DE60102296T2

DE60102296T2 - Hybrides arq-verfahren mit neuanordnung der signalkonstellation

Info

Publication number: DE60102296T2
Application number: DE60102296T
Authority: DE
Inventors: Alexander Golitschek; Christian Wengerter; Philipp M. Schmitt; Eiko Seidel
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: CA2406234A1; CN1426641A; MXPA02010377A; CA2406234C; US7111219B2; CN1655493A; JP2004519172A; DE60102296D1; BR0110161A; US20040049725A1; US20050097424A1; JP3480846B1; WO2002067491A1; KR20020087991A; AU2001250329B2; ATE261637T1; US6892341B2; KR100569402B1; CN100394718C; EP1293059B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hybrides ARQ-Neuübertragungsverfahren in einem Kommunikationssystem gemäß dem Oberbegriffsteil von Anspruch 1.
Eine übliche Technik in Kommunikationssystemen mit unzuverlässigen und zeitvariablen Kanalbedingungen besteht in der Korrektur von Fehlern auf der Basis automatischer Wiederholungsanforderungs-(ARQ)-Verfahren zusammen mit einer Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC)-Technik, welche als hybride ARQ (HARQ) bezeichnet wird. Wenn ein Fehler durch eine üblicherweise verwendete zyklische Redundanzprüfung (CRC) detektiert wird, fordert der Empfänger des Kommunikationssystems den Sender auf, die fehlerhaft empfangenen Datenpakete noch einmal zu senden.
S. Kallel, Analysis of a type II hybride ARQ scheme with code combining, IEE Transactions on Communications, Vol. 38, No. 8, August 1990 und S. Kallel, R. Link, S. Baktiyari, Throughput Performance of Memory ARQ schemes, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 48, No. 3, May 1999 definieren drei unterschiedliche Arten von ARQ-Verfahren:

– Typ I: Die fehlerhaft empfangenen Pakete werden verworfen und eine neue Kopie desselben Paketes neu übertragen und getrennt decodiert. Es erfolgt keine Kombination von früher und später empfangenen Versionen dieses Paketes.
– Typ II: Die fehlerhaft empfangenen Pakete werden nicht verworfen, sondern mit einigen von dem Sender zur Verfügung gestellt zusätzlichen Redundanzbits für eine anschließende Decodierung kombiniert. Neu übertragene Pakete weisen manchmal höhere Codierungsraten auf und werden bei dem Empfänger mit den gespeicherten Werten kombiniert. Dieses bedeutet, daß nur eine geringe Redundanz in jeder Neuübertragung hinzugefügt wird.
– Typ III: Ist derselbe wie Typ II mit der Einschränkung, daß jedes neu übertragene Paket nun selbst decodierbar ist. Dieses impliziert, daß das übertragene Paket ohne die

Kombination mit vorherigen Paketen decodierbar ist. Dieses ist nützlich, wenn einige Pakete in einer derartigen Weise beschädigt sind, daß nahezu keine Information mehr verwendbar ist.
Die Typ II und III-Verfahren sind offensichtlich intelligenter und zeigen einen Leistungsgewinn in Bezug auf die Typ I, da sie die Fähigkeit zur Wiederverwendung von Information aus zuvor empfangenen fehlerhaften Paketen bieten. Es existieren im wesentlichen drei Verfahren zur Wiederverwendung der Redundanz von zuvor übertragenen Paketen:

– Soft-Kombination
– Code-Kombination
– Kombination von Soft- und Code-Kombination.

