DE68917997T2 - Verfahren zur Quadraturamplitudenmodulation. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Quadraturphasen-Amplitudenmodulation, die einfacher als QAM bezeichnet wird.
• Bei der QAM werden zwei Trägersignale in Phasenquadratur durch Modulationssignale amplitudenmoduliert und sie werden nachfolgend kombiniert, beispielsweise für eine Übertragung in einem Mikrowellen-Funkübertragungssystem. Jedes ausgesandte Symbol kann damit irgendein einer relativ großen Anzahl von Phasen- und Amplitudenzuständen aufweisen, die allgemein als Signalpunkte in einer Signalpunktkonstellation in einem Phasenebenen-Diagramm dargestellt werden. Verschiedene Signalpunktkonstellationen mit dreieckigen, rechteckigen, kreisförmigen und sechseckigen Formen und für verschiedene Anzahlen von Signalpunkten sind beispielsweise in dem Dokument 'Digital Amplitude-Phase Keying with M-ary Alphabets' von C. Melvil Thomas et al beschrieben, das auf der International Telemetry Conference, Los Angelos, Californien, 1972 präsentiert wurde.
• Für die digitale Übertragung von binären Datensignalen ist es zweckmäßig, wenn die Anzahl der Signalpunkte in der Signalpunktkonstellation eine ganzzahlige Potenz von 2 ist. So sind beispielsweise 64-QAM-Übertragungssysteme, bei denen sich 64 Signalpunkte in der Konstellation befinden, sodaß jedes ausgesandte Symbol 6 Bits (2&sup6;=64) darstellen kann, gut bekannt. Mit zunehmenden Anforderungen an die Datenübertragung und mit zunehmend höherentwickelten Techniken ist es wünschenswert, eine größere Anzahl von Signalpunkten in der Konstellation vorzusehen. Entsprechend wurden 256-QAM-Übertragungssysteme vorgeschlagen, bei denen jedes übertragene Symbol 8 Bits (2&sup8;=256) darstellt.
• Es ist gut bekannt, daß die Signalpunkte in der Phasenebene so weit wie möglich voneinander entfernt sein sollten, um das größtmögliche Signal-/Störverhältnis (S/N-Verhältnis) zu erzielen, und daß die Signalpunkte die kleinstmöglichen Amplituden haben sollten, um die Spitzenleistung des übertragenen Signals zu einem Minimum zu machen. Es ist weiterhin wünschenswert, die Codier- und Decodierschaltungen, die für die Umwandlung zwischen den Signalpunkten in der Phasenebene und den durch sie dargestellten Digitalsignalen erforderlich sind, so weit wie möglich zu vereinfachen. Insbesondere im Hinblick auf die letztgenannte Tatsache wurden rechtwinklige Signalpunktkonstellationen, bei denen die Signalpunkte in einer rechtwinkligen Matrix oder einem Gitter angeordnet sind, bevorzugt. Wenn die Anzahl der Signalpunkte eine geradzahlige Potenz von 2 ist, so wird die Signalpunktkonstellation zu einer Rechteckanordnung, beispielsweise von 16 mal 16 Signalpunkten für 256-QAM.
• Ein Problem bei einer quadratischen Anordnung von 256 Signalpunkten besteht darin, daß die Punkte an den Ecken des Quadrates relativ große Amplituden aufweisen und damit zu einer hohen Spitzenleistung und einem hohen Spitzenleistungs-/Mittelwertleistungs-Verhältnis für das übertragene Signal führen. Um dieses Problem zu veringern ist es beispielsweise aus dem US- Patent 4 675 619 vom 23. Juni 1987 auf den Namen Uchibori et al (entsprechend der EP-A-176089) mit dem Titel 'Multiple Quadratur-Phase Amplitude Modulating System Capable of Reducing a Peak Amplitude' bekannt, eine modifizierte oder abgestufte quadratische 256-QAM-Signalpunktkonstellation vorzusehen, bei der die Spitzenamplitude verglichen mit einer quadratischen Konstellation dadurch verringert ist, daß sechs Signalpunkte von jeder Ecke eines 16-mal-16-Punkt-Quadrates so verlegt werden, daß die Signalpunkte in einer extrapolierten quadratischen Matrix innerhalb eines allgemein kreisförmigen Musters angeordnet sind. Obwohl diese Verlegung der Signalpunkte zu verringerten Spitzenamplituden führt, wird hierdurch ein weiterer Nachteil eingeführt, der weiter unten erläutert wird.
• In spezieller Weise wird eine Gray-Codierung von digitalen Eingangssignalen allgemein verwendet, so daß das durch jeden Signalpunkt in der Konstellation dargestellte Digitalsignal von dem durch irgendeinen unmittelbar benachbarten Signalpunkt dargestellten Digitalsignal in lediglich einer Bitposition abweicht. Somit enthält ein übertragenes Symbol oder ein Signalpunkt, der verstümmelt und entsprechend fehlerhaft als ein benachbarter Signalpunkt interpretiert wird, lediglich einen einzelnen Bitfehler. Ein derartiger Einzelbitfehler kann relativ einfach festgestellt und unter Verwendung bekannter FEC-(Vorwärtsfehlerkorrektur-) Codierschemen korrigiert werden, beispielsweise kann ein (511,493) BCH-Code verwendet werden, der bis zu zwei fehlerhafte Bits in einem Block von 511 Bits korrigieren kann, mit einer resultierenden Vergrößerung der übertragenen Bitrate von ungefähr 3,6%.
• Eine Verlegung von Signalpunkten in der vorstehend beschriebenen Weise führt jedoch dazu, daß 32 der 256 Signalpunkte Digitalsignale darstellen, die 3 Bits aufweisen, die von dem Signal abweichen, das durch einen unmittelbar benachbarten Signalpunkt dargestellt ist; mit anderen Worten, sie haben einen Hammingabstand von 3, anstelle des bevorzugten Hammingabstandes von 1. Eine Verstümmelung und nachfolgende Fehlinterpretation eines derartigen Signalpunkts führt dazu, daß 3 Bits fehlerhaft sind, und dies ist nicht unter Verwendung des vorstehend erläuterten (511,593) BCH-Codes korrigierbar.
• Zusätzlich wird es bei Mikrowellen-Funkübertragungskanälen, die Bandbreiten von nominal 20, 30 oder 40 MHz für die verschiedenen Mikrowellen-Funkbänder bei Frequenzen in der Größenordnung von 4, 6 und 11 GHz aufweisen, zunehmend wünschenswert, genormte Signalformen für die Übertragung zu berücksichtigen. Eine der derzeit wichtigsten genormten Signalformen ist SONET, bei der Signale, die als STS-N-Signale bezeichnet werden, worin N eine ganze Zahl mit bevorzugten Werten von 1, 3, 9, 12 usw. ist, Bitraten mit dem N-fachen von 51,84 Mb/s aufweisen. Insbesondere weist ein sogenanntes STS-3-SONET-Signal eine Bitrate von 155,52 Mb/s auf.
