BRPI0315001B1

BRPI0315001B1 - recepção de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis

Info

Publication number: BRPI0315001B1
Application number: BRPI0315001A
Authority: BR
Inventors: Bruno Jahan; Pierrick Louin
Original assignee: Tdf
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2017-01-17
Also published as: JP4542901B2; CN1703862A; AU2003283485A1; JP2006501733A; FR2845227A1; US7609787B2; WO2004032397A1; US20060140302A1; DE60327445D1; EP1547289B1; BR0315001A; EP1547289A1; MXPA05003399A; ATE430419T1; FR2845227B1; CN100499439C

Abstract

"recepção de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis". a invenção refere-se a um método para receber um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo diferentes robustez de ruído, o dito sinal incluindo uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit, designado para um dos ditos níveis de codificação, o dito método compreendendo pelo menos uma repetição de decodificação incluindo etapas sucessivas para decodificar cada um dos ditos bits recebidos, pelo menos uma das ditas etapas de decodificação integrando o resultado de pelo menos uma etapa de decodificação anterior possível. a invenção é caracterizada pelo fato de que ela consiste em decodificar os ditos bits de acordo com uma seqüência predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o(s) bit(s) designado(s) para o nível de decodificação possuindo a maior robustez de ruído, denominado o nivel mais robusto, sendo decodificados primeiro.

Description

"RECEPÇÃO DE UM SINAL MODULADO DE ACORDO COM UMA TÉCNICA DE CODIFICAÇÃO COM MÚLTIPLOS NÍVEIS" O campo da invenção é este do processamento de sinal e de comunicações digitais.

De forma mais específica, a invenção relaciona-se com uma técnica para otimizar a decodificação de um sinal modulado de acordo com uma codificação com múltiplos níveis ou técnica MLC.

Até agora, existem várias técnicas de codificação de canal de modulação codificada conhecidas. De fato, seguindo a descoberta de Ungerboeck da modulação codificada em treliça também conhecida como MCT ("Codificação de Canal com Sinais com Múltiplos Níveis / de Fase"), descrita na IEEE Trans. (IT, Janeiro de 1982, 28, No 1, p. 55 até 67), a modulação codificada por bloco ou BCM e a modulação com múltiplas dimensões codificada em treliça foram propostas. A modulação do tipo BCM foi descrita especial-mente por Cusack em "Error control codes for QAM signa-lings", Electronics Letter, Janeiro de 1984, 20, p. 62 até 63 e em Sayegh em "A class of optimum block codes in signal space", IEEE Trans. COM, Outubro de 1986, 34, N2 10, p. 1043 até 1045. A modulação com múltiplas dimensões codificada em treliça foi descrita especialmente por Wei em "Trel-lis-coded Modulation with Multidimensional Constellati-ons", IEEE Trans. IT, Julho de 1987, 33, N2 4, p. 483 até 501 e por CalderBank e Sloane em "New trellis codes base on lattices and cosets", IEEE Trans. IT, Março de 1987, 33, N- 2, pp. 177 até 195. A modulação codificada em treliça moderadamente complexa (tipicamente com 4 ou 8 estados) pode fornecer um ganho de codificação de 3 a 4 dB. Entretanto, nas aplicações de feixes RF de alta capacidade, a implementação do decodificador de Viterbi, o qual é necessário para decodificar a modulação, ainda é muito onerosa.

Portanto, uma nova família de códigos BCM está sendo proposta para estas aplicações particulares. Tais códigos são mais simples de se implementar, porém seu ganho de codificação está geralmente limitado à 2dB.

Uma técnica de codificação atraente para aplicações de feixe RF de alta capacidade foi proposta por Imai e Hirawaka em "A new multilevel coding method using error-correction codes" IEEE Trans. IT, Maio de 1977, 23, N— 3, p. 371 até 377. Esta é uma técnica de codificação com múltiplos níveis cujo valor encontra-se na existência de um método de codificação passo a passo simples, vinculando uma solução conciliatória eficiente entre o desempenho e a complexidade da implementação.

Aqui abaixo, é dada uma breve descrição do princípio da codificação com múltiplos níveis bem como do método associado da decodificação passo a passo. Nós consideramos uma constelação 2m-ponto A0 capaz, portanto, de transmitir m bits por símbolo.

Se m designa o número de bits a serem codificados, a constelação A0 é particionada em m níveis, assim fornecendo 2m subconjuntos. 0 princípio desta partição é idêntico ao definido por Ungerboeck e serve para maximizar a distância euclidiana mínima nos subconjuntos da partição. Se di designa a distância euclidiana mínima nos subconjuntos obtidos no iesitno nível de partição, a seguinte desigualdade deve ser verificada: (1) d0 < di < d2 < ... < dm onde d0 é a distância mínima na constelação A0.

Assim, os m bits bi, b2, . . . , bm, onde bi é o bit designado para o iesimo nível da partição, selecionam um subconjunto dentre os 2m subconjuntos. A Figura 1 fornece um diagrama desta partição onde m =2. A0 é particionado em primeiro lugar em dois subconjuntos Bi, i e {0, l} e onde i = bi, com uma distância mínima d1# então em quatro subconjuntos Ci, i e {0, 1, 2, 3} e onde i = bl + 2b2, com uma distância mínima d2. Se A0 fosse uma constelação quadrada com uma distância euclidiana d0, então di = V2d0 e d2 = ^2di = 2d0.

