Ausgangssequenzen oecseq1 . . . oecseqn zu der abgeschlossenen Ausgangsfolge sigout wird diese in einem nachgeschalteten inneren Kodierer IEC mit einem inneren Kode ic gemäß obiger Beschreibung faltungsko­ diert. Die Eingangsfolge sigin der Symbole bit wird somit durch die serielle Verkettung der äußeren oc1 . . . ocn und des inneren Komponentenkodes ic, die zusammen den Gesamtkode er­ geben, kodiert und kann anschließend einer Sendeeinrichtung, beispielsweise in einer Mobilstation MS oder Basisstation BS, zugeführt und über die Funkschnittstelle ausgesendet werden.

Alternativ zu der beschriebenen Realisierung kann gemäß einer nicht dargestellten Abänderung der Anordnung der Fig. 2 die äußere Kodierung der Eingangssequenzen seq1 . . . seqn in der Weise erfolgen, daß den Eingangssequenzen seq1 . . . seqn jeweils eine unterschiedlichen Terminierungssequenz angefügt wird, und die hierdurch erweiterten Eingangssequenzen seq1 . . . seqn nachfolgend durch einen gemeinsamen äußeren Kode kodiert wer­ den. Durch die unterschiedlichen Abschlußsequenzen werden die äußeren Kodiereinrichtungen in einen jeweiligen bekannten Zu­ stand gebracht, so daß eine mit der vorangehend beschriebenen Kodierung mit individuellen äußeren Kodes oc1 . . . ocn ver­ gleichbare Unterscheidbarkeit der entstehenden Ausgangsse­ quenzen oecseq1 . . . oecseqn gegeben ist.

Diese Realisierung kann alternativ auch in der Weise erfol­ gen, daß einer einzigen äußeren Kodiereinrichtung eine der Anzahl der Eingangssequenzen entsprechende Anzahl von Termi­ nierungseinrichtungen zum Hinzufügen der jeweiligen Terminie­ rungssequenzen vorgeschaltet werden, bzw. nur eine Terminie­ rungseinrichtung verwendet wird, die den seriell eintreffen­ den Eingangssequenzen jeweils eine individuelle Terminie­ rungssequenz hinzufügt, wobei die Kodiereinrichtungen selbst keine Terminierung der Eingangssequenzen vornehmen.

Die Leistung des Gesamtkodes kann durch eine zusätzliche Ver­ schachtelung (Interleaving) zwischen der äußeren und der in­ neren Kodierung, wie sie in drei alternativen Ausführungsfor­ men in den Fig. 4 bis Fig. 6 dargestellt sind, weiter verbes­ sert werden. Eine Verschachtelung führt eine Verwürfelung von direkt aufeinanderfolgenden Symbolen bit durch, so daß sie anschließend im allgemeinen nicht mehr aufeinanderfolgen. Die Verschachtelung der Symbole bit erhöht die Störfestigkeit ge­ genüber bei der Übertragung über die Funkschnittstelle häufig auftretenden gebündelten fehlerhaften Symbolen bit.

In der Fig. 4 ist entsprechend einer ersten alternativen Aus­ führungsform eine Verschachtelungseinrichtung IL1 der Zusam­ menführungseinrichtung COMB nachgeschaltet. Diese Verschach­ telungseinrichtung IL1 führt eine Verwürfelung beispielsweise einer der Anzahl der äußeren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn entsprechenden Anzahl Symbole bit durch. Die Anzahl der zu verwürfelnden Symbole bit kann jedoch auch unabhängig von der Anzahl der Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn, beispielsweise größer oder kleiner dieser Anzahl, bemessen werden; sie hängt im wesentlichen von der jeweiligen Speicherkapazität der Ver­ schachtelungseinrichtung IL1 und des benötigten Symbol-Durch­ satzes ab.

In der Fig. 5 ist gemäß einer zweiten beispielhaften alterna­ tiven Ausführungsform jeweils eine Verschachtelungseinrich­ tung IL1 . . . ILn den äußeren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn nachgeschaltet. In den Verschachtelungseinrichtungen IL1 . . .ILn werden die jeweiligen Ausgangssequenzen oecseq1 . . . oecseqn durch einen individuellen Verschachtelungs­ algorithmus verwürfelt. Durch die Verschachtelung und die an­ schließende symbolweise Zusammenführung werden im allgemeinen zwei nach der äußeren Kodierung zusammenliegende Symbole bit voneinander getrennt, wodurch vorteilhaft die Wahrscheinlich­ keit einer auf beide Symbole bit wirkenden Störung verringert wird.

In der Fig. 6 ist eine dritte beispielhafte alternative Aus­ führungsform der Verschachtelung angegeben. In einer den äu­ ßeren Kodiereinrichtungen OEC1 . . . OECn nachgeschalteten Ver­ schachtelungseinrichtung IL1 werden die Symbole bit der Aus­ gangssequenzen oecseq1 . . . oecseqn untereinander verwürfelt, so daß nicht nur der Platz innerhalb der Ausgangssequenz oecseq1 . . . oecseqn, sondern auch die Ausgangssequenz oecseq1 . . . oecseqn des Symbols bit selbst vertauscht wird.