• Unglücklicherweise ergeben bei Verwendung einer 256-QAM mit einer FEC und unter Berücksichtigung der erforderlichen Kanalfilter-Dämpfungen diese Mikrowellenkanalbandbreiten eine schlechte und wenig wirkungsvolle Anpassung an die Bitraten von SONET-Signalen. Beispielsweise ermöglicht ein 256-QAM-40 MHz- Kanal eine Übertragungsrate, die etwas kleiner als die ist, die für zwei STS-3-Signale benötigt wird. Die Verwendung eines derartigen Kanals für lediglich ein STS-3-Signal würde sehr wenig wirkungsvoll sein, und die Verwendung für ein STS-3-Signal zusammen mit anderen Signalen, beispielsweise mit zwei STS-1- Signalen würde zu eine unerwüsnchten Komliziertheit führen.
• Um dieses Problem zu vermeiden, ist es wünschenswert, ein Modulationsschema zu verwenden, das eine zweckmäßigere und wirkungsvollere Anpassung von Mikrowellen-Funkübertragungskanälen an SONET-Übertragungsraten ergibt. Insbesondere ermöglicht es ein 512-QAM-Modulationsschema, daß dies erreicht wird. Beispielsweise ermöglicht es die Verwendung von 512-QAM, daß ein STS-3-Signal von einem 20 MHz-Kanal und zwei STS-2- Signale in einem 40 MHz-Kanal in einer zweckmäßigen und relativ wirkungsvollen Weise übertragen werden.
• Die Verwendung von 512 QAM bedeutet jedoch, daß die vorstehend erläuterten Techniken hinsichtlich der Modifikation einer quadratischen Signalpunktkonstellation derart, daß diese nahezu kreisförmig wird, nicht mehr länger verwendet werden können, weil 512 eine ungeradzahlige und nicht eine geradzahlige Potenz von 2 darstellt.
• Für QAM-Signalpunktkonstellationen mit einer Anzahl von Punkten, die eine ungeradzahlige Potenz von 2 ist, d.h. mit 32 oder 128 Signalpunkten, ist es bekannt, eine + oder Kreuzanordnung von Signalpunkten zu verwenden, um Spitzenamplituden zu verringern. Derartige Anordnungen sind beispielsweise in dem vorstehend genannten Dokument von Thomas et al sowie in einem begleitenden Dokument von J. G. Smith mit dem Titel 'Odd-Bit Quadrature Amplitude-Shift Keying' beschrieben, das bei der International Telemetering Konferenz, Los Angeles, Kalifornien, 1974 vorgelegt wurde. Das letztere Dokument beschreibt weiterhin eine Signalpunktkonstellation in Form eines rechtwinkligen Blockes. In jedem Fall ist die Spitzenamplitude für eine Konstellation von 512 Signalpunkten unerwünscht hoch.
• Ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes QAM-Verfahren zu schaffen, bei dem die vorstehenden Nachteile verringert oder vermieden sind.
Zusammenfassung der Erfindung
• Entsprechend einem Grundgedanken dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Quadraturphasen-Amplitudenmodulation verwendet, das den Schritt der Amplitudenmodulation von zwei Trägersignalkomponenten I und Q in Phasenquadratur entsprechend Signalpunkten in einer Signalpunktkonstellation umfaßt, die 22n+p Signalpunkte, worin n eine ganze Zahl gleich oder größer als 4 und p gleich Null oder Eins ist, umfaßt, die in einer modifizierten rechtwinkligen Anordnung mit im wesentlichen 22n+p-2 Punkten in jedem der vier Quadranten angeordnet sind, die durch die I- und Q-Achsen definiert sind, die sich am Ursprung eines Phasenebenen-Diagramms schneiden, wobei die Signalpunkte in jedem Quadranten der Anordnung I- und Q-Komponenten-Amplituden von 1, 3, 5, ... Einheiten aufweisen und die richtwinklige Anordnung dadurch modifiziert ist, daß eine Anzahl von Punkten in jedem Quadranten von Positionen benachbart zu einer Ecke des Rechteckes auf Positionen verlegt ist, die aus der rechtwinkligen Anordnung heraus extrapoliert sind und verringerte Abstände von dem Ursprung aufweisen, und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß in jedem Quadranten jeder einer Mehrheit der auf diese Weise verlegten Punkte auf einer Position liegt, die gegenüber der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, in der Phasenebene über einen Winkel von 180º um einen von 2-p vorgegebenen Punkten gedreht ist, wobei jeder vorgegebene Punkt I- und Q-Amplituden aufweist, von denen eine 2n und die andere 2n+p-1 ist.
• Bei einem Satz von Ausführungsformen der Erfindung ist p gleich Null, was dazu führt, daß die Signalpunktkonstellation eine modifizierte quadratische Anordnung ist. Insbesondere ist in diesem Fall für n=4 das Ergebnis eine Signalpunktkonstellation für 256-QAM. In diesem Fall werden vorzugsweise zumindestens 5 Signalpunkte in jedem Quadranten verlegt und in wünschenswerter Weise liegen in jedem Quadranten alle auf diese Weise verlegten Signalpunkte auf Positionen, die über einen Winkel von 180º um die vorgegebenen Punkte gedreht sind, wobei zwei vorgegebene Punkte in jedem Quadranten liegen.
• Der Fall von n=5 und p=0 führt zu einer 1024-QAM-Signalpunktkonstellation, bei der vorzugsweise in jedem Quadranten 19 Signalpunkte verlegt sind und mit Ausnahme eines der gesamten verlegten Signalpunkte alle Punkte auf Positionen liegen, die über einen Winkel von 180º um die vorgegebenen Punkte gedreht sind.
• Ein weiterer Satz von Ausführungsformen der Erfindung ergibt sich, wenn p gleich Eins ist; in diesem Fall ergibt sich lediglich ein vorgegebener Punkt in jedem Quadranten. Dieser Satz betrifft den Fall von modifizierten rechtwinkligen Signalpunktkonstellationen, wie zum Beispiel für 512-QAM, für die n=4 ist, wobei dieser Fall bereits als wünschenswert zur Unterbringung von SONET-Formatsignalen auf Mikrowellen-Funkübertragungskanälen angegeben wurde.
• Vorzugsweise liegt in diesem Fall in jedem Quadranten jeder einer Vielzahl der verlegten Signalpunkte auf einer Position, die bezüglich der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, hinsichtlich einer ihrer I- und Q-Amplitudenkoordinaten um 2n vergrößert und hinsichtlich ihrer anderen um 2n verringert ist. Diese Verschiebung der Punkte, deren Position verlegt, jedoch nicht gedreht ist, hält einen minimalen Hammingabstand zwischen diesen Punkten aufrecht. Für den Fall von n=4 werden vorzugsweise 32 Signalpunkte in jedem Quadranten verlegt, und die Mehrheit der verlegten Punkte umfaßt 22 Punkte in jedem Quadranten. Die Anzahl von Signalpunkten, die verlegt sind, wobei jeweils eine ihrer I- und Q-Amplitudenkoordinaten um 2n vergrößert und die andere um 2n verkleinert ist, kann dann 8 Signalpunkte in jedem Quadranten umfassen.