Este processo de designar pontos da constelação A0 é almejado ao se classificar os m bits que representam o símbolo enviado em função de sua vulnerabilidade ao ruído. De fato, pode ser visto que o bit b2 é menos vulnerável do que o bit b1# uma vez que existe uma distância euclidiana mínima de d2 > d2 correspondendo ao mesmo. De acordo com a relação (1), pode ser apresentado que, se os bits bk, k = i -1 fossem de forma suficiente protegidos de modo que eles sejam de forma precisa recebidos, o bit bi, i = m está melhor protegido do ruído do que os outros bits bj, j < i. Portanto, foi considerado codificar estes bits separadamente com códigos diferentes.

Este é o princípio da codificação com múltiplos níveis que, após particionar a constelação A0 em m níveis, consiste em utilizar m codificadores Ei, i = 1, . . . , m, para proteger estes m bits com vários níveis de proteção .

Em outras palavras, o princípio da codificação com múltiplos níveis conta com a otimização associada da codificação e da modulação, permitindo ao desempenho aperfeiçoado de transmissão ser alcançado. Assim, no contexto de uma QAM ("Modulação pela Amplitude da Quadratu-ra") , é dada maior proteção aos bits que, pertencendo à sua posição no mapeamento QAM, são mais prováveis de serem afetados pelo erro. A proteção dada aos diferentes bits depende da codificação utilizada. 0 padrão deste conceito de codificação é ilustrado na figura 2. O fluxo de dados a ser transmitido, em uma taxa de bits D, é dividido pelo bloco de conversão de série paralela 21 em m fluxos com uma taxa de bits Di, i = 1, . . . , m. As m primeiras cadeias de caracteres são codificadas por m códigos binários Ei (ni, ki, di) , i = 1, ..., m, referenciados por 22, com uma taxa de codificação Ri = ki / ni e uma distância de Hamming mínima di. Na entrada para o modulador 23, as m cadeias de caracteres binárias devem ser síncronas, com uma taxa de bits D' /m. Portanto, é possível definir uma taxa de codificação equivalente R dada por: (2) R = D / D' Se for assumido que todos os valores ni são iguais, fornecendo ni = n, i = 1, . . . , m, e que os m códigos Ei são códigos de bloco, esta codificação pode ser descrita por uma estrutura de matriz idêntica à utilizada para os BMCs descritos especialmente por Sayegh no artigo mencionado aqui acima. Uma palavra de código contém n símbolos e pode ser representada por uma matriz de m linhas e n colunas onde a jesiraa coluna representa a designação binária do jesima símbolo do bloco e a iesima linha representa o iesima nível de partição. A linha i, i = 1, . . . , m é uma palavra de código Ei (ni, ki, di) . A distância euclidiana mínima d obtida com esta codificação é dada por: (3) d2 = mini = l, . . . , m+1 (didi-i2) , com dm + χ = 1 .

Sabendo que os valores di verificam a relação acima (1), a codificação com múltiplos níveis é otimizada se : (4) di > d2 > ... > dm.

Portanto, foi determinado que o bit bx tinha que ser o bit mais protegido, então b2, etc. Esta descrição da matriz pode ser generalizada para o caso onde os códigos seriam quaisquer códigos. Se os n^ valores não forem idênticos, é suficiente considerar uma matriz com m linhas e 1 colunas onde 1 é o múltiplos menos comum dos valores ni, i = 1, . . ., m. No caso particular onde um dos códigos é um código convolutivo, a matriz a ser considerada é semi - infinita. 0 método de decodificação classicamente utilizado em associação com uma codificação com múltiplos níveis deste tipo é uma decodif icação passo a passo sub-ótima, a qual possui a vantagem de ser muito simples de se implementar.

De acordo com esta técnica, o método de decodi-ficação é feito passo a passo, onde cada bit é decodificado independentemente por um decodificiador simples trabalhando em decisões difíceis, porém onde a saída do de-codificador (i) pode fazer uma correção nos bits na entrada do decodificador (i + 1). A Figura 2 fornece um diagrama de blocos deste tipo de decodificador, onde m = 2. Dado (r1; r2, . . . , rn), o bloco 31 dos n símbolos recebidos na entrada do decodificador, a operação de decodificação é executada nas seguintes etapas sucessivas: - Em primeiro lugar, os n bits b1!, i = 1,... , n designados para o primeiro nível de particionamento (A0) são decodificados: uma decisão difícil 32 em A0 é efetuada a cada ri( i = 1,..., n. Assim, uma primeira estimativa de b1!, i = 1, .. . , n, é obtida escrevendo b χ1, i =1, ..., n. Uma decodificação de decisão difícil 33 trabalhando em bi1, i = 1, . . . , n, fornece uma estimativa final escrevendo όχ1, . . . , n. - então os n bits b12, i = 1, . . ., n, designados para o segundo nível de partição (B0 ou Βχ) são decodificados: em função dos bits δχ1, i = 1, . . . , n, os quais são codificados pelo mesmo codificador utilizado na transmissão, uma segunda operação de decisão 34 é efetua- da nos símbolos rlr i = 1, . . . , n nos subconjuntos Bpi com Pi = b i1 para i = 1, . . . , n. Os bits b 21, i = 1, ... , n obtidos são decodificados pelo decodificador "2" referenciado por 35 para fornecer uma decisão final b 2X, i = 1, . . . , n. - Finalmente, os bits restantes não codificados Λ Λ são decodificados: a partir dos bits b 11, b 2X, i = 1, ..., n, recodifiçados pelo seu codificador associado, uma terceira detecção 36 é feita de ri, i = 1, . . . , n, nos subconjuntos do segundo nível de partição Ci, i = 1, ..., n.

Assim, uma estimativa dos m-2 bits restantes não codificados é obtida para cada um dos símbolos ri, i = 1, ..., n.

