ES2644213T3 - Procedimiento de ARQ híbrido con redisposición de constelación de señal - Google Patents

Description

DESCRIPCION

Procedimiento de ARQ hubrido con redisposicion de constelacion de senal

La presente invencion se refiere a un metodo de retransmision ARQ h^brido en un sistema de comunicacion.

Una tecnica comun en los sistemas de comunicacion con condiciones de canal no fiables y que vanan en el tiempo 5 es corregir los errores basados en los esquemas de solicitud automatica de repeticion (ARQ) junto con una tecnica de correccion de errores directos (FEC) denominada ARQ hubrida (HARQ) . Si se detecta un error por un control de redundancia ciclico utilizado comunmente (CRC) , el receptor del sistema de comunicacion solicita al transmisor enviar de nuevo los paquetes de datos recibidos de forma erronea.

S. Kallel, Analysis of a type II hybrid ARQ scheme with code combining, IEEE Transactions on Communications, Vol. 10 38, N° 8, Agosto de 1990, y S. Kallel, R. Link, S. Bakhtiyari, Throughtput performance of Memor y ARQ schemes,

IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 48, N° 3, Mayo de 1999, definen tres tipos diferentes de esquemas ARQ:

■ Tipo I: Los paquetes erroneos recibidos son descartados y se retransmite una nueva copia del mismo paquete y se decodifica de forma separada. No existe combinacion de las versiones recibidas antes y despues de este paquete.

15 ■ Tipo II: Los paquetes erroneos recibidos no son descartados, sino que son combinados con algunos bits de

redundancia incrementada previstos por el transmisor para la posterior decodificacion. Los paquetes retransmitidos tienen con frecuencia mayores velocidades de codificacion y estan combinados en el receptor con los valores almacenados. Esto significa que solamente se anade poca redundancia en cada retransmision.

■ Tipo III: Es el mismo que el Tipo II con la limitacion de que cada paquete retransmitido es ahora auto-decodificable. 20 Esto implica que el paquete transmitido es decodificable sin la combinacion con paquetes previos. Esto es util si

algunos paquetes son danados de tal manera que no se puede reutilizar casi ninguna informacion.

Los esquemas de los tipos II y III son obviamente mas inteligentes y muestran una ganancia de actuacion con respecto al Tipo I, puesto que proporcionan capacidad para reutilizar la informacion a partir de paquetes erroneos recibidos previamente. Existen basicamente tres esquemas de reutilizacion de la redundancia de los paquetes 25 transmitidos previamente:

■ Combinacion-Flexible

■ Combinacion-de Codigos

■ Combinacion de Combinacion Flexible y de Codigos Combinacion-Flexible

30 Empleando la combinacion flexible, los paquetes de retransmision llevan sfmbolos identicos comparado con los sfmbolos recibidos previamente. En este caso, los paquetes multiples recibidos son combinados o bien sfmbolo por sfmbolo o por una base de bit por bit como, por ejemplo, se describe en D. Chase, Code combining: A maximum- likelihood decoding approach for combining an arbitrar y number of noisy packets, IEEE Trans. Commun., Vol. COM- 33, pp. 385-393, Mayo de 1985 o B.A. Harvey and S. Wicker, Packet Combining Systems based and the Viterbi 35 Decoder, IEEE Transactions on Communications, Vol. 42, N° 2/3/4 de Abril de 1994. Combinando estos valores de decision flexible a partir de todos los paquetes recibidos, las fiabilidades binarias transmitidas se incrementaran linealmente con el numero y potencia de los paquetes recibidos. Desde el punto de vista del decodificador, el mismo esquema FEC (con frecuencia de codigo constante) sera empleado sobre todas las transmisiones. Por tanto, el decodificador no necesita conocer cuantas retransmisiones se han realizado, puesto que se observan solamente los 40 valores de decision flexible combinados. En este esquema, todos los paquetes transmitidos tendran que llevar el mismo numero de sfmbolos.

Combinacion-de codigos

La combinacion de codigos concatena los paquetes recibidos con el fin de generar una nueva palabra de codigo (disminuyendo la frecuencia de codigos con aumento del numero de transmisiones) . Por tanto, el decodificador es 45 consciente del esquema FEC a aplicar en cada instante de la retransmision. La combinacion de codigos ofrece una mayor flexibilidad con respecto a la combinacion flexible, puesto que la longitud de los paquetes retransmitidos puede alterarse para adaptarse a las condiciones del canal. No obstante, esto requiere mas datos de senalizacion que deben ser transmitidos con respecto a la combinacion flexible.