• Vorzugsweise ist die resultierende Signalpunktkonstellation um die I- und Q-Achsen und um Linien symmetrisch, die durch den Ursprung unter Winkeln von 45º bezüglich der I- und Q-Achsen hindurchlaufen, und der größte Abstand irgendeines Signalpunktes von dem Ursprung ist nicht größer als ungefähr [666] Einheiten und beträgt im wesentlichen [650] Einheiten.
• Gemäß einem weiteren Grundgedanken ergibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Quadraturphasen-Amplitudenmodulation, das den Schritt der Amplitudenmodulation von zwei Trägersignalkomponenten I und Q in Phasenquadratur entsprechend Signalpunkten in einer Signalpunktkonstellation umfaßt, die 512 Signalpunkte umfaßt, die in einer modifizierten rechtwinkligen Anordnung mit 128 Punkten in jedem der vier Quadranten angeordnet sind, die durch die I- und Q-Achsen definiert sind, die sich am Ursprung eines Phasenebenen-Diagramms schneiden, wobei die Signalpunkte in jedem Quadranten der Anordnung I- und Q-Komponentenamplituden von 1, 3, 5,... Einheiten aufweisen und die rechtwinklige Anordnung dadurch modifiziert wird, daß 32 Punkte in jedem Quadranten von Positionen benachbart zu einer Ecke des Rechteckes auf Positionen verlegt werden, die aus der rechtwinkligen Anordnung heraus extrapoliert sind und verringerte Abstände von dem Ursprung aufweisen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß in jedem Quadranten: jeder von ungefähr 22 auf diese Weise verlegten Punkten auf einer Position liegt, die gegenüber der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, in der Phasenebene über einen Winkel von 180º um einen Punkt gedreht ist, der I- und Q-Amplitudenkoordinaten von (16,16) aufweist, und jeder von zumindestens ungefähr acht weiteren Punkten so verlegt ist, daß er auf einer Position bezüglich der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, liegt, bei der eine seiner I- und Q-Amplitudenkoordinaten um 16 Einheiten vergrößert und die andere um 16 Einheiten verkleinert ist.
• In diesem Fall sind vorzugsweise zwei weitere der Punkte, die auf diese Weise verlegt sind, von Positionen mit Koordinaten (27,1) und (31,5) auf Positionen mit Koordinaten von (11,23) bzw. (9,21) verlegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter verständlich, in denen:
• Fig. 1 eine bekannte 256-QAM-Signalpunktkonstellation zeigt,
• Fig. 2 bis 4 256-QAM-Signalpunktkonstellationen zeigen, die gemäß alternativer Ausführungsformen des Verfahrens nach dieser Erfindung angeordnet sind,
• Fig. 5 und 6 einen Quadranten von 1024-QAM-Signalpunktkonstellationen zeigen, die gemäß abgeänderter Ausführungsformen des Verfahrens gemäß dieser Erfindung angeordnet sind,
• Fig. 7 einen ersten Quadranten einer kreuzförmigen 512- QAM-Signalpunktkonstellation nach dem Stand der Technik zeigt,
• Fig. 8 und 9 einen ersten Quadranten bzw. alle vier Quadranten einer 512-QAM-Signalpunktkonstellation zeigen, die gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens nach dieser Erfindung angeordnet ist, und
• Fig. 10 einen ersten Quadranten einer alternativen 512- QAM-Signalpunktkonstellation zeigt, die gemäß einer Ausführungsform des Verfahren nach dieser Erfindung angeordnet ist.
• In Fig. 1 ist eine 256-QAM-Signalpunktkonstellation gezeigt, wie sie aus dem US-Patent 4 675 619 bekannt ist. Die Signalpunkte sind in einem Phasenebenen-Diagramm dargestellt, das die relativen Amplituden von Phasenquadratur-Trägersignalkomponenten I und Q für jeden Punkt zeigt. Die 256 Punkte sind in einer modifizierten oder abgestuften quadratischen Matrix angeordnet, wobei die Modifikation die Verlegung der äußersten (die größte Amplitude aufweisenden) 6 Punkte in jedem Quadranten auf eine niederigere Amplitude aufweisende Positionen näher an den I- und Q-Achsen umfaßt, wodurch die 256 Punkte in einer rechtwinkligen Anordnung innerhalb einer allgemein kreisförmigen Umgrenzung angeordnet sind, wie dies durch den Kreis 10 angedeutet ist. Die I- und Q-Komponentenamplituden sind für die positiven I- und Q-Achsen angezeigt, wobei die Punkte I- und Q-Amplituden von 1, 3, 5, ... 17 Einheiten aufweisen.
• Damit sind in dem ersten Quadranten die äußersten Signalpunkte 11 bis 16 auf jeweilige eine niedrigere Amplitude aufweisende Punkte 11' bis 16' verlegt; in gleicher Weise sind in den zweiten, dritten und vierten Quadranten die Punkte 21 bis 26, 31 bis 36 und 41 bis 46 auf Punkte 21' bis 26', 31' bis 36' bzw. 41' bis 46' verlegt.
• Weil der minimale Abstand benachbarter Signalpunkte gleich zwei Einheiten ist, weist der Punkt 16 einen Abstand vom Ursprung (Schnittpunkt der I- und Q-Achsen) von [338] Einheiten auf und er ist auf den Punkt 16' verlegt, der einen geringeren Abstand von dem Ursprung von [314] Einheiten aufweist. Hierbei ergibt sich eine gleiche oder größere Verringerung des Abstandes vom Ursprung (und damit der Amplitude) für jeden der anderen verlegten Signalpunkte, wodurch die Spitzenleistung und das Spitzenleistungs-/Mittelleistungs-Verhältnis, die bzw. das für die Übertragung erforderlich ist, verringert wird.
• Wie dies in dem US-Patent 4 675 619 beschrieben ist, wird die Verlegung der Signalpunkte auf diese Weise durch eine Codewandlereinheit bewirkt, die beispielsweise Logikschaltungen umfassen kann. Weil die Form eines derartigen codewandlers für den Fachmann mit üblichen Kenntnissen auf diesem Gebiet bekannt ist, muß sie hier nicht beschrieben werden. Ähnliche Formen von Codewandlereinheiten können zur Durchführung des Verfahrens gemäß dieser Erfindung verwendet werden, wie dies weiter unten beschrieben wird.
• Typischerweise sind die digitalen Signale, die durch die 256 Signalpunkte dargestellt sind, Gray-codiert, so daß benachbarte Signalpunkte voneinander um lediglich eine Bitposition abweichen. Bei der Darstellung von 4-Bit-Digitalsignalen durch ihre hexadezimalen Äquivalente entspricht jeder Signalpunkt einer zweistelligen Hexadezimalzahl 00 - FF. Bei jeder Hexadezimalzahl stellt für die quadratische Anordnung und damit für die Signalpunkte, die nicht verlegt sind, die erste hexadezimale Ziffer der Zahl eine Reihe des Quadrates dar, während die zweite hexadezimale Ziffer der Zahl eine Spalte des Quadrates darstellt. Wenn die Signalpunkte gemäß Fig. 1 und dem Stand der Technik verlegt sind, so entsprechen die Signalpunkte einem allgemein kreisförmigen Muster von Hexadezimalzahlen.