Soft-Kombination
Bei Anwendung der Soft-Kombination transportieren die Neuübertragungspakete identische Symbole im Vergleich zu den vorher empfangenen Symbolen. In diesem Falle werden die mehrfach empfangenen Pakete entweder auf einer Symbol-für-Symbol- oder auf einer Bit-für-Bit-Basis kombiniert, wie es beispielsweise in D. Chase, Code Combining: A maximum-likelihood decoding approach for combining an arbitrary number of noisypackefs, IEEE Trans. Commun., Vol. CON-33, pp. 385–393, May 1985 oder B. A. Harvey and S. Wicker, Packet Combining Systems based on the Viterbi Coder, IEEE Transactions on Communications, Vol. 42, No. 2/3/4, April 1994 offenbart ist. Durch Kombination dieser Soft-Entscheidungswerte aus allen empfangenen Paketen nehmen die Zuverlässigkeiten der übertragenen Bits linear mit der Anzahl und Potenz der empfangenen Pakete zu. Von einem Decoderstandpunkt aus, wird dasselbe FEC-Verfahren (mit konstanter Coderate) über alle Übertragungen hinweg verwendet. Somit muß der Decoder nicht wissen, wie viele Neuübertragungen durchgeführt worden sind, da er nur die kombinierten Soft-Entscheidungswerte sieht. In diesem Verfahren müssen alle übertragenen Pakete dieselbe Anzahl von Symbolen übertragen.
Die nachstehenden Patentdokumente gehören ebenfalls zum Stand der Technik:
US 6138260 , Retransmission packet capture system within a wireless multiservice communications enviroment with turbo decoding, October 2000, Thomas Ketseoglu offenbart ebenfalls ein "hybrides" ARQ-System innerhalb einer Funkkommunikationsumgebung mit Mehrfachzugriff für die Rekombination von ARQ-Neuübertragungssignalen mit Information, welche aus entsprechenden zuvor fehlgeschlagenen Übertragungen desselben Signals erzielt wurden, welche innerhalb der Luftschnittstelle und unter Verwendung von FEC gesendet und empfangen wurden.
EP 0938207 , System and method for incremental redundancy transmission in a communication system, August 1999, Murray Hill; offenbart ein System und Verfahren für eine inkrementelle Redundanzübertragung in einem Kommunikationssystem, wobei für den besten Kompromiß zwischen hohem Durchsatz unter Verzögerungsbedingungen inkrementelle Redundanz oder feste Codierung mit adaptiver Modulation kombiniert wird.
Code-Kombination
Die Code-Kombination verknüpft die empfangenen Pakete, um ein neues Codewort zu erzeugen (wobei die Coderate mit zunehmender Anzahl von Übertragungen abnimmt). Somit muß der Decoder das FEC-Verfahren kennen, um es sofort bei jeder Neuübertragung anzuwenden. Code-Kombination bietet eine höhere Flexibilität in Bezug auf die Soft-Kombination, da die Länge der neu übertragenen Pakete in Anpassung an die Kanalbedingungen verändert werden kann. Dieses erfordert jedoch die Übertragung von mehr Signalisierungsdaten in Bezug auf die Soft-Kombination.
Kombination von Soft- und Code-Kombination
In dem Falle, daß die neu übertragenen Pakete dieselben Symbole identisch zu vorher übertragenen Symbolen und einige sich von diesen unterscheidende Code-Symbole transportieren, werden die identischen Code-Symbole unter Verwendung von Soft-Kombination wie in dem mit "Soft-Kombination" beschriebenen Abschnitt beschrieben kombiniert, während die restlichen Code-Symbole unter Verwendung der Code-Kombination kombiniert werden. Hier sind die Signalisierungsanforderungen ähnlich denen der Code-Kombination.
Wie es in M. P. Schmitt, Hybrid ARQ scheme employing TCM and Packet Combining, Electronic Letters Vol. 34, No. 18, September 1998 dargestellt worden ist, kann diese HARQ-Leistung für eine trelliscodierte Modulation (TCM) durch eine Neuanordnung der Symbolkonstellation für die Neuübertragungen verbessert werden kann. Hier ergibt sich der Leistungsgewinn aus der Maximierung der euklidischen Abstände zwischen den zugeordneten Symbolen über den Neuübertragungen, da die Neuübertragung auf einer Symbolbasis durchgeführt worden ist.
Bei Berücksichtigung von Modulationsverfahren höherer Ordnung (mit Modulationssymbolen welche mehr als 2 Bit transportieren) haben die Kommunikationsverfahren, welche eine Soft-Kombination anwenden einen größeren Nachteil: Die Bitzuverlässigkeiten innerhalb Soft-kombinierter Symbole stehen in einem konstanten Verhältnis über allen Neuübertragungen, d. h., Bits, welche aus vorher empfangenen Übertragungen weniger zuverlässig waren, bleiben weniger zuverlässig nachdem weitere Übertragungen empfangen wurden, und analog bleiben Bits, welche aus vorher empfangenen Übertragungen zuverlässiger waren, nach dem Empfang weiterer Übertragungen zuverlässiger.
