VERFAHREN ZUR ANPASSUNG DER BITRATE EINES IN EINEM KOMMUNIKATIONSSYSTEM ZU ÜBERTRAGENDEN BITSTROMS UND ENTSPRECHENDE KOMMUNIKATIONSVORRICHTUNG

Verfahren zur Anpassung der Bitrate eines in einem Kommunikationssystem zu übertragenden Bitstroms und entsprechende Kommunikationsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Bitrate eines in einem Kommunikationssystem, insbesondere einem Mobilfunksytem, zu übertragenden Bitstroms sowie eine entsprechende Kommunikationsvorrichtung.

Die Mobilfunktechnik befindet sich in einer raschen Entwicklung. Augenblicklich wird an der Standardisierung der sogenannten UMTS-Mobilfunkstandards ("Universal Mobile Telecommunication System") für Mobilfunkgeräte der dritten Mobilfunkgeneration gearbeitet.

Dabei ist auf der Senderseite eine Ratenanpassung ("Rate Matching") vorgesehen, um die Bitrate des zu übertragenden Bitstroms an die jeweils mögliche Übertragungsrate anzupassen, wobei entweder Bits aus dem Bitstrom entfernt oder in dem Bitstrom vervielfacht, insbesondere verdoppelt, werden. Das Entfernen von Bits wird als Punktieren ("Puncturing") und das Vervielfachen als Repetieren ("Repetition") bezeichnet.

Ein möglicher Aufbau des Sendepfads eines Mobilfunksenders, bei dem eine derartige Bitratenanpassung vorgesehen ist, ist beispielhaft in Figur 1 dargestellt.

Ein aus mehreren Daten- oder Transportblöcken bestehender Datenstrom wird zunächst von einer Einrichtung 1 um sogenannte "Tail Bits" erweitert. Der von der Einrichtung 1 somit ausgegebene Bitstrom wird einem Kanalcodierer 2 zugeführt, wo den Informationsbits in Abhängigkeit von der jeweils angewendeten Art der Kanalcodierung redundante Bits hinzugefügt werden, so dass bei den meisten Codierungsschemata einerseits sogenannte systematische Bits und andererseits Paritätbits ("Parity Bits") erzeugt werden. Abhängig von der Coderate des Kanalcodierers 2 entstehen mehr oder weniger systematische Bits bzw. Paritätbits. Die Paritätbits besitzen bei einigen Codierungsschemata eine geringere Priorität bzw. Wichtigkeit für die Decodierung der entsprechenden Nachricht als die systematischen Bits. Bei dem Kanalcodierer 2 kann es sich beispielsweise in UMTS-Mobilfunksystemen um einen sogenannten TurboCodierer handeln, welcher in der Regel aus miteinander verschachtelten Faltungscodierern aufgebaut ist.

Dem Kanalcodierer 2 ist eine Bitratenanpassungseinrichtung 3 nachgeschaltet, welche die ihr zugeführten Bits gemäß einem bestimmten Bitratenanpassungsalgorithmus punktiert und/oder repetiert. Aufgrund der geringeren Wichtigkeit bzw. Priorität der Paritätbits werden herkömmlicherweise zur Bitratenanpassung bevorzugt die Paritätbits punktiert, da diese für eine erfolgreiche Decodierung der jeweiligen Nachricht auf der Empfängerseite weniger wichtig sind als die systematischen Bits.

Der von der Bitratenanpassungseinrichtung 3 ausgegebene Bitstrom wird mit Hilfe eines Interleavers 4 verwürfelt, so dass die einzelnen Bits gemäß einem bestimmten Interleavingschema zeitlich umgeordnet werden. Der Interleaver 4 hat zur Folge, dass bei dem von ihm ausgegebenen Bitstrom die Prioritäten der einzelnen Bits nicht mehr bekannt sind.

Die von dem Interleaver 4 ausgegebenen Bits werden einem Modulator 5 zugeführt, welcher abhängig von der jeweils angewendeten Modulationsart mehrere dieser Bits auf bestimmte Symbole eines mehrdimensionalen Symbolraums abbildet und die Symbole an einen Empfänger überträgt. Bei einer QPSK-Modulation ("Quadrature Phase Shift Keying") werden jeweils zwei Bits auf vier gleichmäßig in einem zweidimensionalen Symbolraum verteilte Symbole aufgeteilt, während bei einer 8PSK-Modulation drei Bits, bei einer 16QAM-Modulation ("Quadraturamplitudenmodulation") vier Bits und bei einer 64QAM-Modulation sechs Bits einem Symbol in einem zweidimensionalen Symbolraum zugewiesen werden.

Die von dem Modulator 5 erzeugten Symbole werden in Form eines Real- und Imaginärteils, welche eindeutig die Lage des jeweiligen Symbols in dem zweidimensionalen Symbolraum beschreiben, übertragen. Ein dem Modulator 5 nachgeschalteter Demultiplexer 7 verteilt die Symbole auf eventuell mehrere Kanäle, wo die Symbolfolge mit unterschiedlichen Kanalisierungs- bzw. Spreizcodes W₁ ... W_M codiert werden, was in Figur 1 in Form entsprechender Multiplizierer 8 dargestellt ist. Über einen Summierer 9 wird das Summensignal dieser unterschiedlich kanalcodierten Symbolfolgen generiert und ausgegeben.

Darüber hinaus ist gemäß Figur 1 eine mit der Abkürzung AMCS ("Adaptive Modulation and Coding Schemes") versehene Steuereinheit 6 vorgesehen, welche das jeweils zu verwendende Modulationsalphabet des Modulators 5 sowie die Codierschemata und Coderaten des Kanalcodierers 2 und die Aufteilung auf die einzelnen Kanalisierungscodes durch den Demultiplexer 7 festlegt.