De acordo com a técnica de decodificação associada com a codificação com múltiplos níveis MLC, a primeira decodificação é portanto feita sistematicamente no subconjunto A0 da constelação. O resultado desta decodi-ficação é então explorado para a decodificação do próximo subconjunto B0. Uma técnica de decodificação deste tipo é descrita especialmente no artigo por L. Papke e K. Fazei, "Different Iterative Decoding Algorithms for Combined Concatenated Coding and Muitiresolution Modulation" na difusão terrestre dos sinais de televisão, codificados de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis. De forma mais específica, este documento por Papke descreve uma solução baseada na codificação e decodifica-ção com múltiplos níveis para obter três fluxos relacionados com três serviços diferentes, o fluxo SDTV sendo mais robusto do que o fluxo EDTV, o qual é por si próprio mais robusto do que o fluxo HDTV. Esta técnica de Papke é almejada na proteção dos fluxos mais importantes, na acentuação da robustez do nível com o qual eles estão associados. Na prática, de acordo com a técnica de decodi-ficação de Papke, é feita uma estimativa em primeiro lugar dos Uil bits designados para a constelação 2m-ponto, então os ui2 bits designados para os subconjuntos da constelação correspondendo à Uj.1, etc.

Agora, para um MLC ser ótimo, o ganho de deco-dificação que deve ser obtido entre os diferentes níveis de codificação é 6 dB, o que é muito difícil de se obter.

Uma desvantagem desta técnica anterior é que o método de decodificação convencionalmente implementado no contexto da codificação MLC demonstra apresenta medíocre.

Em particular, tal técnica de decodificação passo a passo sub-ótimo é mal adaptada para canais apresentando ruído gaussiano aditivo e canais multidirecio-nais afetados por Doppler. É um objetivo da invenção especialmente superar estas desvantagens da técnica anterior. De forma mais específica, é um objetivo da invenção proporcionar uma técnica para a decodificação de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação MLC, possuindo desempenho aperfeiçoado comparado com as técnicas anteriores. É outro objetivo da invenção implementar tal técnica, que permita uma redução na taxa de erro binário (ou BER) quando comparado com a técnica de decodificação sub-ótima da técnica anterior.

Também é um objetivo da invenção proporcionar uma técnica deste tipo que seja simples e custe menos para se implementar e seja bem adequada para canais propensos a distúrbios e essencialmente para canais apresentando ruído gaussiano aditivo e canais multidirecionais afetados por Doppler.

Estes objetivos, bem como outros que devem aparecer aqui abaixo, são alcançados por meio de um método para a recepção de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruído distinta. Tal sinal possui uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit, designado para um dos ditos níveis de codificação e tal método de recepção compreende pelo menos uma iteração da decodificação compreendendo etapas sucessivas para a decodif icação de cada um dos bits recebidos e pelo menos uma das ditas etapas de decodificação levando em consideração o resultado da dita pelo menos uma etapa de decodif icação precedente possível.

De acordo com a invenção, os ditos bits são decodificados em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou os bits designados para o nível de codificação que possui a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificado primeiro.

Assim, a invenção é baseada em uma maneira de se abordar completamente nova e inventiva para a decodi ficação de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis. De fato, ao contrário do método de decodificação sub-ótimo utilizado na técnica anterior, a invenção propõe executar uma decodificação dos diferentes níveis de partição que leva em consideração a vulnerabilidade destes níveis ao ruído. Assim, o nível mais robusto é decodificado primeiro, de modo a estar apto para então propagar o resultado da decodificação a partir deste nível para os níveis menos robustos. Assim, o desempenho de decodificação obtido é altamente aperfeiçoado quando comparado com as técnicas de decodifi-cação sub-ótimas da técnica anterior.

De forma vantajosa, a dita ordem predeterminada corresponde à ordem decrescente de robustez dos níveis de codificação para a qual os bits recebidos são designados.

De preferência, cada uma das ditas etapas de decodificação sucessiva leva em consideração o resultado da dita etapa ou etapas de decodificação precedentes de modo a aperfeiçoar o resultado das ditas etapas para a decodificação dos ditos bits designados para os níveis menos robustos.

Assim, o resultado da decodificação dos bits de um dado nível de robustez é sistematicamente explorado durante a decodificação dos bits do nível de robustez diretamente inferior, assim muito aperfeiçoando a confiança que pode ser dada para esta segunda decodificação.

De acordo com uma modalidade vantajosa da in- venção, os ditos bits designados para o dito nível mais robusto são os bits mais significativos do dito símbolo correspondente.

Esta modalidade alternativa corresponde especialmente ao modo de implementação particular escolhido pelo consórcio de padronização DRM (Digital Radio Mondiale como apresentado no documento ETSI ES 201 980 VI. 2.1 (2002-07)).

De preferência, dentro de uma das ditas iterações de decodificação, cada uma das ditas etapas sucessivas para a decodificação do ditos bits recebidos é precedida por uma etapa de demodulação correspondente.

Portanto, os bits recebidos são primeiro demo-dulados e então decodificados.

De forma vantajosa, um método de recepção deste tipo compreende pelo menos duas iterações de decodifica-ção sucessivas, uma etapa para decodificar os bits de um dado nível levando em consideração, durante a nesiraa iteração onde N :> 2, o resultado de pelo menos certas dentre as ditas etapas de decodificação dos ditos bits recebidos designados para os níveis de codificação menos robustos do que o dito dado nível e implementados durante pelo menos uma das ditas iterações precedentes.

Assim, em um caso particular compreendendo três níveis de codificação, a decodif icação dos bits do nível mais robusto leva em consideração especialmente, durante a segunda iteração, o resultado da decodificação dos bits dos pelo menos dois níveis menos robustos obtidos durante a primeira iteração.