In der Fig. 7 ist eine beispielhafte Anordnung zur iterativen Dekodierung einer mittels der erfindungsgemäßen Anordnung der Fig. 4 kodierten Eingangsfolge sigin dargestellt, die bei­ spielsweise in einer Empfangseinrichtung einer Mobilstation MS oder Basisstation BS eines Mobilfunksystems verwirklicht werden kann. Die mit einem äußeren und inneren Komponenten­ kode kodierte und zusätzlich verwürfelte Eingangsfolge sigin wird in einer inneren Dekodiereinrichtung IDC von der inneren Kodierung befreit. Anschließend wird in einer Entschachte­ lungseinrichtung DEIL die ursprüngliche Ausgangsfolge sigout der Symbole bit wiederhergestellt und die nachfolgend durch eine symbolweise Aufteilung in einer Aufteilungseinrichtung DIS wiedergewonnenen ursprünglichen Ausgangssequenzen oecseq1 . . . oecseqn jeweils einer äußeren Dekodiereinrichtung ODC1 . . . ODCn zugeführt. In einer nachfolgenden ersten Zusam­ menführungseinrichtung COMB1 wird die jeweilige äußere Infor­ mation der äußeren Dekodiereinrichtungen ODC1 . . . ODCn symbol­ weise zusammengeführt, über eine entsprechend der Verschach­ telungseinrichtung IL1 in der Fig. 4 arbeitende Verschachte­ lungseinrichtung IL1 verschachtelt und zu einem zweiten Ein­ gang der inneren Dekodiereinrichtung IDC rückgekoppelt. Am Ausgang der zweiten Kombinationseinrichtung COMB2 erscheint die zurückgewonnene originäre Eingangsfolge sigin.

Entsprechende Anordnungen zur Dekodierung für die Anordnungen zur Kodierung gemäß den Fig. 2, Fig. 5 und Fig. 6 sind entspre­ chend der Anordnung in der Fig. 7 zu verwirklichen.

Zur Dekodierung der durch Komponentenkodes kodierten Symbole bit werden sogenannten SISO-Dekoder (Soft-Input Soft-Output) eingesetzt. Diese können beispielsweise symbol-by-symbol-APP- Dekoder (Aposteriori Probability) oder sonstige suboptimale SISO-Dekoder sein. Da nach dem Stand der Technik, wie bei­ spielsweise gemäß L. R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, J. Raviv, "Optimal decoding for linear codes for minimizing symbol er­ ror rate", IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. IT-20, S. 284-287, Mar. 1974, effiziente symbol-by-symbol-APP-Dekoder für faltungskodierte Symbole bit bekannt sind, werden als Kompo­ nentenkodes bevorzugt Faltungskodes eingesetzt. Für einen sy­ stematisch kodierten Komponentenkode zeigt der symbol-by-sym­ bol-APP-Dekoder die besten Leistungen.

In der Fig. 8 ist beispielhaft eine Darstellung einer ermit­ telten jeweiligen Beziehung zwischen einer Bitfehlerrate BER (Bit Error Rate) und einem Signal-Stör-Verhältnis E_b/N₀ (Energy-per-bit-to-Noise ratio) in dB für unterschiedliche Kodierungsarten angegeben. Dabei ist jeweils eine Faltungsko­ dierung mit einer Rate R = 1/2 angenommen. Eine mittels einer erfindungsgemäßen Kodierung gemäß der Anordnung der Fig. 5 er­ mittelte Beziehung ist in der Fig. 8 durch die Bezeichnung "woven code" gekennzeichnet. Der Speicher m beträgt in diesem Fall m = 2 und die Dekodierung erfolgt iterativ in einer auf der Fig. 7 basierenden Dekodierungseinrichtung. Diesem Ergeb­ nis sind jeweils Beziehungen einer einfachen Faltungskodie­ rung, die durch "conv. code" gekennzeichnet ist, mit einem Speicher m = 6, und einer Turbo-Kodierung, die durch "turbo code" gekennzeichnet ist, mit einem Speicher m = 4, gegen­ übergestellt. Ein Vergleich der Beziehungen offenbart deut­ lich, daß die erfindungsgemäße Kodierung zur Erreichung einer Bitfehlerrate von 10^-6 nur ein Signal-Stör-Verhältnis E_b/N₀ von ca. 2,5 dB benötigt, währenddessen die Turbo-Kodierung bereits bei niedrigeren Bitfehlerraten ein wesentlich größe­ ren Signal-Stör-Verhältnis E_b/N₀ benötigt. Eine niedrige Bit­ fehlerrate bei einem geringen Signal-Stör-Abstand E_b/N₀ ist insbesondere für die Datenübertragung beispielsweise in den zukünftigen Mobilfunksystemen wie dem UMTS wichtig, da auch unter ungünstigen Übertragungs- und Empfangsverhältnissen eine niedrige Bitfehlerrate BER resp. eine gute Übertragungs­ qualität zugesichert werden soll.