Die variierenden Bitzuverlässigkeiten ergeben sich aus dem Zwang einer zweidimensionalen Signalkonstellationszuordnung, wobei Modulationsverfahren, welche mehr als 2 Bits pro Symbol transportieren, nicht dieselben mittleren Zuverlässigkeiten für alle Bits unter der Annahme haben können, daß alle Symbole gleich wahrscheinlich übertragen werden. Der Begriff mittlere Zuverlässigkeiten ist demzufolge als die Zuverlässigkeit eines speziellen Bits über alle Symbole einer Signalkonstellation gemeint.
Bei Verwendung einer Signalkonstellation für ein 16-QAM Modulationsverfahren gemäß 1, das eine Gray-codierte Signalkonstellation mit einer gegebenen Bitzuordnungsreihenfolge i₁q₁i₂q₂ zeigt, unterscheiden sich die den Symbolen zugeordnete Bits voneinander in der mittleren Zuverlässigkeit in der ersten Übertragung des Paketes. Genauer gesagt, besitzen die Bits i₁ und q₁ eine hohe mittlere Zuverlässigkeit, da diese Bits Halbräumen des Signalkonstellationsdiagramrns mit der Folge zugeordnet sind, daß ihre Zuverlässigkeit unabhängig von dem Umstand ist, ob das Bit eine Eins oder eine Null überträgt.
In Gegensatz dazu besitzen die Bits i₂ und q₂ eine niedrige mittlere Zuverlässigkeit, da ihre Zuverlässigkeit von dem Umstand abhängt, ob sie eine Eins oder eine Null übertragen. Beispielsweise sind für das Bit i₂ Einsen den äußeren Spalten zugeordnet, während Nullen den inneren Spalten zugeordnet sind. In ähnlicher Weise sind für das Bit q₂ Einsen den äußeren Zeilen zugeordnet, während Nullen den inneren Zeilen zugeordnet sind.
Für die zweite und alle weiteren Neuübertragungen bleiben die Bitzuverlässigkeiten in einem konstanten Verhältnis zueinander, welche durch die Signalkonstellation definiert ist, die bei der ersten Übertragung verwendet wird, d. h., die Bits i₁ und q₁ besitzen immer eine höhere mittlere Zuverlässigkeit als die Bits i₂ und q₂ nach einer beliebigen Anzahl von Neuübertragungen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines hybriden ARQ-Neuübertragungsverfahrens mit einer verbesserten Fehlerkorrekturleistung. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Beschreibung in Anspruch 1 gelöst.
Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren basiert auf der Erkenntnis, daß es für die Verbesserung der Decoderleistung ganz nützlich wäre, gleiche oder nahezu gleiche mittlere Bitzuverlässigkeiten nach jeder empfangenen Übertragung eines Paketes zu haben. Somit besteht die der Erfindung zugrunde liegende Idee in der Anpassung der Bitzuverlässigkeiten über die Neuübertragungen hinweg in einer Weise, daß die kombinierten mittleren Bitzuverlässigkeiten ausgemittelt werden. Dieses wird erreicht, indem eine erste und wenigstens eine zweite Signalkonstellation für die Übertragungen so gewählt werden, daß die kombinierten mittleren Bitzuverlässigkeiten für die entsprechenden Bits aller Übertragungen nahezu gleich sind.
Somit führt die Signalkonstellationsneuanordnung zu einer veränderten Bitzuordnung, in welcher die euklidischen Abstände zwischen den Modulationssymbolen von Neuübertragung zu Neuübertragung aufgrund der Verschiebung der Konstellationspunkte verändert werden können. Demzufolge können die mitleren Bitzuverlässigkeiten in einer gewünschten Weise manipuliert und ausgemittelt werden, um die Leistung des FEC-Decoders bei dem Empfänger zu verbessern.
Für ein tieferes Verständnis der vorliegenden Erfindung werden bevorzugte Ausführungsformen nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine exemplarische Signalkonstellation zur Darstellung eines 16-QAM Modulationsverfahrens mit Gray-codierten Bitsymbolen,
2 stellt vier Beispiele für Signalkonstellationen für ein 16-QAM Modulationsverfahren mit Gray-codierten Bitsymbolen dar,
3 stellt eine exemplarische Signalkonstellation für 64-QAM Gray-codierte Bitsymbole dar,
4 stellt sechs exemplarische Signalkonstellationen für 64-QAM Gray-codierte Bitsymbole dar,
5 ist eine exemplarische Ausführungsform eines Kommunikationssystems, in welchem das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren eingesetzt wird, und
6 erläutert Details der in 5 dargestellten Zuordndungseinheit.
Für ein besseres Verständnis der Ausführungsformen wird nachstehend das Konzept eines logarithmischen Wahrscheinlichkeitsverhältnisses (LRR) als ein Maß für die Bitzuverlässigkeiten beschrieben. Zuerst wird die einfache Berechnung der Bit-LRRs innerhalb der zugeordneten Symbole für eine einzige Übertragung dargestellt. Dann wird die LRR-Berechnung auf den Mehrfachübertragungsfall erweitert.
Einzelübertragung
Das mittlere LRR des i-ten Bits b_n' unter der Beschränkung, daß das Symbol s_n für eine Übertragung über einen Kanal mit zusätzlichen weißen Gauß'schen Rauschen (AWGN) übertragen wurde und gleich wahrscheinliche Symbole ergibt:
wobei r_s = s_n das mittlere empfangene Symbol unter der Beschränkung bedeutet, daß das Symbol s_n übertragen worden ist (AWGN-Fall), d² _n,m das Quadrat des euklidischen Abstandes zwischen dem empfangenen Symbol r_n und dem Symbol s_m bezeichnet, und E_s/N₀ bezeichnet das beobachtete Signal/Rausch-Verhältnis.