De preferência, um método de recepção deste tipo possui duas iterações de decodificação sucessivas.

De fato, os inventores notaram que o aumento no desempenho resultado da implementação de uma terceira iteração era baixo, ou, no máximo, insignificante em relação ao aumento correspondente na complexidade.

De forma vantajosa, no fim de pelo menos certas das ditas iterações, um método de recepção deste tipo implementa uma etapa para a estimativa de um símbolo enviado e uma etapa para o cálculo de um pedaço de informação extrínseca levando em consideração o dito símbolo estimado enviado, o dita pedaço de informação extrínseca permitindo um aperfeiçoamento no resultado das ditas etapas para a decodi f icação da dita iteração ou iterações seguintes .

Assim, após a primeira iteração de decodifica-ção, um pedaço de informação extrínseca será calculado e será utilizado durante a segunda iteração de decodifica-ção, de modo a aumentar seu desempenho.

De forma vantajosa, o dita pedaço de informação extrínseca possui a forma: a(Sr-Se), onde cc e [0, 1], Sr é o dito símbolo recebido e Se é dito símbolo estimado enviado.

No caso particular onde duas iterações sucessivas são implementadas, a informação extrínseca é portanto proporcional à diferença entre o símbolo recebido e o símbolo estimado a partir dos bits decodificados dos di- ferentes níveis durante a primeira iteração. Esta diferença é ponderada por um coeficiente de característica da confiança dada à decodificação.

Em uma primeira modalidade vantajosa da invenção, a ê substancialmente igual a 0,25.

Tal valor de α torna possível obter desempenho satisfatório durante a segunda iteração de decodificação para a maioria dos canais de transmissão considerados.

Em uma segunda modalidade vantajosa, um método de recepção deste tipo compreende uma etapa para otimizar o valor de α em função da relação sinal-ruído.

Por meio do coeficiente a, é de fato possível escolher colocar um grau maior ou menor de confiança, no pedaço de informação extrínseca, no símbolo estimado enviado, de modo a levar em consideração o mesmo até um grau maior ou menor durante as iterações de codificações seguintes. A otimização do valor de α em função da relação sinal-ruído leva a valores de ot próximos a 1 quando a relação sinal-ruído é muito alta e para valores próximos a 0 quando o contrário é o caso.

De acordo com uma característica vantajosa da invenção, tal método de recepção adicionalmente compreende uma etapa para determinar uma relação sinal-ruído a partir de pelo menos um pedaço de informação de referência enviado, denominado informação piloto, cujo valor é conhecido antecipadamente na recepção.

Na verdade, pode ser recordado que uma técnica clássica para estimar o canal de transmissão no OFDM, por exemplo, consiste da inserção de portadoras de referência, em posições conhecidas para o receptor, no fluxo das portadoras de carga útil. Na recepção, os valores obtidos por estes portadoras de referência, denominados portadoras piloto, são lidos e o ganho complexo do canal nestas posições de referência é facilmente deduzido a partir dos mesmos. 0 ganho complexo do canal é então derivado em todos os pontos da rede de frequência-tempo transmitida, a partir do valor calculado do ganho complexo nas posições de referência.

Portanto, um mecanismo baseado em piloto deste tipo pode ser utilizado, na estrutura da invenção, para determinar a relação sinal-ruído e portanto otimizar a. Ele é utilizado especialmente no padrão DVB-T ("Digital Video Broadcasting (DVB); Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Terrestrial Television (DVB-T) standart, ETS 300 744, Março de 1997).

De acordo com uma modalidade vantajosa da invenção, tal método de recepção adicionalmente compreende, para pelo menos alguns dentro os ditos níveis de codificação, uma etapa adicional de retirada de intercalação implementada entre as ditas etapas para a modulação e de-codificação dos ditos bits recebidos.

Uma modalidade deste tipo pode ser utilizada especialmente para aperfeiçoar o desempenho do método de recepção relativo aos canais de transmissão afetados por Doppler. A invenção também relaciona-se com um método para a decodificação de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruído distinta, o dito sinal compreendendo uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit, designado para um dos ditos níveis de codificação, o dito método compreendendo pelo menos uma iteração de decodificação compreendendo etapas sucessivas de decodificação de cada um dos ditos bits recebidos, pelo menos uma das ditas etapas de decodificação levando em consideração o resultado da dita pelo menos uma etapa precedente da decodificação, caso haja.

De acordo com a invenção, os ditos bits são decodificados em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou os bits designados para o nível de codificação que possui a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificado primeiro. A invenção também se relaciona com um dispositivo para a recepção de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruído distinta, o dito sinal compreendendo uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit, designado para um dos ditos níveis de codificação, o dito dispositivo compreendendo o dispositivo de decodificação implementando uma decodifi-cação sucessiva de cada um dos ditos bits recebidos, a decodificação de pelo menos um dos ditos bits recebidos levando em consideração o resultado da dita pelo menos uma operação de decodificação precedente, caso haja.

De acordo com a invenção, o dito dispositivo de decodificação decodifica os ditos bits em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou os bits designados para o nível de codificação que possui a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificados primeiro. A invenção também se relaciona com um sistema para a codificação / decodificação de um sinal compreendendo uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit, designado para um dos ditos níveis de codificação.