• Wenn beispielsweise die Punkte 11' bis 16' in dem ersten Quadranten betrachtet werden, so stellen diese die Hexadezimalzahlen 88, 98, B8, 89, 8B bzw. 99 dar. Diese unterscheiden sich von den Zahlen der unmittelbar benachbarten Signalpunkte in einer oder drei Bitpositionen. Beispielsweise stellt der Signalpunkt 11' die Hexadezimalzahl 88 dar und befindet sich unmittelbar benachbart zu einem Signalpunkt (links von ihm in Fig. 1), der die Hexadezimalzahl F8 darstellt. Diese Zahlen in Binärschreibweise sind 10001000 bzw. 11111000, die sich voneinander in den zweiten, dritten, und vierten Bitpositionen unterscheiden. Damit ergibt sich ein Hammingabstand von 3 zwischen diesen Zahlen. Es ist zu erkennen, daß sich ein Dreifachbit-Fehler ergibt, wenn der Signalpunkt (88) decodiert wird, wenn der Signalpunkt (F8) übertragen wird.
• Die folgende Tabelle faßt ähnliche Informationen für alle verlegten Punkte 11' bis 16' in dem ersten Quadrant zusammen: Punkt: Hexadezimalzahl: benachbarte Zahl: Hammingabstand:
• Damit ist in dem ersten Quadranten der modifizierten Konstellation der Hammingabstand von 8 Signalpunkten (4 der 6 verlegten Punkte plus 4 der nachfolgend benachbarten Punkte) und in gleicher Weise von 8 Punkten in jedem anderen Quadranten auf 3 vergrößert, und zwar als Ergebnis der Verlegung der Signalpunkte in den Kreis 10. Diese Erhöhung des Hammingabstandes ist besonders unerwünscht, weil ein einziger Fehler bei der Interpretation eines dieser Signalpunkte zu einem Dreifachbit-Fehler in dem dekodierten digitalen Signal führen kann, und ein derartiger Dreifach-Fehler kann nicht mit Hilfe irgendwelcher geeigneter Blockfehlercodes, wie z.B. dem (511,493)-BCH-Code korrigiert werden, der zur Korrektur einfacher und doppelter Fehler verwendet werden kann.
• In der in Fig. 2 gezeigten 256-QAM-Signalpunktkonstellation sind die gleichen Punkte 11 bis 16, 21 bis 26, 31 bis 36 und 41 bis 46 auf die Punkte 11' bis 26', 21' bis 26', 31' bis 36' bzw. 41' bis 46' verlegt. Die letzteren Punkte nehmen zusammen die gleichen Positionen wie die verlegten Punkte in Fig. 1 ein, doch sind die Punkte einzeln an anderen Positionen angeordnet.
• Beispielsweise sind im ersten Quadranten die Punkte 11 bis 13, die die gleiche I-Amplitude von 15 Einheiten und unterschiedliche Q-Amplituden aufweisen, auf die Punkte 11' bis 13' verlegt, die auch die gleiche I-Amplitude von 17 Einheiten und unterschiedliche Q-Amplituden aufweisen, die jedoch um eine Achse 17 umgeklappt oder gespiegelt sind, die parallel zur I- Achse ist und in außerdem Weise die Punkte in dem ersten Quadranten in zwei Hälften unterteilt. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Achse 17 einer Q-Amplitude von 8 oder im wesentlichen der halben Spitzenamplitude für Punkte in der quadratischen Matrix entspricht.
• In gleicher Weise sind die Pukte 14 und 15 auf die Punkte 14' und 15' jeweils um eine Achse 18 geklappt oder gespiegelt, die im wesentlichen der halben I-Amplitude für Punkte in der quadratischen Matrix entspricht. Der Punkt 16 wird als der verbleibende Punkt 16' verlegt.
• Ähnliche Bemerkungen gelten für die anderen Quadranten, so daß für irgendeinen Quadranten q (q=1, 2, 3 oder 4) die Punkte q1 bis q3 um eine Achse q7 auf Punkte q1' bis q3' umgeklappt sind, die Punkte q4 und q5 um eine Achse q8 auf Punkte q4' und 5' umgeklappt sind und der Punkt q6 als der verbleibende Punkt q6' verlegt ist.
• Die folgende Tabelle faßt die Information ähnlich zu der vorstehend hinsichtlich der Fig. 1 angegebenen Information bezüglich der verlegten Punkte 11' bis 16' in dem ersten Quadranten der Fig. 2 zusammen: Punkt: Hexadezimalzahl: benachbarte Zahl Hammingabstand:
• Somit behält bei der Signalpunktkonstellation nach Fig. 2 eine Mehrheit von fünf der sechs verlegten Punkte in jedem Quadranten den gewünschten Hammingabstand von 1 bei, und lediglich der sechste Punkt q6' weist einen Hammingabstand von 3 auf. Daher verringert die Signalpunktkonstellation nach Fig. 2 die Möglichkeit von Dreifachbit-Fehlern beträchtlich, die aufgrund von Fehlern bei der Interpretation der verlegten Signalpunkte auftreten. Die Anzahl der Signalpunkte, die einen Dreifachbit- Fehler hervorrufen können, ist in Fig. 3 lediglich gleich acht, verglichen mit 32 in Fig. 1.
• Anders gesehen sind in Fig. 2 die Punkte 11, 12 und 13 über einen Winkel von 180º um einen Punkt 17' auf die Punkte 11', 12' bzw. 13' gedreht, und die Punkte 14 und 15 sind über einen Winkel von 180º um einen Punkt 18' auf die Punkte 14' bzw. 15' gedreht. Der Punkt 17' liegt auf der Achse 17 bei einer I- Komponentenamplitude, die doppelt so groß wie die der Achse 17 ist. Damit wird eine Mehrheit (fünf von sechs) der in jedem Quadranten verlegten Punkte auf diese Weise um die Punkte 17' und 18' gedreht. Der Punkt 17' weist I- und Q-Amplitudenkoordinaten von (16,8) auf, während der Punkt 18' I- und Q-Amplitudenkoordinaten von (8,16) aufweist. Die in Fig. 3 gezeigte Signalpunktkonstellation ist identisch zu der nach Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Signalpunkte 16, 26, 36 und 46 nicht verlegt sind, so daß entsprechend keine Punkte 16', 26', 36' und 46' vorhanden sind. Dies ergibt die gleichen Vorteile wie die vorstehend erläuterten, mit dem weiteren Vorteil, das nunmehr alle Signalpunkte einen Hammingabstand von 1 beibehalten. Daher führt ein Fehler bei der Interpretation irgendeines Signalpunktes in fehlerhafter Weise als ein benachbarter Signalpunkt lediglich zu einem Einzelbitfehler, der in der bereits erläuterten Weise unter Verwendung eines Blockcodes, wie zum Beispiel eines (511,493)-BCH-Codes korrigierbar ist.