Combinacion de combinacion flexible y de codigos

50 En el caso de los paquetes retransmitidos que llevan ciertos sfmbolos identicos a los sfmbolos transmitidos previamente, y muchos codigos-sfmbolos diferentes de estos, los codigos-sfmbolos iguales son combinados utilizando combinacion flexible como se describe en la seccion titulada Soft Combining, mientras que los codigos-

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s^bolos restantes estaran combinados utilizando la combinacion de codigos. Aqm, los requerimientos de senalizacion seran similares a la combinacion de codigos.

Como se ha mostrado en M.P. Schmitt, Hybrid ARQ Scheme employing TCM and Packet Combining, Electronics Letters Vol. 34, N° 18, de Septiembre de 1998 que la actuacion de HARQ por Modulacion de Codigo Trellis (TCM) puede mejorarse disponiendo de nuevo la constelacion de sfmbolos para las retransmisiones. Alli, la ganancia de actuacion resulta de llevar al maximo las distancias Euclfdeas entre los sfmbolos dispuestos sobre las retransmisiones, puesto que se ha realizado la redisposicion sobre una base de sfmbolos.

Considerando los esquemas de modulacion de orden alto (con sfmbolos de modulacion que llevan mas de dos bits) , los metodos de combinacion que emplean combinacion flexible tienen un inconveniente principal. Las fiabilidades binarias dentro de los sfmbolos combinados flexibles estaran en una relacion constante sobre todas las retransmisiones, es decir, los bits que han sido menos fiables procedentes de las transmisiones recibidas previas seran todavfa menos fiables despues de haber recibido las transmisiones adicionales y, de forma analoga, los bits que han sido mas fiables procedentes de las transmisiones recibidas previas, seran todavfa mas fiables despues de haber recibido las transmisiones adicionales.

Las fiabilidades binarias variadas se desarrollan a partir de la limitacion del mapeo de constelacion de senales bidimensionales, donde los esquemas de modulacion que llevan mas de 2 bits por sfmbolo no pueden tener las mismas fiabilidades medias para todos los bits bajo el supuesto de que todos los sfmbolos son probablemente transmitidos iguales. El termino fiabilidades medias es entendido, en consecuencia, como la fiabilidad binaria particular sobre todos los sfmbolos de una constelacion de senales.

Empleando una constelacion de senales para un esquema de modulacion de 16 QAM, de acuerdo con la Figura 1, que muestra una constelacion de senal codificada Gray con un orden de mapeo binario dado /1 q1/2q2, los bits dispuestos sobre los sfmbolos se diferencian entre sf en la fiabilidad media en la primera transmision del paquete. Mas detalladamente, los bits /1 y q1 tienen una fiabilidad media, puesto que estos bits son dispuestos a semiespacios del diagrama de constelacion de senales con las consecuencias de que la fiabilidad es independiente del hecho de si el bit transmite un uno o un cero.

Al contrario de esto, los bits /2 y q2, tienen una baja fiabilidad media, puesto que su fiabilidad depende del hecho de si se transmite un uno o un cero. Por ejemplo, para el bit /2, los unos son dispuestos en las columnas exteriores, mientras que los ceros son dispuestos en las columnas interiores. De manera similar, para el bit q2, los unos son dispuestos en las hileras exteriores, mientras que los ceros son dispuestos en las hileras interiores.

Para la segunda y cada una de las retransmisiones adicionales, las fiabilidades binarias permaneceran en una relacion constante unas con respecto a otras, lo que se define por la constelacion de senales empleada en la primera transmision, es decir, bits /1 y q-i, tendran siempre una fiabilidad media mas alta que los bits /2 y q2 despues de algun numero de retransmisiones.

El documento EP-A-938207 describe un sistema de comunicacion de transmision de redundancia incremental, en el que los bloques de datos para un intervalo de tiempo se transmiten despues de la modulacion de un cierto tipo. En el siguiente intervalo de tiempo, basado en la retroalimentacion de la calidad del canal, se puede utilizar otro formato de modulacion, como la modulacion de 4 niveles (PSK), 8 niveles y 16 niveles (PSK o QAM). Ademas, el formato de codificacion y/o modulacion utilizado se indica utilizando un campo de adaptacion. Un indicador de calidad de canal se usa para designar el formato de modulacion aconsejable o admisible maximo para las asignaciones posteriores.