Tal sistema compreende pelo menos um dispositivo de codificação permitindo a modulação do dito sinal de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruído distinta e pelo menos um dispositivo de decodificação compreendendo o dispositivo de decodificação implementando uma decodi-ficação sucessiva de cada um dos ditos bits recebidos, a decodificação de pelo menos um dos bits recebidos levando em consideração o resultado de pelo menos uma decodifica-ção anterior, caso haja, o dito dispositivo de decodifi-cação decodificando os ditos bits em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou bits designados para o nível de codifica- ção que apresenta a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificado primeiro. A invenção finalmente se relaciona com as aplicações do método de recepção descrito aqui acima para pelo menos um dos seguintes campos: - transmissão de rádio digital, especialmente do tipo DRM ("Digital Radio Mondiale"): - códigos do corretor de erro; - processamento de sinal digital; - comunicação digital; - a gravação / reprodução de um sinal digital.

Outras características e vantagens da invenção deverão aparecer mais claramente a partir da descrição seguinte de uma modalidade preferida, dada à título de um exemplo ilustrativo não exaustivo e a partir dos desenhos anexos, nos quais: - A Figura 1, já descrita com referência à técnica anterior, apresenta um exemplo de uma partição de uma constelação A0 em m níveis, fornecendo 2m subconjuntos quando m = 2; - A Figura 2, já descrita com referência à técnica anterior, é um diagrama de blocos de um codificador com múltiplos níveis; - A Figura 3 já descrita com referência à técnica anterior, é um diagrama de blocos do decodificador passo a passo implementado na técnica anterior, em associação com o codificador com múltiplos níveis da figura 2, no caso de uma codificação com três níveis; - A Figura 4 apresenta uma comparação da robustez de diferentes níveis de codificação MLC em função de um ruído branco gaussiano aditivo; - A Figura 5 é um exemplo de um receptor de acordo com a invenção, realizando a decodificação otimizada de um símbolo QAM64 com duas iterações e com o uso da informação extrínseca; - A Figura 6 ilustra o desempenho de decodifi-cação comparativo das técnicas MLC de acordo com o método de decodificação sub-ótimo da técnica anterior e com o método de decodificação da invenção. 0 princípio geral da invenção conta com levar em consideração a robustez do ruído dos diferentes níveis de codificação de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação MLC com múltiplos níveis, para determinar a ordem de decodificação dos bits recebidos.

Referindo-se à figura 4, apresenta-se o conceito de robustez de um nível de codificação, no contexto de uma codificação com múltiplos níveis ou técnica MLC. A robustez de um nível de codificação pode ser ilustrada pela curva da taxa de erro binário deste nível e pela função da relação sinal-ruído (S/N) : por todo o documento, um nível de codificação deve ser considerado como sendo dentre todos o mais robusto a medida que a taxa de erro binário associada com o mesmo seja baixa.

Por decodificar cada nível de codificação de forma independente, isto é, sem fazer qualquer iteração de retorno de um nível para outro (em outras palavras, o resultado da decodificação de um nível não é utilizado na decodificação do próximo nível), é possível determinar o nível da robustez de ruído de cada nível. Mais particularmente, a Figura 4 ilustra a robustez de cada nível de codificação MLC relativo a um ruído branco gaussiano aditivo .

Assim, a padronização DRM (Digital Radio Mondiale) como apresentada no documento ETSI ES 201 980 VI.2.1 (07-2002) escolheu a codificação com múltiplos níveis MLC para a difusão de um sinal digital nas bandas AM (Amplitude Modulada) cujas freqüência estão abaixo de 30 MHz. Um dos modos escolhidos pelo DRM compreende uma 64QAM (Modulação pela Amplitude da Quadratura) com uma eficiência de codificação geral de R=0,6 com RMSb=0,8RiSb=0,67 e Rlsb=0,33, onde MSB representa o conjunto dos bits mais significativos, LSB representa o conjunto dos bits menos significativos e ISB representa o conjunto dos bits significativos intermediários.

Assim, um ponto do 64QAM corresponde a um conjunto de bits, a saber, um bit designado para o nível MSB, um bit para o nível ISB e um bit para o nível LSB.

Na decodificação dos três níveis de modulação QAM, a saber, MSB, ISB e LSB, é observado que o nível mais robusto é o que corresponde aos MSBs (curva referenciada por 41), então com os LSBs (curva referenciada por 42) e finalmente com os bits de nível intermediário ou ISBs (curva referenciada por 42), como ilustrado na Figura 4 . De fato, a curva BER 41 associada com o nível MSB é a que cai mais rapidamente como uma função da relação sinal -ruído (S/N) e a curva BER 43 associada com o nível ISB é a que diminui mais lentamente como uma função da relação sinal-ruído (S/N).

Entretanto, é possível novamente analisar o desempenho dos níveis ISB e LSB por circular para trás a partir do nível mais robusto (MSB) , isto é, ao se levar em consideração o resultado da decodificação do nível MSB na decodificação dos níveis ISB e LSB.

Pode ser visto que o nível ISB se torna o segundo nível mais robusto, antes do nível LSB; assim, a ordem decrescente de robustez dos níveis de codificação é MSB-ISB-LSB.

De acordo com a técnica proposta pela invenção, a ordem ótima da decodificação dos MLCs é portanto a ordem decrescente MSB-ISB-LSB.

Referindo-se agora à figura 5, apresenta-se uma modalidade ilustrativa de um receptor de acordo com a invenção . O funcionamento de tal receptor é baseado em quatro princípios principais: - o primeiro princípio é baseado na modulação e então na decodificação, em primeiro lugar do nível mais robusto, o resultado de tal decodificação permitindo um aperfeiçoamento na demodulação e por conseqüência na decodif icação, dos níveis menos robustos. Esta operação é repetida até o nível de codificação menos robusto; - o segundo princípio implementado por um re- ceptor de acordo com a invenção é este de um processo repetitivo. De fato, após a demodulação e decodificação de todos os níveis, a operação pode ser repetida de modo a aperfeiçoar a demodulação do nível mais robusto por meio do resultado da decodificação dos níveis inferiores; - o terceiro princípio da operação conta com a implementação de um teste da relevância da correção do sinal modulado em função da amplitude do sinal corretivo relativo ao sinal a ser demodulado; - finalmente, tal receptor utiliza uma pedaço de informação extrínseca, entre cada iteração, de modo a aperfeiçoar a demodulação e por conseqüência a decodifi-cação do sinal recebido.