Die in Figur 1 gezeigte Sendepfadstruktur entspricht beispielsweise der für einen sogenannten HSDPA ("High Speed Downlink Packet Access") in UMTS-Mobilfunksytemen vorgesehenen Struktur der physikalischen Schicht. Dabei handelt es sich um eine paketvermittelte Verbindungsart, wobei zudem ein sogenanntes ARQ-Verfahren ("Automatic Repeat Request") zur Anwendung kommen kann, wobei der Empfänger (beispielsweise eine Mobilstation) eines Datenpakets bei einem fehlerhaften Empfang dieses Datenpakets eine erneute Übertragung desselben von dem Sender (beispielsweise einer Basisstation) anfordert, woraufhin der Sender eine Wiederholung des ursprünglich gesendeten Datenpakets an den Empfänger sendet.

Ein Problem bei der Funktion des in Figur 1 gezeigten Modulators 5 besteht darin, dass aufgrund der jeweils gewählten Modulationsart nicht alle dem Modulator 5 zugeführten Bits gleich sicher übertragen werden können, d.h. die Zuverlässigkeit der einzelnen Bits schwankt z.B. in Abhängigkeit von der Position des Symbols in dem Symbolraum, auf welche die einzelnen Bits abgebildet werden.

Dies soll nachfolgend näher unter Bezugnahme auf Figur 6 erläutert werden, wobei in Figur 6 beispielhaft die Signalkonstellation bzw. der zweidimensionale Symbolraum 12 für eine 16QAM-Modulation dargestellt ist. Dabei werden jeweils vier Bits i₁, q₁, i₂ und q₂ in der angegebenen Reihenfolge einem Symbol 13 des in Figur 6 gezeigten zweidimensionalen Symbolraums 12 zugeordnet, wobei die Art der Abbildung der einzelnen Bits auf die Symbole 13 als "Gray Mapping" bezeichnet wird. In Figur 6 sind jeweils diejenigen Spalten bzw. Zeilen von Symbolen mit einem Strich markiert, welche einem Bit i₁ oder i₂ bzw. q₁ oder q₂ mit dem Wert "1" entsprechen. Aus der Darstellung von Figur 6 ist ersichtlich, dass beispielsweise die Symbole mit i₂ = "1" jeweils acht Nachbarn mit dem Wert i₂ = "0" besitzen, während beispielsweise Symbole mit i₁ = "1" lediglich vier potentielle Nachbarn mit i₁ = "0" und somit auch nur vier direkte Entscheidungsschwellen besitzen. Dies hat zur Folge, dass die Symbole mit den Bits i₁ = "1" besser vor einer fehlerhaften Übertragung geschützt sind als die Symbole mit i₂ = "1". Das Gleiche gilt auch beispielsweise für die Symbole q₁ = "1", welche eine größere Zuverlässigkeit aufweisen als Symbole mit q₂ = "1". Grundsätzlich kann somit gesagt werden, dass bei der in Figur 6 gezeigten Signalkonstellation die Bits i₁ und q₁ eine größere Zuverlässigkeit hinsichtlich einer fehlerfreien Ermittlung des Informationsgehalts aufweisen als die Bits i₂ bzw. q₂.

Bei der in Figur 1 gezeigten Sendepfadstruktur tritt somit das Problem auf, dass einerseits Bits mit unterschiedlicher Priorität bzw. Wichtigkeit für die Decodierung der jeweiligen Nachricht vorgesehen sind und andererseits der Modulator 5 nicht sämtliche Bits gleich sicher übertragen bzw. auf gleich zuverlässige Symbole abbilden kann, welche dann in Form ihres Realteils Re bzw. ihrer Inphase-Komponente und ihres Imaginärteils Im bzw. ihrer Quadratur-Komponente übermittelt werden, so dass gegebenenfalls Bits mit hoher Priorität auf Symbole mit niedriger Zuverlässigkeit abgebildet und übertragen werden, worunter die Datenübertragungssicherheit und Datenübertragungsqualität leidet.

Diesbezüglich wurde bereits vorgeschlagen, für jeden Übertragungsversuch eines Datenblocks eine spezifische Zuordnung der Bits auf die Symbole 13 des Symbolraums 12 vorzunehmen, so dass bei Einsatz einer geschickten Zuordnungsvorschrift nach mehreren Übertragungen eine Angleichung der Zuverlässigkeit der einzelnen Bits erzielt werden kann. Dies trifft jedoch nur dann zu, wenn ein Datenblock mehrfach wiederholt wird. Die Übertragungssicherheit bei der ersten Übertragung eines Datenblocks wird durch diesen Vorschlag nicht verbessert. Zudem werden bei diesem Vorschlag nicht die unterschiedlichen Prioritäten der kanalcodierten Bits berücksichtigt. Ein weiteres mit diesem Vorschlag verbundenes Problem besteht darin, dass das Wiederholungsdatenpaket zwangsläufig nicht mit dem ursprünglich gesendeten Datenpaket aufgrund der unterschiedlichen Abbildung der einzelnen Bits auf die übertragenen Symbole identisch ist. Dies hat zur Folge, dass auf der Empfängerseite die beiden Wiederholungen nicht unmittelbar vor dem Demodulator kombiniert werden können, sondern stattdessen eine sogenannte Log-Likelihood-Kombination auf Bitebene durchgeführt werden muss. Dabei werden die empfangenen Inphase-und Quadratur-Werte zunächst in Wahrscheinlichkeiten für die übertragenen.Bits umgerechnet, um daraus die tatsächlich gesendeten Bits mit größtmöglicher Wahrscheinlichkeit abzuleiten. Die Log-Likelihood-Kombination weist jedoch gegenüber der zuvor erwähnten einfachen Symbolkombination, bei welcher die Symbole des ursprünglichen Datenpakets mit den Symbolen des Wiederholungsdatenpakets einfach vor dem Demodulator nach Anwendung einer Kanalschätzung gewichtet mit dem jeweiligen Signal/Rausch-Verhältnis aufaddiert werden, insbesondere bei schlechten Übertragungseigenschaften eine schlechtere Performance auf. Darüber hinaus können mit der herkömmlichen Symbolkombination in einer (beispielsweise der Inphase-Komponente) zugeordneten Speicherstelle zwei Bitinformationen gehalten werden, so dass Speicherplatz gespart werden kann.