El documento US 6.138.260 A describe un sistema ARQ hnbrido dentro de un entorno de comunicaciones inalambricas de acceso multiple para recombinar senales de retransmision ARQ con la informacion obtenida a partir de las correspondientes transmisiones previamente fallidas de la misma senal que habfan sido recibidas por el emisor dentro de la interfaz de aire. Ademas, se implementa la correccion de error directo (FEC) dentro de un entorno ARQ.

El objeto subyacente de la presente invencion es proporcionar un aparato de comunicacion y un metodo de retransmision ARQ tnbrido con una actuacion de correccion de error mejorada. Este objeto se resuelve mediante un aparato como se expone en la reivindicacion 1 y un metodo como se indica en la reivindicacion 6 independiente.

El aparato y el metodo objeto de la invencion esta basado en el reconocimiento de que con el fin de mejorar la actuacion del decodificador, sena bastante beneficioso tener fiabilidades medias binarias iguales o casi iguales, despues de cada transmision recibida de un paquete. Por tanto, la idea en la que se basa la invencion es confeccionar a medida las fiabilidades medias sobre las retransmisiones de un modo que se promedien las probabilidades binarias medias. Esto se consigue eligiendo una primera y al menos una segunda constelacion de senales predeterminada para las transmisiones, de forma que son casi iguales las fiabilidades binarias medias combinadas para los bites respectivos de todas las transmisiones.

Por tanto, la redisposicion de la constelacion de senales da lugar a un mapeo binario, donde las distancias Euclfdeas entre los sfmbolos de modulacion pueden alterarse de retransmision a retransmision debido al movimiento de los

puntos de constelacion. Como resultado, las fiabilidades binarias medias pueden ser manipuladas de una manera deseada y promediadas para incrementar la actuacion del decodificador FEC en el receptor.

Para un entendimiento mas profundo de la presente invencion, se describiran las formas de realizacion preferidas a continuacion con referencia a los dibujos que se acompanan.

5 La figura 1 es una constelacion de senales ejemplar para ilustrar un esquema de modulacion 16 QAM con sfmbolos de bit codificados.

La figura 2 muestra cuatro ejemplos para las constelaciones de senales para un esquema de modulacion 16 QAM con sfmbolos de bit codificados Gray.

La figura 3 muestra una constelacion de senales ejemplar para sfmbolos de bit codificados 64-QAM Gray.

10 La figura 4 muestra seis constelaciones de senales ejemplares para sfmbolos de bit codificados 64-QAM Gray.

La figura 5 es una forma de realizacion ejemplar de un sistema de comunicacion en el que se ilustra el metodo en subyacente de la invencion, y

La figura 6 explica los detalles de la unidad de mapeo mostrada en la figura 5.

Para un mejor entendimiento de las formas de realizacion, a continuacion, se describira el concepto de una relacion 15 de Probabilidad-Logantmica (LLR) como una metrica para las fiabilidades binarias. En primer lugar, se mostrara un calculo directo de las LLR binarias dentro de los sfmbolos dispuestos para una sola transmision. Despues, se extendera el calculo LLR al caso de transmision multiple.

Transmision individual

La LLR media del i bit b'n bajo la restriccion de que se ha transmitido el sfmbolo Sn durante una transmision sobre un 20 canal con el ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN) y los sfmbolos probablemente iguales producen

imagen1

donde rn = Sn designa el sfmbolo medio recibido bajo la limitacion de que el sfmbolo Sn ha sido transmitido (ca- so AWGN) , dn, m2 designa el cuadrado de la distancia Euclfdea entre el sfmbolo recibido rn y el sfmbolo sm, y Es/No designa la relacion de senal respecto a ruido observada.

25 Puede verse a partir de la Ecuacion (1) que LLR depende de la relacion de senal respecto a ruido Es/No y de las distancias Euclfdeas dn, mentre los puntos de constelacion de senales.

Transmisiones Multiples

Considerando las transmisiones multiples, la LLR media despues de la transmision k del i bit bni bajo la limitacion de que los sfmbolos Sn®han sido transmitidos sobre los canales AWGN independientes y los sfmbolos probablemente 30 iguales producen

imagen2

donde j designa la j transmision ( (j-1) retransmision) . Analogo al caso de transmision individual, las LLR dependen de las relaciones de senal respecto a ruido y de las distancias Euclfdeas en cada tiempo de transmision.