Aus der Gleichung (1) kann man sehen, daß das LRR von dem Signal/Rausch-Verhältnis E_s/N₀ und den euklidischen Abständen d_n,m zwischen den Signalkonstellationspunkten abhängt.
Mehrfachübertragungen
Bei Betrachtung mehrfacher Übertragungen ergibt das mittlere LRR nach der k-ten Übertragung des i-ten Bits b_n ⁱ unter der Einschränkung daß Symbole s_n ⁽ⁱ⁾ über unabhängige AWGN-Kanäle übertragen wurden und gleichmäßig wahrscheinliche Symbole:
wobei j die j-te Übertragung ((j – 1)-te Neuübertragung) bezeichnet. Analog zu dem Einzelübertragungsfall hängen die mittleren LLRs von den Signal/Rausch-Verhältnissen und den euklidischen Abständen zu jedem Übertragungszeitpunkt ab.
Wenn keine Konstellationsneuanordnung durchgeführt wird, bleiben die euklidischen Abstände d_n,m ⁽ⁱ⁾ = d_n,m ⁽¹⁾ für alle Übertragungen konstant, und somit sind die Bitzuverlässigkeiten (LRRs) nach k Übertragungen durch das beobachtete Signal/Rausch-Verhältnis zu jedem Übertragungszeitpunkt und die Signalkonstellationspunkte aus der ersten Übertragung definiert. Für höhere Modulationsverfahren (mehr wie 2 Bits pro Symbol) führt dieses zu variierenden mittleren LRRs für die Bits, was wiederum zu un terschiedlichen mittleren Bitzuverlässigkeiten führt. Die Unterschiede in den mittleren Zuverlässigkeiten bleiben über alle Neuübertragungen vorhanden und führen zu einer Verschlechterung in dem Decoderleistung.
16-QAM Strategie
Nachstehend wird der Fall eines 16-QAM Systems exemplarisch betrachtet, das zu zwei hoch zuverlässigen und zwei gering zuverlässigen Bits führt, wobei für die zwei gering zuverlässigen Bits die Zuverlässigkeit von der Übertragung einer Eins oder einer Null (siehe 1) abhängt. Somit liegen insgesamt drei Zuverlässigkeitspegel vor.
Pegel 1 (hohe Zuverlässigkeit, 2 Bit): Bitzuordnung für Einsen (Nullen), getrennt in den positiven (negativen) realen Halbraum für die i-Bits und den imaginären Halbraum für die q-Bits. Hier besteht kein Unterschied unabhängig davon ob die Einsen dem positiven oder dem negativen Halbraum zugeordnet sind.
Pegel 2 (niedrige Zuverlässigkeit, 2 Bits): Einsen (Nullen) sind inneren (äußeren) Spalten für die i-Bits oder inneren (äußeren) Zeilen für die q-Bits zugeordnet. Da ein Unterschied für das LRR abhängig von der Zuordnung zu den inneren (äußeren) Spalten und Zeilen besteht, wird der Pegel 2 weiter klassifiziert:
Pegel 2a: Zuordnung von i_n zu inneren Spalten bzw. q_n zu inneren Zeilen.
Pegel 2b: Umgekehrte Zuordnung von Pegel 2a: Zuordnung von i_n zu äußeren Spalten bzw. q_n zu äußeren Zeilen.
Um einen optimalen Ausmittelungsprozeß über die Übertragungen für alle Bits hinweg sicherzustellen, müssen die Zuverlässigkeitspegel durch Umschalten der Signalkonstellationen gemäß der im nachfolgenden Kapitel gegebenen Algorithmen verändert werden.
Es ist zu berücksichtigen, daß die Bit-Zuordnungsreihenfolge vor der ersten Übertragung offen ist, jedoch während den Neuübertragungen beibehalten werden muß, d. h., eine Bitzuordnung für die Anfangsübertragung: i₁q₁i₂q₂ ⇒ Bitzuordnung aller Neuübertragungen: i₁q₁i₂q₂.
Für die tatsächliche Systemimplementation gibt es eine Reihe möglicher Signalkonstellationen, um den Mittelungsprozeß über die Neuübertragungen hinweg zu erzielen. Einige Beispiele für mögliche Konstellationen sind in 2 dargestellt. Die sich ergebenden Bitzuverlässigkeiten gemäß 2 sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 Bitzuverlässigkeiten für 16-QAM gemäß den in Fig. 2 dargestellten Signalkonstellationen
Ferner zeigt Tabelle 2 einige Beispiele wie die Konstellationen für die Übertragungen 1 bis 4 (unter Verwendung 4 unterschiedlicher Zuordnungen) zu kombinieren sind.
Tabelle 2 Beispiele von Konstellationsneuanordnungsstrategien für 16-QAM (unter Verwendung von 4 Zuordnungen) mit Signalkonstellationen gemäß Fig. 2 und Bitzuverlässigkeiten gemäß Tabelle 1.
Zwei Algorithmen sind gegeben, welche Verfahren unter Verwendung von 2 oder 4 Zuordnungen insgesamt beschreiben. Die zwei Zuordnungen verwendende Lösung führt zu einer geringeren Systemkomplexität, hat jedoch eine Leistungsverschlechterung in Bezug auf die vier Zuordnungen verwendende Lösung. Die Zuordnung für die i- und q- Bits kann unabhängig erfolgen, und somit wird nachstehend nur die Zuordnung für i-Bits beschrieben. Die Algorithmen für die q-Bits arbeiten analog.
16-QAM Algorithmen
A. Unter Verwendung von zwei Zuordnungen
1. Schritt 1 (1. Übertragung)
⇒ 1. Zuordnung definiert
2. Schritt 2 (2. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für i₂ ⇒ Pegel 2 für i₁ – freie Wahl, ob 2a oder 2b
⇒ 2. Zuordnung definiert
3. Schritt
Optionen:

(a) Gehe zum 1. Schritt und fahre mit Wechsel zwischen 1. und 2. Zuordnung fort
(b) Verwende 2. Zuordnung und fahre unter zweimaliger Verwendung der 1. Zuordnung, zweimaliger Verwendung der 2. Zuordnung usw. fort.

B. Unter Verwendung von 4 Zuordnungen
1. Schritt (1. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für i₁ ⇒ Pegel 2 für i₂- freie Wahl ob 2a oder 2b
⇒ 1. Zuordnung definiert
2. Schritt (2. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für i₂ ⇒ Pegel 2 für i₁ – freie Wahl ob 2a oder 2b
⇒ 2. Zuordnung definiert
3. Schritt (3. Übertragung)
Optionen:

(a) Wähle Pegel 1 für i₁ ⇒ Pegel 2 für i₂ mit den nachstehenden Optionen
(a1) Wenn in 1. Übertragung 2a verwendet wurde, dann Verwendung von 2b
(a2) Wenn in 1. Übertragung 2b verwendet wurde, dann Verwendung von 2a
(b) Wähle Pegel für i₂ ⇒ Pegel 2 für i1 mit den nachstehenden Optionen
(b1) Wenn in 2. Übertragung 2a verwendet wurde, dann Verwendung von 2b
(b2) Wenn in 2. Übertragung 2b verwendet wurde, dann Verwendung von 2a.

⇒ 3. Zuordnung definiert
4. Schritt (vierte Übertragung)
wenn Option (a) im 3. Schritt
Wähle Pegel für i₂ ⇒ Pegel 2 vor i₁ mit nachstehenden Optionen

(a2) wenn in 2. Übertragung 2b verwendet wurde, dann Verwendung von 2a

wenn Option b im dritten Schritt
Wähle Pegel 1 für i₁ ⇒ Pegel 2 für i₂ mit nachstehenden Optionen

(a1) wenn in 1. Übertragung 2a verwendet wurde, dann Verwendung von 2b
(a2) Wenn in 1. Übertragung 2b verwendet wurde, dann Verwendung 2a.

⇒ 4. Zuordnung definiert
5. Schritt (5., 9., 13. ... Übertragung)
Wähle eine von den 4 definierten Zuordnungen aus
6. Schritt (6., 10., 14., ... Übertragung)
Wähle eine von 4 definierten Zuordnungen aus mit der Ausnahme

(a) der im 5. Schritt (vorherigen Übertragung) verwendeten Zuordnung
(b) der Zuordnung, welche die Zuverlässigkeit des Pegels 1 demselben Bit wie in der vorherigen Übertragung gibt.