Estes quatro princípios são apresentados em maiores detalhes com referência à figura 5, a qual apresenta uma modalidade particular, no contexto de uma modulação QAM64 (Modulação pela Amplitude da Quadratura). Sem dúvidas, será fácil para os com conhecimento na técnica estender esta descrição para qualquer tipo de modulação com múltiplos níveis.

Na modalidade particular da figura 5, o nível mais robusto corresponde ao nível de codificação dos bits mais significativos (MSB) e o nível menos robusto corresponde aos bits menos significativos (LSB). Como explicado aqui dentro acima com referência à figura 4, a robustez de ruído de um nível de codificação é inversamente proporcional à taxa de erro deste nível. Adicionalmente, a taxa de erro é em função da eficiência da codificação, da energia associada com cada bit (também chamado de nível do bit) e da relação sinal-ruído (de fato, os erros observados no sinal dependem sem dúvida do ruído que o afeta) .

Portanto, será facilmente entendido que o nível mais robusto não é necessariamente o nível dos bits mais significativos. Entretanto, à título de um exemplo, a seguinte descrição deve focalizar-se especialmente na apresentação de uma modalidade da invenção neste caso particular . 0 receptor da figura 5 possui dois estágios referenciados por 51 e 52, correspondendo à duas iterações de decodificação sucessivas. De fato, os inventores observaram que o aperfeiçoamento no desempenho da decodifi-cação resultando a partir da implementação da terceira iteração de decodificação é baixo e assim, na modalidade preferida da invenção, somente duas iterações do processo de decodificação são implementadas. Assim, um compromisso eficiente é obtido entre o desempenho e a complexidade.

Descreve-se em primeiro lugar o primeiro estágio de decodificação referenciado por 51. Este estágio é fornecido com o símbolo QAM64 recebido, também chamado Sr, o qual é distribuído para os três demoduladores referenciados por 511 até 513, respectivamente proporcionando as demodulações MSB, ISB e LSB. 0 símbolo recebido Sr é formado por três bits, XRmsb, Xrisb, Xrlsb respectivamente designados para os níveis MSB, ISB e LSB, os quais podem ser expressados na forma: Sr = XRmsb, Xrisb/ Xrlsb· A primeira etapa implementada na recepção do símbolo Sr consiste em demodular os bits designados para o nível mais robusto contra ruído, isto é, neste caso os bits mais significativos (MSB) . Assim, na saída no demo-dulador 511, os bits demodulados b 31, i = 1, ..., n, os quais suprem o decodificador referenciado por 514 são obtidos. Após a decodif icação pelo decodif icador 514, os bits decodificados b 31, i = 1, ..., n são obtidos. A segunda etapa consiste em codificar os bits decodificados b 31, i = 1, ..., n com o codificador utilizado na transmissão, denominado o "codificador 3", referenciado por 517. Os bits assim codificados são alimentados para o demodulador ISB referenciado por 512, o qual leva em consideração os mesmos para demodular os bits significativos intermediários (ISB) b 2X, i = 1, ..., n. Os bits significativos intermediários demodulados são fornecidos na entrada do decodificador referenciado por 515 que, após a decodificação, distribui os bits significativos intermediários decodificados b 2X, i = 1, ..., n. Será notado que o nível de codificação ISB aqui é o nível de robustez contra ruído intermediário e que ele é portanto demodula-do e decodificado diretamente após o nível MSB.

Os bits significativos intermediários decodificados i = 1, ..., n são adicionalmente fornecidos na entrada do codificador referenciado por 518, o qual é idêntico ao codificador utilizado na transmissão para o nível ISB.

Por utilizar os bits gravados dos níveis superiores de robustez (MSB e ISB) , é então possível demodu- lar os bits do nível menos robusto que, na modalidade preferida descrita com referência à figura 5, corresponde ao nível dos bits menos significativos (LSB).

Para fazer isto, o dispositivo de demodulação LSB referenciado por 513 é suprido com bits codificados novamente provenientes dos codificadores referenciados por 517 e 518 dos níveis MSB e ISB mais robustos e distribui os bits menos significativos demodulados i = 1, ..., n. Após a decodificação pelo decodificador referenciado por 516, os bits menos significativos decodificados i = 1, ..., n são obtidos.

Os bits menos significativos decodificados podem adicionalmente alimentar o codificador referenciado por 519, o qual é idêntico ao codificador utilizado na transmissão para o nível LSB.

Após a decodif icação dos três níveis do nível QAM, é possível determinar (520) uma estimativa do símbolo enviado, a partir dos bits codificados novamente distribuídos pelos três codificadores referenciados por 517 até 519.

Assim, na modalidade particular descrita em relação à figura 5, o símbolo Se enviado possui a forma Se = 4bMSB + 2bISB + bLSB/ onde bMSB, biSB e bLsB respectivamente correspondem aos bits dos níveis MSB, ISB e LSB. A partir do símbolo estimado enviado, a distância euclidiana entre o símbolo Se enviado e o símbolo Sr recebido é calculada ao se ponderar esta distância por um coeficiente a.