Ein weiterer Vorschlag ist in Figur 2 dargestellt, wobei nach dem Kanalcodierer bzw. Turbocodierer 2, welcher die Bits getrennt nach systematischen Bits S und Paritätbits P ausgibt, eine getrennte Verarbeitung der systematischen Bits und Paritätbits durchgeführt wird. Daher sind insbesondere zwei separate Interleaver 4a und 4b vorgesehen, wobei in einer Einrichtung 10 eine Parallel/Seriell-Umsetzung auf lediglich einen Bitstrom derart stattfindet, dass eine möglichst intelligente Zuordnung der Bits mit verschiedenen Prioriäten bzw. Wichtigkeiten auf die Bitpositionen mit unterschiedlicher Zuverlässigkeit innerhalb der einzelnen Symbole erfolgen kann. Dabei werden die Bits mit höchster Priorität, d.h. die systematischen Bits S; bevorzugt auf die Bitpositionen mit höchster Zuverlässigkeit und die Bits mit niedrigster Priorität, d.h. die Paritätbits, auf die Bitpositionen mit geringster Zuverlässigkeit verteilt. Da häufig mehr Bits mit höchster Priorität als Bitpositionen mit höchster Zuverlässigkeit vorhanden sind, ist in der Regel keine optimale Lösung möglich. Zudem erfordert diese Variante aufgrund der Mehrzahl an Interleavern und der zusätzlichen Einrichtung 10 einen erheblichen zusätzlichen Realisierungsaufwand.

Die Patentveröffentlichung WO0139422 A offenbart ein Verfahren zur Anpassung der Bitrate eines in einem Kommunikationssystem zu übertragenden Bitstroms wobei die Anpassung der Bitrate durch Punktieren oder Repetieren der Bits des Bitstroms erfolgt, wobei für jedes Bit ein aktualisierter Fehlerwert bestimmt und anhand dieses aktualisierten Fehlerwerts beurteilt wird, ob das entsprechende Bit punktiert bzw. repetiert werden soll oder nicht und wobei für jedes einkommende Bit ein Wert, der von der Wichtigkeit des jeweiligen Bits abhängt, vom Fehlerwert abgezogen wird; wobei jedesmal daß ein Bit repetiert ist, der Fehlerwert inkremetiert wird; und wobei ein Bit repetiert wird, bis der Fehlerwert größer wie Null ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anpassung der Bitrate eines in einem Kommunikationssystem zu übertragenden Bitstroms sowie eine Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen, wobei die Datenübertragungsqualität und Datenübertragungssicherheit mit möglichst geringem Aufwand verbessert werden kann. Insbesondere soll mit möglichst einfachen Mitteln eine möglichst gute Abbildung wichtigerer Bits auf Bitpositionen mit hoher Zuverlässigkeit innerhalb der einzelnen Modulationssymbole gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Kommunikationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Bitratenanpassung einen Bitratenanpassungsalgorithmus zu verwenden, in dem insbesondere bei der Punktierung bzw. Repetierung die Qualität bzw. Zuverlässigkeit der tatsächlich zur Übertragung dienenden Bits, mit welcher bei einer tatsächlichen Übertragung durch das jeweilige Bit ein bestimmter Informationsgehalt übermittelt werden kann, insbesondere die Zuverlässigkeit der entsprechenden Bitpositionen innerhalb der zu übertragenden Symbole, berücksichtigt wird.

Ideal ist eine Zuweisung der zu übertragenden Bits des jeweiligen Bitstroms zu den tatsächlich zur Übertragung zur Verfügung stehenden Bits derart, dass die Summe der Zuverlässigkeiten der für die Übertragung zur Verfügung stehenden Bits, welche einem bestimmten Bit des Bitstroms entsprechen, exakt proportional zur Wichtigkeit des jeweiligen Bits ist. Diese Zuordnung ist jedoch in der Praxis nur für Spezialfälle (z.B. wenn alle Bits dieselbe Wichtigkeit aufweisen und jedes Bit gleich häufig repetiert wird etc.) erreichbar.

Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, wenigstens im Mittel über mehrere aufeinanderfolgende Bits des zu übertragenden Bitstroms eine möglichst exakte Annäherung an dieses Ideal zu erreichen, d.h. die Punktierung/Repetierung derart zu gestalten, dass für eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Bits des zu übertragenden Bitstroms die Summe der Wichtigkeiten dieser Bits möglichst gut in einem festen Verhältnis zur Summe der Zuverlässigkeiten für diese Bits zur Übertragung verwendeten Bits steht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist diesbezüglich vorgesehen, lokal die Punktierungsrate zu erhöhen (bzw. die Repetierungsrate zu erniedrigen), wenn der Quotient aus der Summe der Wichtigkeiten der bisher zu übertragenden Bits geteilt durch die Summe der Zuverlässigkeiten der dafür zur Übertragung verwendeten Bits größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Umgekehrt wird lokal die Punktierungsrate reduziert (bzw. die Repetierungsrate erhöht), wenn der Quotient aus der Summe der Wichtigkeiten der bisher zu übertragenden Bits geteilt durch die Summe der Zuverlässigkeiten der dafür zur Übertragung verwendeten Bits kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass bei der Bestimmung eines Fehlerwerts, der ein Maß für die Abweichung zwischen der augenblicklichen Punktierungs- bzw. Repetierungsrate und der gewünschten Punktierungs- bzw. Repetierungsrate ist, ein Aktualisierungsparameter verwendet wird, welcher für jedes zur Übertragung dienende Bit bitspezifisch in Abhängigkeit von der Zuverlässigkeit, mit welcher bei einer tatsächlichen Übertragung durch das jeweilige Bit ein bestimmter Informationsgehalt übermittelt werden kann, gewählt wird. D.h. dieser Aktualisierungsparameter wird nicht konstant gewählt, sondern in Abhängigkeit von der Qualität bzw. Zuverlässigkeit der zu Übertragung dienenden Bits bitspezifisch verändert, so dass bei der Punktierung bzw. Repetierung die Qualität bzw. Zuverlässigkeit der zur Übertragung dienenden Bits berücksichtigt werden kann, was die Qualität und Sicherheit der Datenübertragung erhöht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Bitratenanpassungsalgorithmus nicht nur die Qualität und Zuverlässigkeit der zur Übertragung dienenden Bits berücksichtigt wird, sondern auch die Wichtigkeit bzw. Priorität der Bits des der Bitratenanpassung zu unterziehenden Bitstroms. Auch diesbezüglich kann ein entsprechender Aktualisierungsparameter verwendet werden, welcher individuell für jedes Bit des Bitstroms, für welches eine Entscheidung hinsichtlich Punktierung/Repetierung getroffen werden muss, bitspezifisch gewählt wird. Mit Hilfe der zuvor beschriebenen Maßnahmen kann somit sichergestellt werden, dass für eine gewisse Menge benachbarter Bits die Summe der Wichtigkeiten der zu übertragenden Bits stets so gut wie möglich in einem festen Verhältnis zur Summe der Zuverlässigkeiten der dafür zur Übertragung verwendeten Bits steht.

Erfindungsgemäß kommt insbesondere ein Bitratenanpassungalgorithmus zur Anwendung, welcher im Gegensatz zu herkömmlichen Bitratenanpassungsalgorithmen derart ausgestaltet ist, dass auf einfache Art und Weise in einem einzigen Datenblock sowohl Punktierung als auch Repetierung von Bits stattfinden kann, wobei die unterschiedlichen Wichtigkeiten und Zuverlässigkeiten von Bits innerhalb eines Datenblocks berücksichtigt werden können.

Um die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung erforderlichen Informationen über die Zuverlässigkeit der einzelnen zur Übertragung dienenden Bits zu erhalten, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. So können beispielsweise für unterschiedliche Bitklassen der unterschiedlichen Wichtigkeiten separate Interleaver verwendet werden, wobei die von den Interleavern ausgegebenen Bits der entsprechenden Bitklasse auf bestimmte Bitpositionen mit entsprechenden Zuverlässigkeiten der zu übertragenden Symbole abgebildet werden, so dass bei der Durchführung der Bitratenanpassung von vorneherein sowohl die Wichtigkeits- als auch Zuverlässigkeitsinformation vorhanden ist. Alternativ kann die Abfolge der Zuverlässigkeiten am Ausgang des Kanalcodierers auch aus den bekannten Zuverlässigkeiten in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Modulationsart durch Deinterleaving berechnet werden. Eine derartige explizite Deinterleavingoperation kann vermieden werden, falls der jeweils verwendete Interleaver zumindest in Bezug auf die Zuordnung der Bits verschiedener Bitklassen, welche jeweils unterschiedliche Zuverlässigkeiten aufweisen, eine einfache Zuordnungsregel implementiert, was in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Modulationsart durch eine entsprechende Ausgestaltung des jeweiligen Interleavers erzielt werden kann. Hierfür werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert.

Bei Untersuchungen zur Turbocodierung stellte sich heraus, dass die üblicherweise von einem Turbocodierer bereitgestellten Paritätbitströme nicht ganz gleichwertig sind, sondern dass es sinnvoll ist, die Paritätbits, welche im Turbodecodierer zuerst verwendet werden, mit einer etwas geringeren Punktierung zu senden als die Paritätbits des zweiten Paritätbitstroms. Somit könnten die Paritätbits des ersten Paritätbitstroms mit einer etwas höheren Wichtigkeit bzw. Priorität versehen werden als die Paritätbits des zweiten Paritätbitstroms.

In Kommunikationssystemen, bei welchen das bereits zuvor erläuterte ARQ-Verfahren Anwendung findet, kann die Wichtigkeit bzw. Priorität der einzelnen Bits auch in Abhängigkeit davon gewählt werden, zum wievielten Mal das entsprechende Datenpaket übertragen wird.

Die vorliegende Erfindung eignet sich bevorzugt zum Einsatz in Mobilfunksytemen, insbesondere zum Einsatz in UMTS-Mobilfunksystemen. Selbstverständlich ist jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann allgemein in jedem beliebigen Kommunikationssystem, wo senderseitig eine Bitratenanpassung durchgeführt wird, Anwendung finden. Darüber hinaus ist von der vorliegenden Erfindung nicht nur die Senderseite, sondern auch die Empfängerseite betroffen, da empfängerseitig ein erfindungsgemäß verarbeitetes Empfangssignal ausgewertet werden muss.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.

• Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Sendepfadstruktur eines Mobilfunksenders, in dem die vorliegende Erfindung realisiert sein kann,
• Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Sendepfadstruktur eines Mobilfunksenders gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
• Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Sendepfadstruktur eines Mobilfunksenders gemäß einem nochmals weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
• Figur 4 zeigt einen Bitratenanpassungsalgorithmus gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
• Figur 5A-5C zeigen mögliche Belegungen von Deinterleavern, welche gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit entsprechend ausgestalteten Interleavern zur Anwendung kommen können, und
• Figur 6 zeigt die Signalkonstellation für eine 16QAM-Modulation.

In Figur 4 ist ein Bitratenanpassungsalgorithmus gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt, wie er beispielsweise in der Bitratenanpassungseinrichtung 3 des in Figur 1 dargestellten Senders zur Anwendung kommen kann. Hinsichtlich der Funktion und Wirkungsweise der einzelnen in Figur 1 dargestellten Komponenten sei an dieser Stelle ergänzend auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen.

Der Bitratenanpassungsalgorithmus basiert auf der Berechnung eines Fehlerwerts e, der ein Maß für die Abweichung zwischen der augenblicklichen Punktierungs- bzw. Repetierungsrate und der gewünschten Punktierungs- bzw. Repetierungsrate ist, wobei bei dem in Figur 4 dargestellten Bitratenanpassungsalgorithmus zwei Aktualisierungsparameter e_minus und e_plus zur Anwendung kommen, mit deren Hilfe der Fehlerwert entweder um e_minus verringert oder um e_plus erhöht wird. Durch Auswertung des auf diese Weise jeweils aktualisierten Fehlerwerts e wird beurteilt, ob (und wenn ja wie oft) das jeweilige Bit übertragen werden soll oder nicht.

Dabei wird davon ausgegangen, dass jedem der Bitratenanpassungseinrichtung 3 zugeführten Bit x_m eine bestimmte Wichtigkeit bzw. Priorität w(x_m) zugeordnet ist, welche die Relevanz des jeweiligen Bits zur Decodierung und Wiedergewinnung einer entsprechenden Nachricht auf der Empfängerseite repräsentiert. Je größer der Wert w(x_m) eines Bits x_m ist, desto größer ist die Wichtigkeit des entsprechenden Bits. Die Wichtigkeit der einzelnen Bits x_m kann somit insbesondere bei Turbocodierern unterschiedlich sein, da bekanntermaßen die von Turbocodierern gelieferten systematischen Bits wichtiger für die Decodierbarkeit der entsprechenden Nachricht sind als die weniger wichtigen Paritätbits. Bei einem Faltungscodierer tragen beispielsweise die Bits am Anfang und am Ende einen geringeren Informationsgehalt und können daher mit einer geringeren Wichtigkeit versehen werden. Die Summe der Wichtigkeiten der einzelnen Bits eines N Bits umfassenden Datenpakets ergibt dabei einen Parameter K: $$\left(1\right)\mathrm{\hspace{0.17em}}{\displaystyle \sum _{\mathrm{m}=1}^{\mathrm{N}}\mathrm{w}\left({\mathrm{x}}_{\mathrm{m}}\right)}=\mathrm{K}$$

Umgekehrt wird davon ausgegangen, dass für jedes übertragene Bit, d.h. jedes von der Bitratenanpassungseinrichtung 3 ausgegebene Bit y_n, eine Zuverlässigkeit oder Qualität v(y_n) definiert ist, welche der Sicherheit entspricht, mit welcher der Informationsgehalt des Bits übermittelt werden kann. Wie bereits zuvor anhand von Figur 6 erläutert worden ist, werden in der Regel durch die von dem in Figur 1 gezeigten Modulator 5 durchgeführte Modulation mehrere Bits einem bestimmten Symbol zugeordnet, wobei jedoch die Zuverlässigkeit bzw. Sicherheit der einzelnen Bits innerhalb dieser Symbole nicht identisch ist, sondern manche Bits können sicherer übertragen werden als andere. Darüber hinaus können die Bits mit unterschiedlicher Leistung übertragen werden, die Störleistung kann zum Zeitpunkt der Aussendung der Bits unterschiedlich sein oder die einzelnen Bits können unterschiedlich weit von einer Trainingssequenz oder von Pilotsymbolen, welche zur Kanalschätzung dienen, entfernt sein bzw. aufgrund anderer Umstände unterschiedliche Zuverlässigkeiten aufweisen. Jedem Ausgangsbit der Bitratenanpassungseinrichtung 3, d.h. jedem zu übertragenden Bit y_n, ist somit ein bitspezifischer Wert v(y_n) zugeordnet, wobei die Zuverlässigkeit des Ausgangsbits y_n zunimmt, je größer der Wert von v(y_n) ist. Die Summe der Zuverlässigkeiten aller Nc Bits eines von der Bitratenanpassungseinrichtung 3 ausgegebenen Datenpakets ergibt dabei einen Parameter L: $$\left(2\right)\hspace{0.17em}{\displaystyle \sum _{\mathrm{n}=1}^{\mathrm{N}\mathrm{c}}\mathrm{v}\left({\mathrm{y}}_{\mathrm{n}}\right)}=\mathrm{L}$$