7. Schritt (7., 11., 15., ... Übertragung)
Wähle eine von 2 restlichen Zuordnungen aus, die in den letzten zwei Übertragungen nicht verwendet wurden.
8. Schritt (8., 12., 16., ... Übertragung)
Wähle eine in den letzten 3 Übertragungen nicht verwendete Zuordnung aus.
9. Schritt
Gehe zu dem 5. Schritt
64-QAM Strategie
Im Falle eines 64-QAM Systems gibt es 2 hoch zuverlässige, 2 mittel zuverlässige und 2 niedrig zuverlässige Bits, wobei für die niedrig und mittel zuverlässigen Bits die Zuverlässigkeit von der Übertragung einer Eins oder einer Null (siehe 3) abhängt. Somit liegen insgesamt fünf Zuverlässigkeitspegel vor.
Pegel 1 (Hohe Zuverlässigkeit, 2 Bits): Bitzuordnung für Einsen (Nullen) getrennt in den positiven (negativen) realen Halbraum für die i-Bits und den imaginären Halbraum für die q-Bits. Hier besteht kein Unterschied, unabhängig davon ob die Einsen dem positiven oder dem negativen Halbraum zugeordnet sind.
Pegel 2 (Mittlere Zuverlässigkeit, 2 Bits): Einsen (Nullen) werden 4 inneren und 2 × 2 äußeren Spalten für die i-Bits oder 4 inneren und 2 × 2 äußeren Zeilen für die q-Bits zugeordnet. Da ein Unterschied für das LRR abhängig von der Zuordnung zu der inneren oder äußeren Spalte/Zeile vorliegt, wird der Pegel 2 weiter klassifiziert:
Pegel 2a: Zuordnung von i_n zu den 4 inneren Spalten bzw. von q_n zu den 4 inneren Zeilen.
Pegel 2b: Umgekehrte Zuordnung zu 2a: i_n zu den äußeren Spalten bzw. q_n zu den äußeren Zeilen.
Pegel 3 (Niedrige Zuverlässigkeit, 2 Bits): Einsen (Nullen) werden den Spalten 1-4-5-8/2-3-6-7 für die i-Bits oder den Zeilen 1-4-5-8/2-3-6-7 für q-Bits zugeordnet. Da ein Unterschied für das LRR abhängig von der Zuordnung zu Spalten/Zeilen 1-4-5-8 oder 2-3-6-7 vorliegt, wird der Pegel 3 weiter klassifiziert.
Pegel 3a: Zuordnung von i_n zu Spalten 2-3-6-7 bzw. q_n zu Zeilen 2-3-6-7.
Pegel 3b: Umgekehrte Zuordnung von 2a: i_n zu Spalten 1-4-5-8 bzw. q_n zu Zeilen 1-4-5-8.
Zur Sicherstellung eines optimalen Mittelungsprozesses über die Übertragungen für alle Bits hinweg müssen die Zuverlässigkeitspegel durch Umschalten der Signalkonstellationen gemäß den im nachfolgenden Abschnitt gegebenen Algorithmen verändert werden.
Es ist zu berücksichtigen, daß die Bit-Zuordnungsreihenfolge vor der ersten Übertragung offen ist, daß sie aber die gesamten Neuübertragungen hinweg gleich bleiben muß, d. h., die Bitzuordnung für die Anfangsübertragung: i₁q₁i₂q₂i₃q₃ ⇒ Bitzuordnung aller Neuübertragungen: i₁q₁i₂q₂i₃q₃.
Analog zu der 16-QAM gibt es für die vorliegende Systemimplementation eine Reihe möglicher Signalkonstellationen, um den Ausmittelungsprozeß über die Neuübertragungen hinweg zu erzielen. Einige Beispiele für mögliche Konstellationen sind in 4 dargestellt. Die sich ergebenden Bitzuverlässigkeiten gemäß 4 sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3 Bitzuverlässigkeiten für 64-QAM gemäß in Fig. 4 dargestellten Signalkonstellationen.
Ferner liefert die Tabelle einige Beispiele, wie die Konstellationen für die Übertragungen 1 bis 6 (unter Verwendung 6 unterschiedlicher Zuordnungen) zu kombinieren sind.
Tabelle 4 Beispiele für Konstellationsneuanordnungsstrategien für 64-QAM (unter Verwendung von 6 Zuordnungen) mit Signalkonstellationen gemäß Fig. 4 und Bitzuverlässigkeiten gemäß Tabelle 3.
Zwei Algorithmen werden nachstehend angegeben, welche Verfahren unter Verwendung von 3 oder 6 Zuordnungen insgesamt beschreiben. Die 3 Zuordnungen verwendende Lösung führt zu einer geringeren Systemkomplexität, weist jedoch eine gewisse Leistungsverschlechterung in Bezug auf die 6 Zuordnungen verwendende Lösung auf. Die Zuordnung für i- und q-Bits kann unabhängig erfolgen, und somit wird im Nachstehenden nur die Zuordnung für die i-Bits beschrieben. Die Algorithmen für die q-Bits arbeiten analog.
64-QAM Algorithmen
A. Unter Verwendung von 3 Zuordnungen
1. Schritt (1. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für i₁
Wähle Pegel 2 für i₂ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₃-freie Wahl ob 3a oder 3b
⇒ 1. Zuordnung definiert
2. Schritt (2. Übertragung)
Optionen:

(a) Wähle Pegel 1 für i₂ Wähle Pegel 2 für i₃ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₁ – freie Wahl, ob 3a oder 3b
(b) Wähle Pegel 1 für i₃ Wähle Pegel 2 für i₁ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₂ – freie Wahl, ob 3a oder 3b

⇒ 2. Zuordnung definiert
3. Schritt
Wenn (a) im 2. Schritt
Wähle Pegel 1 für i₃
Wähle Pegel 2 für i₁ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₂ – freie Wahl, ob 3a oder 3b
Wenn (b) im 2. Schritt
Wähle Pegel 1 für i₂
Wähle Pegel 2 für i₃ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₁ – freie Wahl, ob 3a oder 3b
⇒ 3. Zuordnung definiert
4. Schritt (4., 7., 10. ... Übertragung)
Wähle eine von 3 definierten Zuordnungen aus
5. Schritt (5., 8., 11. ... Übertragung)
Wähle eine von 3 definierten Zuordnungen aus mit Ausnahme der in der vorherigen Übertragung verwendeten Zuordnung.
6. Schritt (6., 9., 12., ... Übertragung)
Wähle eine von 3 definierten Zuordnungen aus mit Ausnahme der in letzten 2 Übertragungen verwendeten Zuordnungen.
7. Schritt
Gehe zum 4. Schritt
B. Verwendung von 6 Zuordnungen
1. Schritt (1. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für i₁
Wähle Pegel 2 für i₂ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₃ – freie Wahl ob 3a oder 3b
⇒ 1. Zuordnung definiert
2. Schritt (2. Übertragung)
Optionen:

⇒ 2. Zuordnung definiert
3. Schritt
Wenn (a) im 2. Schritt
Wähle Pegel 1 für i₃
Wähle Pegel 2 für i₁ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₂ – freie Wahl, ob 3a oder 3b
Wenn (b) im 2. Schritt
Wähle Pegel 1 für i₂
Wähle Pegel 2 für i₃ (freie Wahl, ob 2a oder 2b) ⇒ Pegel 3 für i₁ – freie Wahl, ob 3a oder 3b
⇒ 3. Zuordnung definiert
4. Schritt (4. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für ein Bit von i₁, i₂ oder i₃
Wähle Pegel 2 für eines der zwei restlichen Bits mit den nachstehenden Einschränkungen

(a1) wenn in einer der vorherigen Übertragungen 2a für dieses Bit verwendet wurde, verwende dann 2b
(a2) wenn in einer der vorherigen Übertragungen 2b für dieses Bit verwendet wurde, verwende dann 2a ⇒ Pegel 3 für restliches Bit mit nachstehenden Einschränkungen
(b1) wenn in einer der vorherigen Übertragungen 3a für dieses Bit verwendet wurde, verwende dann 3b
(b2) wenn in einer der vorherigen Übertragungen 3b für dieses Bit verwendet wurde, verwende dann 3a

⇒ 4. Zuordnung definiert
5. Schritt (5. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für eines von zwei Bits, welches nicht den Pegel 1 im 4. Schritt hatte
Wähle Pegel 1 für eines von zwei Bits, welches nicht den Pegel 2 im 4. Schritt hatte mit nachstehenden Einschränkungen

⇒ 5. Zuordnung definiert
6. Schritt (6. Übertragung)
Wähle Pegel 1 für das Bit, welches nicht den Pegel 1 im 4. Schritt und 5. Schritt hatte
Wähle Pegel 2 für das Bit, welches nicht den Pegel 2 im 4. Schritt und 5. Schritt hatte

⇒ 6. Zuordnung definiert
7. Schritt (7., 13., 19., ... Übertragung)
Wähle eine von 6 definierten Zuordnungen aus
8. Schritt (8., 14., 20., ... Übertragung)
Wähle eine von 6 definierten Zuordnungen aus mit Ausnahme von

(a) der in 7. Schritt (vorherigen Übertragung) verwendeten Zuordnung
(b) der Zuverlässigkeit, die demselben Bit wie in der vorherigen Übertragung die Zuverlässigkeit mit Pegel 1 gibt

9. Schritt (9., 15., 21., ... Übertragung)
Wähle eine von 6 definierten Zuordnungen die dem Bit, welches nicht den Pegel 1 in den letzten 2 Übertragungen hatte den Pegel 1 gibt
10. Schritt (10., 16., 22., ... Übertragung)
Wähle eine von 3 restlichen Zuordnungen aus, die in den letzten 3 Übertragungen nicht verwendet wurden
11. Schritt (11., 17., 23., ... Übertragung)
Wähle eine von 2 restlichen Zuordnungen aus, die in den letzten 4 Übertragungen nicht verwendet wurden
12. Schritt (12., 18., 24., ... Übertragung)
Wähle restliche Zuordnung aus, die in den letzten 5 Übertragungen nicht verwendet wurde
13. Schritt
Gehe zum 7. Schritt
5 stellt eine exemplarische Ausführungsform eines Kommunikationssystems dar, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Insbesondere umfaßt das Kommunikationssystem einen Sender 10 und einen Empfänger 20, welche über einen Kanal 30 kommunizieren, welcher ein drahtgebundener oder drahtloser z. B. eine Luftschnittstelle sein kann. Aus einer Datenquelle 11 werden Datenpakete einem FEC-Codierer 12 zugeführt, in welchem Redundanzbit zum Korrigieren von Fehlern hinzugefügt werden. Die von dem FEC-Codierer ausgegebenen n Bits werden anschließend einer als ein Modulator arbeitenden Zuordnungseinheit 13 zugeführt, um gemäß dem angewendeten Modulationsverfahren, das als ein Konstellationsmuster in einer Tabelle 15 gespeichert ist, ausgebildete Symbole auszugeben. Nach der Übertragung über den Kanal 30 prüft der Empfänger 20 die empfangenen Datenpakete beispielsweise mittels einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC) auf Korrektheit. Wenn die empfangenen Datenpakete fehlerhaft sind, werden dieselben in einen temporären Puffer 22 für eine anschließende Soft-Kombination mit den neu übertragenen Datenpaketen gespeichert.
Eine Neuübertragung wird durch eine automatische Wiederholungsanforderung gestartet, die von einem (nicht dargestellten) Fehlerdetektor mit der Folge ausgegeben wird, daß ein identisches Datenpaket von dem Sender 10 übertragen wird. In der Kombinationseinheit 21 werden die zuvor empfangenen fehlerhaften Datenpakete mit den neu übertragenen Datenpaketen kombiniert. Die Kombinationseinheit 21 dient auch als ein Demodulator und dasselbe wie das in der Tabelle 15 gespeicherte Signalkonstellationsmuster wird zum Demodulieren des Symbols verwendet, welches während der Modulation dieses Symbols verwendet wurde.
Gemäß Darstellung in 6 speichert die Tabelle eine Vielzahl von Signalkonstellationsmustern, welche für die individuellen (Neu)-Übertragungen gemäß einem vorbestimmten Verfahren ausgewählt werden. Das Verfahren, d. h., die Reihenfolge der Signalkonstellationsmuster, die für die Modulation/Demodulation verwendet werden, sind entweder in dem Sender und dem Empfänger vorgespeichert oder werden durch den Sender an den Empfänger vor der Benutzung als Signal übertragen.
Wie vorstehend erwähnt, ordnet das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren die Signalkonstellationsmuster für die einzelnen (Neu)-Übertragungen gemäß einem vorbestimmten Schema so an, daß die mittleren Bitzuverlässigkeiten ausgemittelt werden.
Somit wird die Leistung des FEC-Decoders 23 deutlich verbessert, was zu einer von dem Decoder ausgegeben niedrigen Bitfehlerrate (BER) führt.