• Dieser Vorteil der Beibehaltung einer echten Gray-Codierung in der modifizierten Signalpunktkonstellation wird unter Inkaufnahme einer geringfügigen Vergrößerung der erforderlichen Spitzensendeleistung erzielt, weil sich der Punkt 16 in einem Abstand von [338] Einheiten von dem Ursprung befindet, während in den Fig. 1 und 2 die am weitesten entfernten Punkte, wie z.B. der Punkt 11' in Fig. 1 oder 13' in Fig. 2 einen Abstand von [314] Einheiten von dem Ursprung aufweisen, wie dies bereits erläutert wurde.
• Die Konstellation nach Fig. 3 ist symmetrisch um die I- und Q- Achsen, ist jedoch in Drehrichtung nicht unveränderlich. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Signalpunktpositionen geändert werden, wenn die I- und Q-Achsen vertauscht werden, was einer Phasenänderung von 90º entspricht. Fig. 4 zeigt eine alternative Signalpunktkonstellation, die ähnlich wie die nach Fig. 2 in Drehrichtung unveränderlich ist.
• In Fig. 4 sind die Signalpunkte in den ersten und dritten Quadranten die gleichen wie die in den ersten und dritten Quadranten nach Fig. 3. Die Signalpunkte in den zweiten und vierten Quadranten weisen das gleiche Muster wie die ersten und dritten Quadranten auf, sind jedoch über einen Winkel von 90º gedreht. Damit sind in dem zweiten Quadranten die Punkte 21, 24 und 25 um die Achse 28 parallel zur Q-Achse auf die Punkte 21', 24' bzw. 25' umgeklappt, und die Punkte 22 und 23 sind um die Achse 27 parallel zur I-Achse auf die Punkte 22' bzw. 23' umgeklappt. In gleicher Weise sind in dem vierten Quadranten die Punkte 41, 44 und 45 um die Achse 48 auf die Punkte 41', 44' bzw. 45' umgeklappt, und die Punkte 42 und 43 sind um die Achse 47 auf die Punkte 42' bzw. 43' umgeklappt.
• Bei Betrachtung in der alternativen Weise, die bereits anhand der Fig. 2 beschrieben wurde, sind in jeder der Fig. 3 und 4 alle in jedem Quadranten verlegten Punkte über einen Winkel von 180º um einen jeweiligen Punkt, wie zum Beispiel die Punkte 17' und 18' in dem ersten Quadranten gedreht.
• Die vorstehend beschriebenen Signalpunktkonstellationen ergeben 256 Punkte für 256-QAM. Die Erfindung kann in gleicher Weise auf andere Zahlen von Punkten in im wesentlichen quadratischen Matritzen angewandt werden, d.h. bei denen die Anzahl der Punkte eine höhere geradzahlige Potenz von 2 ist. Beispielsweise zeigen die Fig. 5 und 6 einen ersten Quadranten alternativer Signalpunktkonstellationen für 1024-QAM mit 1024 Signalpunkten in einer modifizierten quadratischen Matrix von 32 mal 32 Signalpunkten. Damit ergeben sich 256 Signalpunkte in diesem ersten Quadranten, und die anderen Quadranten können symmetrisch um die Achsen sein, wie dies vorstehend anhand der Fig. 3 beschrieben wurde, oder sie können um 90º gedreht sein, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde.
• In Fig. 5 sind 19 Punkte 101 bis 119, von denen aus Gründen der Klarheit lediglich einzelne einzeln mit Bezugsziffern versehen sind, von der Ecke der quadratischen Matrix auf niedrigere Amplituden aufweisende Punkte 101' bis 119' verlegt, die näher an den I- und Q-Achsen liegen. Wie dies gezeigt ist, sind die Punkte 101 bis 106 um eine Achse 127 parallel zur I-Achse und im wesentlichen bei der halben maximalen Q-Komponentenamplitude des Quadrates auf die Punkte 101' bis 106' geklappt. Die Punkte 112 bis 115 sind in gleicher Weise um die Achse auf die Punkte 112' bis 115' geklappt, wobei sie relativ gesehen die gleiche Position bezüglich der anderen verlegten Punkte und höhere I- Komponentenamplituden, jedoch niedrigere Gesamtamplituden (Abstand vom Ursprung) aufweisen. Der Punkt 119 ist in ähnlicher Weise um die Achse 127 auf den Punkt 119' geklappt, wodurch sein Abstand vom Ursprung auf [1394] Einheiten für einen Signalpunktabstand von zwei Einheiten verringert ist.
• In gleicher Weise sind die Punkte 107 bis 111 um eine Achse 128 parallel zur Q-Achse und mit im wesentlichen der halben maximalen I-Komponentenamplitude des Quadrates auf Punkte 107' bis 111' geklappt, und die Punkte 116 bis 118 sind um die Achse 128 auf Punkte 116' bis 118' geklappt, die höhere Q-Komponentenamplituden, jedoch niedrigere Gesamtamplituden aufweisen.
• Bei der Signalpunktkonstellation nach Fig. 5 haben alle Punkte immer noch bei Verwendung einer Gray-Codierung einen Hammingabstand von 1, so daß der gleiche Vorteil, wie er vorstehend für die Fig. 3 und 4 beschrieben wurde, noch gegeben ist. Der größte Abstand von dem Ursprung ist [1394] Einheiten, wie dies vorstehend für den Punkt 119' beschrieben wurde, was wesentlich weniger als der Abstand von [1922] Einheiten für den Punkt 101 ist.
• Fig. 6 ist gleich der Fig. 5, mit der Ausnahme, daß diese Figur eine alternative Position 119' zeigt, auf die der Punkt 119 verlegt werden kann. Als Ergebnis dieser Änderung ist der größte Abstand vom Ursprung auf [1354] Einheiten verringert.
• Die Position des Punktes 119' in Fig. 6 ist derart, daß er einen vergrößerten Abstand von [8] Einheiten von dem Signalpunkt 107' aufweist, von dem er einen Hammingabstand von 3 aufweist. Wie dies aus Kurven für die Fehlerwahrscheinlichkeit gegenüber dem Signal-Störverhältnis bekannt ist, führt ein derartiger vergrößerter Abstand zu einer stark verringerten Fehlerwahrscheinlichkeit. Damit ist, obwohl ein Fehler bei der Interpretation des Signalpunktes 119' in Fig. 6 in fehlerhafter Weise als Punkt 107' einen Dreifachbit-Fehler aufgrund des Hammingabstandes von 3 hervorrufen würde, ein derartiger Fehler im Hinblick auf den vergrößerten Abstand zwischen den Punkten 119' und 107' besonders unwahrscheinlich.
• Anders betrachtet sind in Fig. 5 alle verlegten Punkte 101 bis 119 und in Fig. 6 alle bis auf einen und damit eine Mehrheit dieser Punkte über einen Winkel von 180º um einen jeweiligen Punkt 127' oder 128' gedreht, wobei diese Punkte auf den Achsen 127 bzw. 128 liegen und die doppelten I- und Q-Komponentenamplituden der Achsen 128 bzw. 127 aufweisen. Die Punkte 127' und 128' weisen I- und Q-Amplitudenkoordinaten von (32,16) bzw. (16,32) auf.