Si no se realiza redisposicion de constelacion, las distancias Euclfdeas dn, m ® = dn, m(1) son constantes para todas las 35 transmisiones y, por tanto, las fiabilidades binarias (LLR) despues de k transmisiones se definiran por la relacion de senal respecto a ruido observada en cada tiempo de transmision y los puntos de constelacion de senales desde la primera transmision. Para esquemas de modulacion de nivel mas alto (mas de 2 bits por sfmbolo) esto da lugar a variacion de las LLR medias para los bits, que, a su vez, conduce a diferentes fiabilidades binarias medias. Las diferencias en las fiabilidades medias permanecen sobre todas las retransmisiones y conducen a una degradacion 40 en la actuacion del decodificador.

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Estrategia 16-QAM

A continuacion, el caso de un sistema 16-QAM sera considerado de manera ejemplar dando lugar a 2 bits de alta fiabilidad y 2 bits de baja fiabilidad, donde para los bits de baja fiabilidad, la fiabilidad depende de la transmision de un uno o un cero (ver Figura 1) . Por tanto, en general, existen tres niveles de fiabilidades.

Nivel 1 (2 bits Alta Fiabilidad) : mapeo de bits para unos (ceros) separados en la mitad del espacio real (negativo) para los bits-i y la mitad del espacio imaginario para los bits-q. Aqm, no existe diferencia si los unos son dispuestos en la mitad del espacio positivo o en la mitad del espacio negativo.

Nivel 2 (2 bits Baja Fiabilidad) : Unos (ceros) son dispuestos en las columnas interiores (exteriores) para los bits-i o en las hileras interiores (exteriores) para los bits-q. Puesto que existe diferencia para la LLR con dependiendo de la mapeo en las columnas e hileras interiores (exteriores) , el Nivel 2 es clasificado adicionalmente:

Nivel 2a: Mapeo de in en columnas interiores y qn en columnas interiores, respectivamente.

Nivel 2b: Mapeo invertida del Nivel 2a: Mapeo de in a las columnas exteriores y qn a las hileras exteriores, respectivamente.

Para asegurar un proceso de promedio optimo sobre las transmisiones para todos los bits, los niveles de fiabilidades deben ser alterados cambiando las constelaciones de senales de acuerdo con los algoritmos dados en la siguiente seccion.

Se ha considerado que el orden de mapeo de bit esta abierto antes de la transmision inicial, pero debe permanecer a traves de las retransmisiones, por ejemplo, mapeo de bit para transmision inicial: hq-ii2q2 ^ mapeo de bit de todas las retransmisiones: iiqii2q2.

Para la ejecucion del sistema real, existe un numero de posibles constelaciones de senales para alcanzar el proceso de promedio sobre las retransmisiones. Algunos ejemplos para las posibles constelaciones se muestran en la Figura 2. Las fiabilidades binarias resultantes de acuerdo con la Figura 2 se dan en la Tabla 1.

TABLA 1 Fiabilidades binarias para 16-QAM de acuerdo con las constelaciones de senales mostradas en la figura 2

Constelacion

bit ii bit qi bit i2 bit q2

1

Alta Fiabilidad (Nivel 1) Alta Fiabilidad (Nivel 1) Baja Fiabilidad (Nivel 2b) Baja Fiabilidad (Nivel 2b)

2

Baja Fiabilidad (Nivel 2a) Baja Fiabilidad (Nivel 2a) Alta Fiabilidad (Nivel 1) Alta Fiabilidad (Nivel 1)

3

Baja Fiabilidad (Nivel 2b) Baja Fiabilidad (Nivel 2b) Alta Fiabilidad (Nivel 1) Alta Fiabilidad (Nivel 1)

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Alta Fiabilidad (Nivel 1) Alta Fiabilidad (Nivel 1) Baja Fiabilidad (Nivel 2a) Baja Fiabilidad (Nivel 2a)

Ademas, la Tabla 2 proporciona algunos ejemplos de como combinar las constelaciones para las transmisiones 1 a 4 (utilizando los 4 mapeos diferentes) .