Claims

Hybrides ARQ-Übertragungswiederholungsverfahren in einem Kommunikationssystem, in welchem Datenpakete, die mit einer hierin nachstehend als FEC bezeichneten Vorwärtsfehlerkorrekturtechnik vor einer Übertragung codiert werden, auf der Basis einer automatischen Wiederholungsanforderung erneut übertragen werden und anschließend mit zuvor empfangenen fehlerhaften Datenpaketen entweder aus einer Symbol-für-Symbol- oder einer Bit-für-Bit-Basis soft-kombiniert werden, wobei die Symbole der fehlerhaften Datenpakete unter Verwendung einer vorbestimmten ersten Signalkonstellation moduliert werden, und die Symbole der erneut übertragenen Datenpakete unter Verwendung wenigstens einer vorbestimmten zweiten Signalkonstellation moduliert werden, wobei jedes Symbolbit eine mittlere Bitzuverlässigkeit besitzt, welche durch die einzelnen Bitzuverlässigkeiten über alle Symbole der vorbestimmten Signalkonstellation hinweg definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste und die wenigstens zweite Signalkonstellation für die Datenpakete so gewählt werden, daß die kombinierten mittleren Bitzuverlässigkeiten für die entsprechenden Bits aller Übertragungen ausgemittelt werden.
Übertragungswiederholungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die entsprechenden euklidischen Abstände zwischen wenigstens zwei modulierten Symbolen der ersten bzw. zweiten Signalkonstellation unterschiedlich sind.
Übertragungswiederholungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verwendete Modulationsverfahren eine hierin nachstehend als QAM bezeichnete Quadraturamplitudenmodulation ist, wobei mehr als zwei Bits einem einzigen Symbol zugeordnet sind.
Übertragungswiederholungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Symbolbits der Datenpakete Gray-codiert sind.
Übertragungswiederholungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das verwendete Modulationsverfahren 16-QAM ist, und während der Modulation einer von zwei Pegeln der mittleren Bitzuverlässigkeiten jedem von den vier Symbolbits zugeordnet ist.
Übertragungswiederholungsverfahren nach Anspruch 5, wobei während der die erste Signalkonstellation verwendenden Modulation zwei Bits eines Symbols eine hohe mittlere Bitzuverlässigkeit zugewiesen und die zwei restlichen Bits des Symbols eine niedrige mittlere Bitzuverlässigkeit zugewiesen erhalten, und während der die zweite Signalkonstellation verwendeten Modulation umgekehrte mittlere Bitzuverlässigkeiten den entsprechenden Symbolbits zugewiesen werden.
Übertragungswiederholungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das verwendete Modulationsverfahren 64-QAM ist, und während der Modulation einer von drei Pegeln von mittleren Bitzuverlässigkeiten jedem der sechs Symbolbits zugewiesen wird.
Übertragungswiederholungsverfahren nach Anspruch 7, wobei während der die erste Signalkonstellation verwendenden Modulation zwei Bits eines Symbols eine hohe mittlere Bitzuverlässigkeit zugewiesen, zwei weitere Bits eine mittlere Bitzuverlässigkeit zugewiesen und den zwei restlichen Bits des Symbols eine niedrige mittlere Bitzuverlässigkeit zugewiesen erhalten, und während der die zweite Signalkonstellation und eine dritte Signalkonstellation verwendenden Modulation, umgekehrte mittlere Bitzuverlässigkeiten den entsprechenden Symbolbits so zugewiesen werden, daß die Summe der mittleren Bitzuverlässigkeiten für entsprechende Bits über alle Übertragungen und Wiederholungsübertragungen hinweg nahezu gleich sind.