In Abhängigkeit von den in den obigen Formeln (1) und (2) definierten Zusammenhängen ist für jedes Eingangsbit x_m ein bitspezifischer Aktualisierungsparameter e_minus (m) wie folgt definiert: $$\left(3\right)\mathrm{\hspace{0.17em}}{\mathrm{e}}_{\mathrm{minus}}\left(\mathrm{m}\right)=\mathrm{w}\left({\mathrm{x}}_{\mathrm{m}}\right)\cdot \mathrm{L}$$

Ebenso ist für jedes Ausgangsbit y_n der Bitratenanpassungseinrichtung 3, d.h. für jedes zu übertragende Bit, ein bitspezifischer Aktualisierungsparameter e_plus(n) wie folgt definiert: $$\left(4\right)\mathrm{\hspace{0.17em}}{\mathrm{e}}_{\mathrm{plus}}\left(\mathrm{n}\right)=\mathrm{v}\left({\mathrm{y}}_{\mathrm{n}}\right)\cdot \mathrm{K}$$

Diese bitspezifischen Aktualisierungsparameter werden bei dem in Figur 4 gezeigten Bitratenanpassungsalgorithmus wie folgt verwendet:

In einem Schritt 100 wird zunächst der Fehlerwert e auf einen Anfangswert e_ini gesetzt, welcher den Fehler zwischen der augenblicklichen und der gewünschten Punktierungs-/Repetierungsrate zu Beginn des Verfahrens darstellt. Dieser Anfangswert e_ini besitzt üblicherweise der Einfachheit halber den Wert 1. Anschließend wird in einem Schritt 101 der Index des augenblicklich betrachteten Bits auf 1 gesetzt, während in einem Schritt 102 der Index des für das jeweilige Datenpaket von der Bitratenanpassungseinheit 3 ausgegebenen Bits ebenfalls auf den Index 1 gesetzt wird. Anschließend wird der in einer WHILE-Schleife 103 eingebettete Ablauf für sämtliche N Bits des jeweiligen Datenpakets ausgeführt. Dabei wird in einem Schritt 104 für das Bit x_m der Fehlerwert e aktualisiert, wobei hierzu die Differenz zwischen dem augenblicklichen Fehlerwert und dem für das jeweilige Bit x_m spezifischen Aktualisierungsparameter e_minus(m) berechnet wird. Ist das Ergebnis e ≤ 0 (Schritt 105), wird das entsprechende Bit x_m für die Übertragung ausgewählt und von der Bitratenanpassungseinrichtung 3 somit zur Übertragung freigegeben bzw. an den Interleaver 4 ausgegeben (Schritt 106). Anschließend wird der entsprechende Fehlerwert e um den für das jeweilige zu übertragende Bit bzw. für das jeweilige Ausgangsbit spezifischen Aktualisierungsparameter e_plus(n) erhöht (Schritt 107) und der Index des Ausgangsbits inkrementiert (Schritt 108). Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass durch die Schritte 105-108 das entsprechende Bit x_m sooft für die Übertragung ausgewählt und der entsprechende Fehlerwert um e_plus(n) erhöht wird, bis der Fehlerwert e einen Wert größer als Null erreicht hat. Dies bedeutet, dass das Bit x_m überhaupt nicht für die Übertragung ausgewählt und somit punktiert wird, falls der im Schritt 104 aktualisierte Fehlerwert e bereits vor Durchführung der Schleife mit den Schritten 105-108 größer als Null ist. Andererseits wird für den Fall, dass nach dem Schritt 104 der Fehlerwert e ≤ 0 ist, das Bit x_m genauso oft repetiert, wie der Fehlerwert e bis zum Erreichen des Werts Null um e_plus (n) vergrößert werden kann. Nach Abschluss der Schleife mit den Schritten 105-108 wird der Index m des Eingangsbits der Bitratenanpassungseinrichtung 3 erhöht (Schritt 109) und das Verfahren für das neue Eingangsbit beginnend bei dem Schritt 104 erneut durchgeführt.

Bei dem in Figur 4 gezeigten Bitratenanpassungsalgorithmus kann durch Variation der Parameter e_minus und e_plus gesteuert werden, in welchen Bereichen Bits punktiert und in welchen Bereichen Bits repetiert werden sollen. Eine Punktierung findet allgemein in denjenigen Bereichen statt, wo gilt e_minus < e_plus, während umgekehrt eine Repetierung dort durchgeführt wird, wo gilt e_minus ≥ e_plus.

Der Aktualisierungsparameter e_plus kann proportional zum Informationsgehalt oder zur Übertragungsqualität des jeweiligen Ausgangsbits der Bitratenanpassungseinrichtung 3 gewählt werden.

Zur Realisierung des zuvor erläuterten Bitratenanpassungsalgorithmus muss der Bitratenanpassungseinrichtung 3 bereits beim Ausführen des Bitratenanpassungsalgorithmus die Zuverlässigkeit bzw. Qualität v(y_n) der zur Übertragung verwendeten Bits y_n, d.h. beispielsweise das "Gray Mapping"-Schema des jeweils vorgesehenen Modulators 5 zur Abbildung der zu übertragenden Bits auf die entsprechenden Symbole, bekannt sein. Dies kann insofern problematisch sein, da zwischen der Bitratenanpassungseinrichtung 3 und dem Modulator 5 üblicherweise der in Figur 1 dargestellte Interleaver 4 vorgesehen ist, welcher eine zeitliche Umordnung der von der Bitratenanpassungseinrichtung 3 ausgegebenen Bitfolge vornimmt. Dieses Problem ist jedoch lösbar, falls der Einfluss des Interleavers 4 berücksichtigt wird. Zur Vereinfachung könnten jedoch für jede Bitklasse, in welcher Bits mit gleicher Zuverlässigkeit v(y_n) bzw. Qualität zusammengefasst sind, separate Interleaver 4a, 4b verwendet werden, wie es bereits zuvor anhand Figur 2 erläutert worden ist. Bei einer 16QAM-Modulation (vergleiche Figur 6) wären demzufolge lediglich zwei separate Interleaver 4a, 4b erforderlich, da es lediglich zwei unterschiedliche Zuverlässigkeiten der einzelnen Bitpositionen innerhalb der in Figur 6 dargestellten Symbole und somit zwei unterschiedliche Bitklassen gibt. Da jeder Interleaver 4a, 4b in diesem Fall jeweils einer Bitklasse zugeordnet ist, ist der Bitratenanpassungseinrichtung 3 implizit die Zuverlässigkeit der Bits der beiden Ausgangsbitströme bekannt.