Assim, um pedaço informação extrínseca a(Sr-Se) 521 é determinado. Este pedaço informação de extrínseca pode ser utilizado no segundo estado 52 do receptor para aperfeiçoar a decodificação das iterações seguintes. O segundo estágio de decodificação 52 funciona de forma similar ao primeiro estágio referenciado por 51. Ele possui especialmente três dispositivos de demodulação referenciados por 521 até 523 e três decodificadores referenciados por 524 até 526, respectivamente associados com os três níveis de codificação MSB, ISB e LSB. A primeira etapa implementada dentro deste estágio 52 é a demodulação do nível MSB mais robusto pelo bloco referenciado por 521. Tal bloco 521 é fornecido, primeiramente, pelos bits gravados dos níveis menos robustos, ISB e LSB, provenientes a partir dos codificadores referenciados por 518 e 519 do primeiro estágio de decodificação 51 e, em segundo lugar, pelo sinal recebido Sr, a partir do qual o pedaço informação de extrínseca a(Sr-Se), a saber Sr(l-a)+aSe foi extraído. O coeficiente α é de preferência escolhido como sendo próximo à 0,25. Em uma modalidade alternativa, o valor do coeficiente α é otimizado em função da relação sinal-ruído. Desta maneira, dependendo da razão do sinal para ruído, pode ser escolhido colocar confiança maior ou menor na estimativa 520 do símbolo enviado, para levar em consideração o mesmo em graus variáveis durante a segunda iteração de decodificação e especialmente durante a decodif icação do nível MSB mais robusto.

Assim, se a relação sinal-ruído for muito boa α será escolhido como sendo próximo a 1. Senão, oc será escolhido como sendo próximo a 0.

Tal otimização de α pode ser precedida especialmente por uma etapa para determinar a relação sinal-ruído, por meio de valores pilotos, inseridos dentro do sinal enviado. De acordo com uma técnica anterior, os pilotos constituem informação de referência cujo valor é conhecido antecipadamente para o receptor. Por comparar este valor predeterminado dos pilotos com o valor dos pilotos recebidos, o receptor pode estimar a função de transferência do canal de transmissão e por conseqüência a relação sinal-ruído afetando o sinal enviado, por divisão. Esta técnica adicionalmente torna possível estimar a qualidade da robustez dos diferentes níveis de codificação Após a demodulação pelo bloco referenciado por 521, os novos bits demodulados b3x, i = 1, ..., n, são obtidos. Estes novos bits demodulados são aperfeiçoados em _ relação aos bits correspondentes provenientes do bloco de demodulação referenciado por 511, devido ao fato de que a informação extrínseca e o resultado da decodificação dos níveis LSB e ISB menos robustos do primeiro estágio de decodificação 51 são conjuntamente levados em consideração .

Estes bit demodulados b3xt i = 1,..., n, são alimentados para o decodif icador referenciado 524, o qual distribui os bits decodificados aperfeiçoados b3x, i = 1, n. Como acima, estes bits são codificados novamente pelo codificador, idêntico ao utilizado na transmissão, referenciado por 527 e então alimentados para o dispositivo de demodulação do nível ISB referenciado por 522. Este dispositivo de demodulação 522 é adicionalmente alimentado na entrada pela diferença entre o símbolo recebido e a informação extrínseca, na forma Sr(l-a)+aSe e pelos bits codificados novamente do nível LSB menos robusto, provenientes do codificador referenciado por 519. 0 demodulador ISB 522 distribui os bits significativos intermediários demodulados b 21, i = 1,..., n, os quais alimentam o decodificador referenciado 525 distribuído bits decodificados aperfeiçoados b 21, i = 1,-., n.

Novamente, estes bits b 21, i = 1,..., n são codificados novamente por meio do codificador, idêntico ao utilizado na transmissão, referenciado por 528 e são então fornecidos na entrada do nível LSB menos robusto referenciado por 523. Este bloco de demodulação referenciado por 523 é adicionalmente alimentado com a diferença entre o símbolo recebido e a informação extrínseca, na forma Sr(l-a)+aSe. Portanto ele distribui os bits demodulados b , i = 1, ..., n aperfeiçoados com respeito aos bits correspondentes provenientes do primeiro estágio de decodificação referenciado por 513, os quais alimentam o decodificiador referenciado por 526, este decodificador distribuindo os bits decodificados aperfeiçoados bχ1, i = 1 , ... , n . A implementação destas duas iterações de deco- dificação sucessivas, conjugadas cora o uso de um pedaço de informação extrínseca, fornece desempenho aperfeiçoado quando comparada com as técnicas anteriores e especialmente quando comparada com o método de decodificação passo a passo sub-ótimo condicionalmente implementado para a decodificação dos sinais modulados de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis.

Este desempenho é ilustrado pelas curvas da figura 6, respectivamente apresentando a taxa de erro binário obtida, em função da relação sinal-ruído S/N, primeiramente para o método de decodif icação da invenção e em segundo lugar, para o método de decodificação sub-ótimo da técnica anterior.

Assim, pode ser visto que a curva referenciada por 61 para a taxa de erro binário obtida pela invenção diminui bem mais rapidamente, em função da taxa S/N, do que a curva de taxa de erro binário (BER) referenciada por 62 obtida pelo método de decodificação passo a passo da técnica anterior.

No contexto do consórcio DRM apresentado aqui acima, foi estabelecido que a taxa de erro binário BER de 10'4 constituiu o limite operacional do sistema. Será observado, referindo-se à figura 6, que um ganho de cerca de 2 dB é obtido, para este limite de IO'4, entre a técnica de codificação da técnica anterior e o método de decodif icação da invenção. O desempenho do sistema da invenção poderia ser adicionalmente aperfeiçoado em relação ao canal de trans- missão afetado por Doppler, especialmente por adicionar um intercalador, em cada nível de codificação, na transmissão, o receptor da figura 5 então incluiría um dispositivo de retirada de intercalação, o qual seria implementado, para cada nível, após a demodulação e antes da decodificação.