• Die verlegten Signalpunktpositionen, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, sind als Beispiel angegeben, und andere Verlegungen der Signalpunkte können innerhalb des Rahmens der Erfindung durchgeführt werden. Beispielsweise könnte der Punkt 107 über 180º um den Punkt 127' anstatt um den Punkt 128', wie in den Fig. 5 und 6, auf die I-, Q-Koordinatenposition (35,1) gedreht werden.
• In Fig, 7 ist der erste Quadrant einer + oder kreuzförmigen 512-QAM-Signalpunktkonstellation gezeigt, wie er sich bei dem Stand der Technik ergeben würde. Diese Signalpunkte sind in einem Phasenebenen-Diagramm gezeigt, das die relativen Amplituden von Phasenquadratur-Trägersignalkomponenten I und Q für jeden Punkt zeigt. Die 128 Punkte in diesem ersten Quadranten sind in einer rechtwinkligen Anordnung mit I- und Q-Komponentenamplituden von 1, 3, 5, ..., 23 Einheiten angeordnet. In den anderen drei Quadranten sind weitere 128 Punkte in jedem Quadranten entsprechend angeordnet, jedoch mit negativen Werten der I- und/oder Q-Komponenten.
• Ein Punkt, wie zum Beispiel der Punkt 210, der die I-, Q-Koordinaten von (15,23) aufweist, weist den größten Abstand von dem Ursprung 212 (Schnittpunkt der I- und Q-Achsen) auf und stellt entsprechend eine Spitzenamplitude dar, die proportional zu [754] Einheiten ist. Wie dies bereits erläutert wurde, ist es wünschenswert, diese Spitzenleistung zu verringern.
• In Fig. 8 ist ein erster Quadrant einer 512-QAM-Signalpunktkonstellation gezeigt, die gemäß einer Ausführungsform des verfahrens dieser Erfindung angeordnet ist.
• In Fig. 8 stellen ausgefüllte Punkte Signalpunkte dar, die für die Übertragung verwendet werden, und offene Punkte oder Ringe stellen ursprüngliche Positionen dar, von denen aus einige der übertragenen Signalpunktpositionen verlegt sind, und zwar in der gleichen Weise wie dies vorstehend beschrieben wurde.
• Wie dies bekannt ist, stellt jedes übertragene 512-QAM-Symbol neun Bits eines Digitalsignals dar, das übertragen wird (2&sup9; =-512). Bei der Anordnung nach den Fig. 8 und 9 bestimmen fünf der 9 Bits eine I-Komponentenamplitude, und die verbleibenden vier Bits bestimmen eine Q-Komponentenamplitude des übertragenen Signals. Wie dies für lediglich den ersten Quadranten in Fig. 8 gezeigt ist, führt dies zu einer rechtwinkligen Anordnung von Signalpunkten mit I-Komponentenamplituden von 1 bis 31 und Q- Komponentenamplituden von 1 bis 15, wobei ein Signalpunktabstand von 2 Einheiten in jeder Richtung angenommen wird. Die 128 Signalpunkte in dem ersten Quadranten umfassen damit 22 in einem Bereich 214 gezeigte Punkte, acht in einem weiteren Bereich 216 gezeigte Punkte und zwei mit A und B bezeichnete Punkte, wobei alle diese Signalpunkte für die Übertragung verlegt werden, wie dies weiter unten beschrieben wird und als offene Punkte gezeigt sind, sowie 96 Punkte mit Q-Komponentenamplituden von 15 oder weniger und I-Komponentenamplituden von 25 oder weniger, die nicht verlegt werden und die als ausgefüllte Punkte gezeigt sind.
• Die digitalen Signale, die durch die 512 Signalpunkte dargestellt sind, sind Gray-codiert, so daß sich benachbarte Signalpunkte voneinander durch lediglich eine Bitposition unterscheiden. Dies heißt mit anderen Worten, daß ein Hammingabstand von Eins zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Signalpunkten besteht. Die Verlegung der Signalpunkte für die Übertragung wird derart bewirkt, daß dieser Hammingabstand soweit wie möglich beibehalten wird, während gleichzeitig der Abstand jedes übertragenen Signalpunkts von dem Ursprung 312 soweit wie möglich verringert wird, so daß die Spitzenübertragungsleistung und das Spitzenleistungs-/Mittelleistungsverhältnis so weit wie möglich verringert wird.
• Entsprechend werden die 22 Punkte in dem Bereich 214 alle durch eine Drehung über einen Winkel von 180º um einen Punkt 218 mit den I-, Q-Koordinaten (16,16) auf entsprechende Positionen in einem Bereich 214' verlegt, wie dies durch eine halbkreisförmige Linie 220 angedeutet ist. Diese Verlegung verringert den Abstand jedes Punktes von dem Ursprung 212 und hält den Hammingabstand von 1 für diese verlegten Punkte aufrecht.
• Weiterhin werden die acht Punkte in dem Bereich 216 alle durch eine Verschiebung in einer durch eine Linie 222 gezeigten Richtung auf entsprechende Positionen in einem Bereich 216' verlegt; effektiv wird der Bereich 216 durch den Punkt 218 hindurch zum Bereich 216' verlegt. Im Einzelnen wird jeder Punkt in dem Bereich 216 auf eine neue Position in dem Bereich 216' dadurch verschoben, daß seine Q-Komponentenamplitude um 16 (2&sup4;) Einheiten vergrößert und seine I-Komponetenamplitude um 16 Einheiten verkleinert wird. In anderer Betrachtungsweise können die Punkte in dem Bereich 216 als durch-zwei aufeinanderfolgende Drehungen jeweils über 180º um einen jeweiligen Punkt verlegt betrachtet werden. Die erste derartige Drehung erfolgt und einen Punkt 224 mit den I-, Q-Koordinaten (24,8) und die zweite derartige Drehung erfolgt um den Punkt 218 (oder die erste Drehung kann als um den Punkt 218 erfolgend betrachtet werden, während die zweite Drehung um einen Punkt mit den I-, Q-Koordinaten (8,24) erfolgt.
• Die vorstehend beschriebene Verlegung der acht Punkte in dem Bereich 216 verringert wiederum den Abstand dieser Signalpunkte von dem Ursprung 212 während der Hammingabstand von 1 für diese Punkte in weiten Ausmaß aufrechterhalten wird. Im Einzelnen wird der Hammingabstand von 1 unter den verschobenen Punkten aufrechterhalten und er wird lediglich bezüglich der Punkte an den Grenzen des verschobenen Satzes von Punkten vergrößert.