Tabla 2. Ejemplos para estrategias de Redisposicion de Constelaciones para 16-QAM (utilizando 4 mapeos) con constelaciones de senales de acuerdo con la Figura 2 y fiabilidades binarias de acuerdo con la Tabla 1

N° Transmision

Esquema 1 (con Constelaciones) Esquema 2 (con Constelaciones) Esquema 3 (con Constelaciones) Esquema 4 (con Constelaciones)

1

1

1

1

1

2

2

2

3 3

3

3

4 2 4

4

4

3 4 2

Los dos algoritmos que se dan describen los esquemas utilizando 2 o 4 mapeos, en general. El metodo que utiliza 2 mapeos da lugar a una menor complejidad del sistema, no obstante, tiene cierta degradacion de actuacion con respecto al metodo que utiliza las 4 mapeos. El mapeo para los bits i y q puede realizarse independientemente y, por

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tanto, a continuacion se describe el mapeo para los bits i solamente. Los algoritmos para los bits q trabajan de forma analoga.

Algoritmos 16-QAM

A. Utilizando 2 mapeos 1a Etapa (1a Transmision)

Seleccionar nivel 1 para ii ^ Nivel 2 para i2 - libre eleccion si 2a o 2b.

^1er Mapeo definido 2a Etapa. (2a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para i2^ Nivel 2 para ii - libre eleccion si 2a o 2b.

^2° Mapeo definido 3a Etapa.

Opciones:

(a) Ir a Etapa 1 y continuar alternando entre 1er y 2° Mapeo

(b) Utilizar 2° Mapeo y continuar utilizando 2 veces 1er Mapeo y 2 veces 2° Mapeo y asf sucesivamente...

B. Utilizando 4 mapeo

1a Etapa (1a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para h ^ Nivel 2 para i2 - eleccion libre si 2a o 2b ^1er Mapeo definido 2a Etapa (2a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para i2 ^ Nivel 2 para h - eleccion libre si 2a o 2b ^ 2° Mapeo definido 3a Etapa (3a Transmision)

Opciones:

(a) Seleccionar Nivel 1 para h ^ Nivel 2 para i2 con las siguientes opciones (a1) si se utilizo 2a en 1a Transmision, entonces utilizar 2b

(a2) si se utilizo 2b en 1a Transmision, entonces utilizar 2a

(b) Seleccionar Nivel 1 para i2 ^ Nivel 2 para h con las siguientes opciones (b1) si se utilizo 2a en 2a Transmision, entonces utilizar 2b

(b2) si se utilizo 2b en 2a Transmision, entonces utilizar 2a ^ 3er Mapeo definido 4a Etapa (4a Transmision) si opcion (a) en 3a Etapa

Seleccionar el Nivel 1 para i2 ^ Nivel 2 para h con las siguientes opciones (a1) si se utilizo 2a en la 2a Transmision, entonces utilizar 2b (a2) si se utilizo 2b en la 2a Transmision, entonces utilizar 2a si opcion (b) en 3a Etapa.

Seleccionar el Nivel 2 para h ^ Nivel 2 para i2 con las siguientes opciones

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(a1) si se utilizo 2a en la 1a Transmision, entonces utilizar 2b (a2) si se utilizo 2b en la ia Transmision, entonces utilizar 2a ^ 4° Mapeo Definido 5a Etapa. (Transmision 5., 9., 13., ...)

Seleccionar entre una de los 4 mapeos definidos.

6a Etapa. (Transmision 6., 10., 14., ...)

Seleccionar entre uno de los 4 mapeos definidos excepto

(a) el mapeo utilizado en la 5a Etapa. (transmision previa)

(b) el mapeo que ofrece fiabilidad Nivel 1 al mismo bit que en la transmision previa 7a Etapa (Transmision 7., 11., 15., ...)

Seleccionar entre uno de los 2 mapeos restantes no utilizados en las 2 ultimas transmisiones.

8a Etapa (Transmision 8., 12., 16., ...)

Seleccionar el mapeo no utilizado en las 3 ultimas transmisiones.

9a Etapa.

Ir a 5a Etapa.

Estrategia 64-QAM

En el caso de un sistema 64-QAM, existiran 2 bits de alta fiabilidad, 2 bits de fiabilidad media, y 2 bits de baja fiabilidad, donde para los bits de baja y media fiabilidad, la fiabilidad depende de la transmision de un uno o un cero (ver figura 3) . Por tanto, en total, existen 5 niveles de fiabilidades.