Claims (17)

1. Verfahren zur Kodierung von Symbolen (bit) für eine Übertragung über eine Funkschnittstelle eines Funk-Kommunika­ tionssystems, bei dem

• - eine abgeschlossene Eingangsfolge (sigin) mit Symbolen (bit) zeitlagengesteuert in zumindest zwei Eingangssequen­ zen (seq1 . . . seqn) aufgeteilt wird,
• - die Eingangssequenzen (seq1 . . . seqn) jeweils individuell durch einen äußeren Kode (oc1 . . . ocn) zu Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) kodiert werden,
• - die Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) symbolweise in eine Ausgangsfolge (sigout) mit Symbolen (bit) zusammenge­ führt werden, und
• - die Ausgangsfolge (sigout) durch einen inneren Kode (ic) kodiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Eingangssequenzen (seq1 . . . seqn) mit einem jeweils unter­ schiedlichen äußeren Kode (oc1 . . . ocn) kodiert werden.

3. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem als äußere Kodierung eine Faltungskodierung oder eine Block­ kodierung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als innere Kodierung eine Faltungskodierung, eine Blockkodie­ rung oder eine Modulation durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Eingangsfolge (sigin) symbolweise in die Anzahl Eingangs­ sequenzen (seq1 . . . seqn) aufgeteilt wird.

6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem jeweils eine der Anzahl der Eingangssequenzen (seq1 . . . seqn) entsprechende Anzahl Symbole (bit) der Ausgangsfolge (sigout) durch den inneren Kode (ic) kodiert wird.

7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Symbole (bit) der jeweiligen Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) zusätzlich verschachtelt werden.

8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die jeweiligen Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) gemäß individueller Verschachtelungsalgorithmen verschachtelt wer­ den.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Symbole (bit) der Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) zusätzlich verschachtelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zusätzlich jeweils eine Anzahl von Symbolen (bit) der Aus­ gangsfolge (sigout) verschachtelt wird.

11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem jeweils eine der Anzahl der Eingangssequenzen (seq1 . . . seqn) entsprechende Anzahl Symbole (bit) der Ausgangsfolge (sigout) verschachtelt wird.

12. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Symbole (bit) über eine Funkschnittstelle eines Mobil­ funksystems oder drahtlosen Teilnehmeranschlußsystems über­ tragen werden.

13. Anordnung zur Kodierung von Symbolen (bit) für eine Übertragung über eine Funkschnittstelle eines Funk-Kommunika­ tionssystems, mit

• - einer zeitlagengesteuerten Aufteilungseinrichtung (DIS) zum Aufteilen einer abgeschlossenen Eingangsfolge (sigin) mit Symbole in zumindest zwei Eingangssequenzen (seq1 . . . seqn),
• - einer der Aufteilungseinrichtung (DIS) nachgeschalteten An­ zahl von äußeren Kodiereinrichtungen (OEC1 . . . OECn) zum je­ weils individuellen Kodieren der Eingangssequenzen (seq1 . . . seqn) zu Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) durch einen äußeren Kode (oc1 . . . ocn),
• - einer den äußeren Kodiereinrichtungen (OEC1 . . . OECn) nachge­ schalteten Zusammenführungseinrichtung (COMB) zum symbol­ weisen Zusammenführen der Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn) zu einer abgeschlossenen Ausgangsfolge (sigout) mit Symbolen (bit), und
• - einer der Zusammenführungseinrichtung (COMB) nachgeschalte­ ten inneren Kodiereinrichtung (IEC) zum Kodieren der Aus­ gangsfolge (sigout) durch einen inneren Kode (ic).

14. Anordnung nach Anspruch 13, mit mindestens einer Verschachtelungseinrichtung (IL1 . . . ILn) zum Verschachteln der Symbole (bit) der jeweiligen Ausgangsse­ quenzen (oecseq1 . . . oecseqn), die jeweils einer äußeren Ko­ diereinrichtungen (OEC1 . . . OECn) nachgeschaltet ist.

15. Anordnung nach Anspruch 13, mit mindestens einer Verschachtelungseinrichtung (IL1) zum Ver­ schachteln der Symbole (bit) der Ausgangssequenzen (oecseq1 . . . oecseqn), die den äußeren Kodiereinrichtungen (OEC1 . . . OECn) nachgeschaltet ist.

16. Anordnung nach Anspruch 13, mit mindestens einer Verschachtelungseinrichtung (IL1) zum Ver­ schachteln jeweils einer Anzahl von Symbolen (bit) der Aus­ gangsfolge (sigout), die der Zusammenführungseinrichtung (COMB) nachgeschaltet ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, die in einer Sendeeinrichtung einer Mobilstation (MS) und/oder einer Basisstation (BS) eines Mobilfunksystems verwirklicht ist.