• Es sei beispielsweise ein Punkt 226 mit den (I-, Q-) Koordinaten (29,1) betrachtet. Dieser wird für die Übertragung durch die Codewandlereinheit zu einem Punkt 226' verlegt, der die Koordinaten (13,17) aufweist. Aufgrund eines Fehlers kann dieser Punkt fehlerhaft an einem Empfänger als ein benachbarter Punkt 228 betrachtet werden, der die Koordinaten (13,15) aufweist. Die Punkte 226' und 228 liegen auf unterschiedlichen Seiten der Begrenzung zwischen den verlegten Punkten und anderen Punkten, die nicht verlegt werden. Der ursprüngliche Punkt 226 hat den 9-Bit-Gray-Codewert 10001,1000 für die I- bzw. Q-Komponenten. Der fehlerhaft interpretierte Punkt 228 weist den 9-Bit-Gray- Codewert 11101,1100 auf, der zwei Bits fehlerhaft für die I-Komponente und ein Bit fehlerhaft für die Q-Komponente hat. Diese fehlerhaften Bits werden unter Verwendung der FEC- Codierung korrigiert, die einzeln auf jede der 9-Bit-Leitungen angewandt wird, die die Codewandlereinheit in dem Übertragungssystem-Modulator speisen, wobei eine entsprechende FEC-Decodierung in den 9-Bit-Leitungen folgt, die von der Codewandlereinheit in dem Demodulator des Empfängers führen.
• Die zwei weiteren mit A und B bezeichneten Punkte werden auf die jeweiligen Positionen A' und B' verlegt, die so ausgewählt sind, daß sich eine optimale Verlegung dieser Punkte besonders hinsichtlich ihrer Abstände von dem Ursprung 212 ergibt. Im Einzelnen wird der Punkt A bei den Koordinaten (27,1) auf den Punkt A' mit den Koordinaten (11,23) verlegt, und der Punkt B an den Koordinaten (31,5) wird zu dem Punkt B' mit den Koordinaten (9,21) verlegt. Alternativen für diese Punkte werden weiter unten erläutert.
• Wenn die verlegten Signalpunkte so sind, wie dies durch die ausgefüllten Punkte in Fig. 8 gezeigt ist, so ist der größte Abstand von irgendeinem Punkt zum Ursprung 212 gleich [650] Einheiten, was beträchtlich weniger ist, als der Wert von [754] für die kreuzförmige Konstellation nach Fig. 7, wobei sich eine entsprechende Verringerung der für das Übertragungssystem erforderlichen Spiteznleistung ergibt. Gleichzeitig wird die Verlegung der Punkte in einer Weise durchgeführt, die einen kleinen Hammingabstand zwischen benachbarten Signalpunkten aufrechterhält, wodurch Fehler weitgehend unter Verwendung geeigneter Fehlerkorrekturcodes beseitigt werden können.
• Es ist wichtig, die praktische und kommerzielle Bedeutung der Spitzenleistungsverringerung festzustellen, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung erreicht wird. Bezüglich des [650]- Spitzenwertes, der in der vorstehend beschriebenen Weise erzielt wird, entspricht der Wert beim Stand der Technik von [754] einem vergrößerten Spitzenleistungsbedarf für den Sender von 10 log (754/650) dB oder ungefähr 0,65 dB. Bei einer typischen Kostenerhöhung in der Größenordnung von US$ 1000 pro dB der Sender-Spitzenleistung ermöglicht die verringerte Spitzenleistung, die durch diese Erfindung erzielt wird, eine beträchtliche Kosteneinsparung.
• Fig. 9 zeigt die Gesamt-Signalpuktkonstellation, die sich aus der Anwendung der unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschriebenen Verlegung von Punkten auf alle vier Quadranten eines anfänglich rechtwinkligen Blockes von 512 Punkten ergibt. Die Verlegung wird symmetrisch in den vier Quadranten eingesetzt, so daß die resultierende Konstellation sowohl eine Quadrantensymmetrie als auch eine Symmetrie bezüglich der 45º-Phasenwinkel aufweist. Ein Phasenwinkel von 45º würde in den Zeichnungen durch Linien unter 45º bezüglich der I- und Q-Achsen dargestellt, beispielsweise durch eine Linie, die die Punkte 212 und 218 in Fig. 8 durchläuft. Diese 45º-Phasenwinkelsymmetrie stellt in der Praxis einen wesentlichen Vorteil dar, weil das Modulationsschema entsprechend ein 'gutes Verhalten' zu einer Zeit aufweist, bevor die Trägerrückgewinnung ausgebildet ist, wenn Frequenzfehler resultierende Phasenänderungen hervorrufen, die die Wirkung haben, daß sich die Signalpunktkonstellation um die I- und Q- Achsen dreht.
• Wie dies im vorstehenden erwähnt wurde, gibt es Alternativen zur Verlegung der Punkte A und B. Obwohl diese Alternativen immer noch eine Verringerung der Spitzenleistung bezüglich der Kreuzkonstellation nach dem Stand der Technik ergeben, erfordern sie größere Spitzenleistungen als die Ausführungsform der Erfindung, die vorstehend anhand der Fig. 8 und 9 beschrieben wurde, so daß sie aus diesem Grund weniger bevorzugt werden.
• Eine dieser Alternativen besteht darin, den Punkt A nicht zu verlegen, sondern ihn an seiner ursprünglichen Position zu belassen, und den Punkt B als einen der Punkte in den Bereich 214 zu verlegen, so daß er zu den I-, Q-Koordinaten (1,27) bewegt wird. Der Punkt A und der verlegte Punkt B würden dann den größten Abstand von [730] Einheiten von dem Ursprung haben. In diesem Fal würde es weniger erforderlich sein, andere Punkte zu verlegen, die auf Positionen mit geringerem Abstand von dem Ursprung liegen, wie zum Beispiel die Punkte mit den I-, Q- Koordinaten (21,15), (23,13) und (25,7).
• Eine weitere Alternative besteht in der Modifikation der Verlegung der Punkte, so daß sie derart ist, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. In Fig. 10 sind die Bereiche 214 und 216 so modifiziert, daß die Punkte A und B beide in den Bereich 216 eingeschlossen werden können, wobei der Punkt mit den I-, Q- Koordinaten (21,15) entsprechend aus dem Bereich 214 fortgelassen ist und nicht verlegt wird. Dieser Punkt definiert nunmehr den größten Abstand vom Ursprung, der in diesem Fall [666] Einheiten ist. Der Punkt mit den I-, Q-Koordinaten (23,11) ist in diesem Fall in dem Bereich 214 enthalten und wird entsprechend bewegt, so daß die resultierende Signalpunktkonstellation symmetrisch zu den I- und Q-Achsen und um 45º-Linien oder Phasenwinkeln hierzu symmetrisch ist.
• Andere alternative Verlegungen von Punkten können ähnlich zu den vorstehend beschriebenen durchgeführt werden, und zwar so, wie es in speziellen Umständen als zweckmäßig erscheint.
• Die vorstehend anhand der Fig. 8 bis 10 beschriebenen Signalpunktkonstellationen ergeben 512 Punkte für 512-QAM. Die Erfindung kann in ähnlicher Weise auf eine größere Anzahl von Punkten angewandt werden, die ungeradzahlige Potenzen von 2 sind, beispielsweise für 2048-QAM.