Sollen hingegen keine getrennten Interleaver verwendet werden, kann im allgemeinen Fall die Abfolge der Zuverlässigkeiten v(y_n) am Ausgang des Kanalcodierers 2 durch Deinterleaving mit Hilfe eines Deinterleavers 11 aus den bekannten Zuverlässigkeiten v(y_k) der jeweils verwendeten Modulationsart berechnet werden, wobei n den Index der von der Bitratenanpassungseinrichtung 3 ausgegebenen Bits und k den Bitindex nach dem Interleaver 4 bezeichnet. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 dargestellt, wobei die Wichtigkeiten bzw. Prioritäten w(x_m) der Eingangsbits x_m der Bitratenanpassungseinrichtung 3 aus dem Kanal- bzw. Turbocodierer 2 abgeleitet werden können.

Eine explizite Deinterleaving-Operation kann vermieden werden, falls in dem in Figur 4 gezeigten Interleaver 4 zumindest in Bezug auf die Zuordnung der einzelnen Ausgangsbits der Bitratenanpassungseinrichtung 3, welche unterschiedliche Zuverlässigkeiten aufweisen, eine einfache Zuordnungsregel implementiert ist.

Die einfachste Realisierung dieses Prinzips ist es, wenn durch die Funktion des Interleavers 4 die Reihenfolge der Bits mit unterschiedlichen Zuverlässigkeiten, d.h. die Reihenfolge der unterschiedlichen Bitklassen, unverändert bleibt. Treten bei der Modulation durch den Modulator 5, beispielsweise bei einer 16QAM-Modulation, abwechselnd Bits mit niedriger und hoher Zuverlässigkeit auf, ist dies demzufolge auch vor dem Interleaver 4 der Fall, so dass die Bitratenanpassungseinrichtung 3 leicht aufgrund der Reihenfolge der Bitausgabe bzw. aufgrund des Bitindex n auf die jeweils inhärente Zuverlässigkeit v(y_n) schließen kann. Dies lässt sich bei dem derzeit für UMTS-Mobilfunksyteme verwendeten Blockinterleaver mit Spaltenvertauschung, bei dem die einzelnen Bits zeilenweise eingeschrieben und spaltenweise ausgelesen werden, relativ leicht realisieren, wenn die Anzahl der Spalten zu der Anzahl der unterschiedlichen Zuverlässigkeit in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Modulationsart teilerfremd ist. Ist zusätzlich auch die Anzahl der Zeilen des Blockinterleavers mit der Anzahl der unterschiedlichen Zuverlässigkeiten, d.h. der Anzahl der Bitklassen, teilerfremd, lässt sich bei geeigneter Spaltenvertauschung eine Zuordnung erreichen, bei welcher die Reihenfolge der Modulationsbits immer alternierend ist, während sie ansonsten innerhalb einer Spalte des Interleavers alternierend ist, d.h. es gibt nur wenige "Stoßstellen", wo diese festgelegte Reihenfolge durchbrochen ist. Diese wenigen "Stoßstellen" sind jedoch nicht störend, da bei geeigneter Wahl der Spaltenvertauschungsoperation die Anzahl der "Stoßstellen" gering gehalten werden kann.

Eine derartige Interleaver-Realisierung ist für das Beispiel einer 16QAM-Modulation in Figur 5A veranschaulicht, wobei in Figur 5A nicht der Interleaver 4 selbst, sondern der zugehörige Deinterleaver 11 dargestellt ist, d.h. die Eingangsdaten besitzen die Reihenfolge der Bitzuverlässigkeiten v(y_k) am Modulator 5, wobei von dem Deinterleaving 11 die gesuchte Reihenfolge v(y_n) der Zuverlässigkeiten für die Bitratenanpassungseinrichtung 3 ausgegeben wird. Bei dem in Figur 5A dargestellten Beispiel wird der Speicher des Deinterleavings zeilenweise gefüllt und spaltenweise ausgelesen, wobei die Zeilen in der Reihenfolge 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 beschrieben und die Spalten in der Reihenfolge 1, 4, 3, 2, 5 ausgelesen werden (was der zuvor erwähnten Spaltenvertauschung entspricht). Bei einer 16QAM-Modulation gibt es - wie bereits erwähnt worden ist - lediglich zwei Bitklassen mit unterschiedlicher Zuverlässigkeit, wobei die zuverlässigen Bitpositionen in Figur 5 mit H ("High Reliability") und die weniger zuverlässigen mit L ("Low Reliability") bezeichnet sind. Am Modulator 5 wird jeweils eine Sequenz von zwei H-Bits und zwei L-Bits zu einem Modulationssymbol zusammengefasst. Bei dem in Figur 5A gezeigten Beispiel ist die Anzahl der unterschiedlichen Bitklassen (zwei) und die Anzahl der Zeilen (sieben) und die Anzahl der Spalten (fünf) teilerfremd. Werden die Spalten - wie zuvor angegeben - in der Reihenfolge 1, 4, 3, 2, 5 ausgelesen, ergibt sich sowohl vor als auch nach dem Interleaver 4 die alternierende Sequenz von jeweils zwei H-Bits und zwei L-Bits. D.h. die Funktionalität des Interleavers 4 ist transparent und die Zuordnung der einzelnen Zuverlässigkeiten v(y_n) zu den einzelnen Ausgangsbits der Bitratenanpassungseinrichtung 3 sehr einfach möglich.