Será observado que qualquer tipo de código pode ser utilizado na invenção e especialmente turbo-códigos. Em particular, é possível considerar a implementação de um turbo-código para cada um dos níveis de codificação.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método de recepção de um sinal modulado de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruido distinta, o dito sinal compreendendo uma pluralidade de símbolos (Sr), cada um compreendendo pelo menos um bit, designado para um dos ditos níveis de codificação, o dito método compreendendo pelo menos uma iteração de decodificação compreendendo etapas sucessivas de decodificar (514, 515, 516, 524, 525, 526) de cada um dos ditos bits recebidos, pelo menos uma das ditas etapas de decodificação levando em consideração o resultado da dita pelo menos uma etapa precedente de decodificação, caso haja, CARACTERIZADO pelo fato de que os ditos bits (&31, b 21, b í1) são decodificados em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou os bits designados para o nível de codificação que possui a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificados primeiro, e pelo fato de que o dito método compreende pelo menos duas iterações sucessivas de decodificação (51, 52).

2. Método de recepção, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita ordem predeterminada corresponde à ordem decrescente da robustez dos níveis de codificação (MSB, ISB, LSB) para os quais os ditos bits recebidos são designados.

3. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, CARACTERIZADO pelo fato de cada uma das ditas etapas de decodificação sucessivas leva em consideração o resultado da dita etapa ou etapas de decodificação precedentes de modo a aperfeiçoar o resultado das ditas etapas para a decodificação dos ditos bits designados para os níveis menos robustos.

4. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que os ditos bits designados para o dito nivel mais robusto são os bits mais significativos do dito símbolo correspondente.

5. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que dentro de uma das ditas iterações de decodificação (51, 52), cada uma das ditas etapas sucessivas para a de-codificação dos ditos bits recebidos é precedida por uma etapa de demodulação correspondente (511, 512, 513, 521, 522, 523).

6. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma etapa para decodificar os bits de um dado nível leva em consideração, durante a enésima iteração de deco-dificação, onde n > 2, o resultado de pelo menos algumas dentre as ditas etapas de decodificação dos ditos bits recebidos designados para os níveis de decodificação menos robustos do que o dito dado nivel e implementado durante pelo menos uma das ditas iterações precedentes.

7. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende duas iterações de decodificação sucessivas (51, 52) .

8. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 e 7, CARACTERIZADO pelo fato de que, no final de pelo menos algumas dentre as ditas iterações, implementa uma etapa (520) para a estimativa de um símbolo enviado (Se) e uma etapa para o cálculo de um pedaço de informação extrínseca levando em consideração o dito símbolo enviado estimado.

9. Método de recepção, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pedaço de informação extrínseca possui a forma a(Sr-Se), onde α € [0,1], Sr é o dito símbolo recebido e Se é o dito símbolo enviado estimado.

10. Método de recepção, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que α é substancialmente igual a 0,25.

11. Método de recepção, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma etapa de otimização do valor de α em função da relação sinal-ruído.

12. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de determinar uma relação sinal-ruído a partir de pelo menos um pedaço de informação de referência enviada, chamada de informação piloto, cujo valor é conhecido antecipadamente na recep- ção .

13. Método de recepção, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende, para pelo menos alquns dentre os ditos níveis de codificação, a etapa de retirar intercalação adicional implementada entre as ditas etapas de demodulação e decodificação dos ditos bits recebidos.

14. Dispositivo para a recepção de um sinal modulado, de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruído distinta, o dito sinal compreendendo uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit, desiqnado para um dos ditos níveis de codificação, o dito dispositivo compreendendo o dispositivo de decodificação (514, 515, 516, 524, 525, 526) implementando sucessivas etapas de decodif icação de cada um dos ditos bits (&31, b 21, fri1) recebidos, a decodif icação de pelo menos um dos ditos bits recebidos levando em consideração o resultado da dita pelo menos uma etapa de decodificação precedente, caso haja, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de decodificação decodifica os ditos bits em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou os bits desiqnados para o nível de codificação possuindo a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificados primeiro, e pelo fato de que o dito dispositivo de decodif icação alcança pelo menos duas iterações de decodificação sucessivas (51, 52) .

15. Sistema para a codificação/decodificação de um sinal compreendendo uma pluralidade de símbolos, cada um compreendendo pelo menos um bit compreendendo pelo menos um dispositivo de codificação permitindo a modulação do dito sinal de acordo com uma técnica de codificação com múltiplos níveis, compreendendo pelo menos dois níveis de codificação, cada um possuindo uma robustez de ruído diferente, cada um dos ditos bits sendo designados para um dos ditos níveis de codificação, e pelo menos um dispositivo de decodificação compreendendo o dispositivo de decodificação (514, 515, 516, 524, 525, 526) implemen- tando sucessivas etapas de decodificação de cada um dos ditos bits recebidos, a decodif icação de pelo menos um dos ditos bits recebidos levando em consideração o resultado da dita pelo menos uma etapa de decodificação precedente, caso haja, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de decodificação decodifica os ditos bits em uma ordem predeterminada levando em consideração a robustez dos ditos níveis, o bit ou bits designados para o nível de codificação que apresenta a maior robustez de ruído, denominado o nível mais robusto, sendo decodificados primeiro, o dito dispositivo de decodificação executando pelo menos duas iterações de decodificação sucessivas (51, 52) .