• Obwohl in der vorstehenden Beschreibung auf die Verlegung von Punkten durch Verschieben dieser Punkte oder durch Drehen um 90º Bezug genommen wurde, ist es verständlich, daß diese Bezugnahme zur Erzielung eines vollständigen Verständnisses und einer Erkennung der Erfindung vorgenommen wurde und daß bei der Ausführung der Erfindung keine Notwendigkeit einer tatsächlichen Bewegung irgendeines Signalpunktes besteht. In anderen Worten heißt dies, daß die rechtwinkligen Anordnungen von Punkten als solche nicht erzeugt würden, sondern daß die Punkte der Signalpunktkonstellation direkt aus digitalen Eingangssignalen erzeugt würden, beispielweise unter Verwendung eines PROM (programmierbaren Festwertspeichers). So könnte beispielsweise für die 512- QAM-Signalpunktkonstellationen ein PROM mit 512 Speicherplätzen jeweils für die I- und Q-Komponentenwerte (je 5 Bits) eines jeweiligen Signalpunktes der Konstellation mit einem digitalen 9-Bit-Eingangssignal adressiert werden, um direkt die jeweiligen I- und Q-Komponentenwerte auszulesen.
• Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben wurden, ist es verständlich, daß vielfältige Modifikationen, Abänderungen und Anpassungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, wie er in den Ansprüche angegeben ist.

Claims (21)

1. Verfahren zur Quadraturphasen-Amplitudenmodulation mit dem Schritt der Amplitudenmodulation von zwei Trägersignalkomponenten I und Q in Phasenquadratur entsprechend Signalpunkten in einer Signalpunktkonstellation, die 22n+p Signalpunkte, worin n eine ganze Zahl gleich oder größer als 4 und p Null oder Eins ist, umfaßt, die in einer modifizierten rechtwinkligen Anordnung mit im wesentlichen 22n+p-2 Punkten in jedem der vier Quadranten angeordnet sind, die durch I- und Q-Achsen definiert sind, die sich am Ursprung eines Phasenebenen-Diagramms schneiden, wobei die Signalpunkte in jedem Quadranten der Anordnung I- und Q-Komponentenamplituden von 1, 3, 5, ... Einheiten aufweisen und die rechtwinklige Anordnung dadurch modifiziert ist, daß eine er Anzahl von Punkten in jedem Quadranten von Positionen benachbart zu einer Ecke des Rechteckes auf Positionen verlegt ist, die aus der rechtwinkligen Anordnung heraus extrapoliert sind und verringerte Abstände von dem Ursprung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Quadranten jeder einer Mehrheit der auf diese Weise verlegten Punkte auf einer Position liegt, die bezüglich der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, in der Phasenebene über einen Winkel von 180º um einen von 2-p vorgegebenen Punkten (17',18' (Fig. 2-4); 127',128' (Fig. 5-6); 218 (Fig. 8 und 10)) gedreht ist, wobei jeder vorgebene Punkt I- und Q-Amplituden aufweist, von denen eine 2n und die andere 2n+p-1 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem n=4 und p gleich Null ist (Fig. 2-4).

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zumindestens 5 Signalpunkte (11-15) in jedem Quadranten verlegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem in jedem Quadranten alle derart verlegten Signalpunkte auf Positionen liegen, die über einen Winkel von 180º um die vorgegebenen Punkte gedreht sind (Fig. 3 bis 5).

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem n=5 und p gleich Null ist (Fig. 5-6).

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem 19 Signalpunkte (101- 119) in jedem Quadranten verlegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 5 oder 6, bei dem in jedem Quadranten alle mit Ausnahme eines (16 (Fig. 2); 119 (Fig. 6)) der verlegten Signalpunkte auf Positionen liegen, die über einen Winkel von 180º um die vorgegebenen Punkte gedreht sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei den die Signalpunkte in den vier Quadranten derart verlegt sind, daß die Signalpunktkonstellation um die I- und Q-Achsen symmetrisch ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Signalpunkte in den vier Quadranten derart verlegt sind, daß die Signalpunktkonstellation für Phasenänderungen von 90º drehrichtungsmäßig unveränderlich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem n=4 und p gleich 1 ist (Fig. 8-10).

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ungefähr 32 Signalpunkte in jedem Quadranten verlegt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Mehrheit der verlegten Punkte ungefähr 22 Punkte (214) in jedem Quadranten umfaßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem in jedem Quadranten jeder einer Anzahl der Signalpunkte 216, die verlegt werden, auf einer Position bezüglich der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, liegt, in der eine seiner I- und Q-Amplitudenkoordinaten um 2n vergrößert und die andere um 2n verringert ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Anzahl von Signalpunkten, die verlegt werden, wobei jeweils eine ihrer I- und Q- Amplitudenkoordinaten um 2n vergrößert und die andere um 2n verringert ist, zumindestens 8 Signalpunkte in jedem Quadranten umfaßt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die Signalpunktkonstellation symmetrisch um die I- und Q-Achsen und um Linien ist, die durch den Ursprung unter Winkeln von 45º bezüglich der I- und Q-Achsen hindurchlaufen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem der größte Abstand irgendeines Signalpunktes von dem Ursprung nicht größer als ungefähr [666] Einheiten ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem der größte Abstand irgendeines Signalpunktes von dem Ursprung im wesentlichen gleich [650] Einheiten ist.

18. Verfahren zur Quadraturphasen-Amplitudenmodulation mit dem Schritt der Amplitudenmodulation von zwei Trägersignalkomponenten I und Q in Phasenquadratur entsprechend Signalpunkten in einer Signalpunktkonstellation, die 512 Signalpunkte umfaßt, die in einer modifizierten rechtwinkligen Anordnung mit 128 Punkten in jedem der vier Quadranten angeordnet sind, die durch die I- und Q-Achsen definiert sind, die sich am Ursprung eines Phasenebenen-Diagramms schneiden, wobei die Signalpunkte in jedem Quadranten der Anordnung I- und Q-Komponentenamplituden von 1, 3, 5, ... Einheiten aufweisen und die rechtwinklige Anordnung dadurch modifiziert wird, daß 32 Punkte in jedem Quadranten von Positionen benachbart zu einer Ecke des Rechteckes auf Positionen verlegt werden, die aus der rechtwinkligen Anordnung extrapoliert sind, und verringerte Abstände von dem Ursprung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Quadranten:

jeder von ungefähr 22 Punkten (214), die auf diese Weise verlegt sind, auf einer Position bezüglich der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, liegt, die in der Phasenebene über einen Winkel von 180º um einen Punkt (218) gedreht ist, der I- und Q-Amplitudenkoordinaten (16,16) aufweist, und

jeder von zumindestens acht weiteren Punkten (216), der auf diese Weise verlegt ist, auf einer Position bezüglich der Position, die er in der rechtwinkligen Anordnung haben würde, liegt, in der eine seiner I- und Q-Amplitudenkoordinaten um 16 Einheiten vergrößert und die andere um 16 Einheiten verringert ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Signalpunktkonstellation syymetrisch um die I- und Q-Achsen und um Linien ist, die durch den Ursprung unter Winkeln von 45º bezüglich der I- und Q-Achsen laufen.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der größte Abstand irgendeines Signalpunktes von dem Ursprung im wesentlichen gleich [650] Einheiten ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem zwei weitere der Punkte, die auf diese Weise verlegt sind, von Positionen (A,B) mit Koordinaten 27,1 und 31,5 auf Positionen (A',B') mit Koordinaten 11,23 bzw. 9,21 verlegt sind.