Ein ähnliches Beispiel ist in Figur 5B dargestellt, wobei in dem dort dargestellten Beispiel anstelle von sieben Zeilen acht Zeilen vorgesehen sind, so dass die zuvor beschriebene Teilerfremdheit nicht mehr vorhanden ist. Werden die einzelnen Spalten in der Reihenfolge 1, 5, 2, 3, 4 ausgelesen, kann die alternierende Sequenz von jeweils zwei H-Bits und zwei L-Bits nicht exakt eingehalten werden. Allgemein existiert keine Lesereihenfolge mehr, für welche diese vorgegebene alternierende Sequenz exakt erhalten bleibt. Innerhalb einer Spalte bleibt jedoch die alternierende Sequenz erhalten, wobei lediglich an den "Stoßstellen" zweier Spalten (z.B. zwischen den Spalten 5 und 2, zwischen den Spalten 2 und 3 und zwischen den Spalten 3 und 4) Unregelmäßigkeiten auftreten.

Eine andere einfache Zuordnung sieht vor, dass Bits y_n mit gleicher Zuverlässigkeit v(y_n) unmittelbar nacheinander kommen. Dies lässt sich erreichen, wenn die Anzahl der Spalten des Interleavers 4 durch die Anzahl der unterschiedlichen Bitklassen, in welchen die Bits mit unterschiedlichen Zuverlässigkeiten zusammengefasst sind, teilbar ist. Zusätzlich kann auch die Spaltenvertauschung des Interleavers 4 derart gewählt werden, dass eine derartige Zuordnung erreicht wird.

Ein entsprechendes Beispiel ist in Figur 5C dargestellt, wobei wiederum nicht der Interleaver 4, sondern der zugehörige Deinterleaver 11 dargestellt ist. Die Anzahl der Spalten (acht) ist durch die Anzahl der unterschiedlichen Bitklassen (zwei bei einer 16QAM-Modulation) teilbar. Durch eine geeignete Lesereihenfolge, beispielsweise durch Lesen der Spalten in der Reihenfolge 1, 5, 2, 6, 3, 7, 4, 8, kann eine Gruppierung der H- und L-Bits erreicht werden, so dass ebenfalls für die Bitratenanpassungseinrichtung 3 in Abhängigkeit von dem Index n des jeweils ausgegebenen und zur Übertragung vorgesehenen Bits sowie aufgrund der Kenntnis der Interleaverstruktur einfach auf die zugehörige Bitzuverlässigkeit v(y_n) geschlossen werden kann.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann somit - wie ausführlich zuvor beschrieben worden ist - sowohl die Wichtigkeit bzw. Priorität der einzelnen Bits x_m desjenigen Bitstroms, welcher einer Bitratenanpassung unterzogen werden soll, als auch die Zuverlässigkeit bzw. Qualität der Bits y_n, welche nach Durchführung der Bitratenanpassung zur Übertragung vorgesehen sind, bei der Bitratenanpassung berücksichtigt werden, um in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebs- bzw. Übertragungsbedingungen eine jeweils optimale Bitratenanpassung durchzuführen.

Dabei kann insbesondere bei Kommunikationssystemen mit ARQ-Verfahren, bei welchen ein fehlerhafter Empfang des Datenpakets von dem Empfänger zur erneuten Übertragung von dem Sender angefordert wird, die Wichtigkeit bzw. Priorität der einzelnen Bits x_m in Abhängigkeit davon gewählt werden, zum wievielten Mal das entsprechende Datenpaket übertragen wird. Dies ist insbesondere deshalb interessant, da bei einer Turbocodierung die systematischen Bits bei der ersten Übertragung wichtiger sind als die Paritätbits, während bei einer Wiederholung dieser Übertragung dieser Unterschied geringer ausfällt oder sogar die Paritätbits wichtiger sein können. Mit dieser Maßnahme kann auch erreicht werden, dass für jede Übertragung eines Datenblocks (teilweise) unterschiedliche Bits verwendet werden. Dabei können durch die vorliegende Erfindung sowohl sogenannte IR-Verfahren ("Incremental Redundancy"), bei welchen die wiederholt gesendeten Datenpakete mit dem ursprünglich gesendeten Datenpaket lediglich teilweise identisch sind, als auch sogenannte "Chase Combining"-Verfahren, bei welchen die Bits sämtlicher Wiederholungsdatenpakete mit dem ursprünglichen Datenpaket identisch sind, realisiert werden. Wird bevorzugt anstelle einer Punktierung eine Repetierung verwendet, können zwar mit Hilfe der zuvor vorgeschlagenen Maßnahme stets dieselben Bits gesendet, jedoch in den unterschiedlichen Übertragungen des jeweiligen Datenblocks (teilweise) unterschiedliche Bits repetiert werden. Ein zusätzlicher Speicherplatz wird somit nicht benötigt.