Nivel 1 (2 bits, Alta Fiabilidad): El mapeo binario para unos (ceros) separados en la mitad del espacio real positivo (negativo) para los i-bits y la mitad del espacio imaginario para los bits-q. Aqm, no existe diferencia si los unos estan dispuestos en la mitad del espacio positivo o negativo.

Nivel 2 (2 bits, Fiabilidad Media) : Los unos (ceros) son dispuestos en columnas 4 interiores y 2x2 exteriores para los bits-i y en 4 hileras interiores y 2x2 exteriores para los bits-q. Puesto que existe una diferencia para la LLR, dependiendo de la columna/hilera interior o exterior, se clasifica adicionalmente el Nivel 2.

Nivel 2a: Mapeo de in en 4 columnas interiores y qn en 4 hileras interiores, respectivamente.

Nivel 2b: Mapeo invertida de 2a: in en columnas exteriores y qn en hileras exteriores, respectivamente.

Nivel 3 (2 bits, Baja Fiabilidad) : Los unos (ceros) estan dispuestos en las columnas 1-4-5-8/2-3-6-7 para los bits-i o a las hileras 1-4-5-8/2-3-6-7 para los bits-q. Puesto que existe una diferencia para la LLR dependiendo del mapeo en columnas/hileras 1-4-5-8 o 2-3-6-7, el Nivel 3 es clasificado adicionalmente:

Nivel 3a: Mapeo de in en columnas 2-3-6-7 y qn a hileras 2-3-6-7, respectivamente.

Nivel 3b: Mapeo invertido de 2a: in en columnas 1-4-5-8 y qn en hileras 1-4-5-8, respectivamente.

Para asegurar un proceso de promedio optimo sobre las transmisiones para todos los bits, los niveles de fiabilidades deben ser alterados cambiando las constelaciones de las senales de acuerdo con los algoritmos dados en la siguiente seccion.

Se ha considerado que el orden de mapeo de bit esta abierto antes de la transmision inicial, pero debe permanecer a traves de las retransmisiones, por ejemplo, mapeo de bit para la transmision inicial: hq-ii2q2i3q3 ^ mapeo de bit de todas las retransmisiones: hq-ii2q2i3q3.

De forma analoga al 16-QAM para la ejecucion del sistema real existe un numero de posibles constelaciones de senales para alcanzar el proceso de promedio sobre las retransmisiones. Se muestran en la Figura 4 algunos ejemplos para las posibles constelaciones. Las fiabilidades binarias resultantes de acuerdo con la Figura 4 se dan en la Tabla 3.

TABLA 3 Fiabilidades binarias para 64-QAM de acuerdo con las constelaciones de senales mostradas en la Figura 4

Constelacion

bit ii bit qi bit i2 bit q2 bit i3 bit q3

1

Alta Alta Fiabilidad Fiabilidad Baja Baja

Fiabilidad Fiabilidad Media Media Fiabilidad Fiabilidad

(Nivel 1) (Nivel 1) (Nivel 2b) (Nivel 2b) (Nivel 3b) (Nivel 3b)

2

Baja Baja Alta Alta Fiabilidad Fiabilidad

Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad Media Media

(Nivel 3b) (Nivel 3b) (Nivel 1) (Nivel 1) (Nivel 2b) (Nivel 2b)

3

Fiabilidad Fiabilidad Baja Baja Alta Alta

Media Media Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad

(Nivel 2b) (Nivel 2b) (Nivel 3b) (Nivel 3b) (Nivel 1) (Nivel 1)

4

Alta Alta Fiabilidad Fiabilidad Baja Baja

Fiabilidad Fiabilidad Media Media Fiabilidad Fiabilidad

(Nivel 1) (Nivel 1) (Nivel 2a) (Nivel 2a) (Nivel 3a) (Nivel 3a)

5

Baja Baja Alta Alta Fiabilidad Fiabilidad

Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad Media Media

(Nivel 3a) (Nivel 3a) (Nivel 1) (Nivel 1) (Nivel 2a) (Nivel 2a)

6

Fiabilidad Fiabilidad Baja Baja Alta Alta

Media Media Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad Fiabilidad

(Nivel 2a) (Nivel 2a) (Nivel 3a) (Nivel 3a) (Nivel 1) (Nivel 1)

Ademas, la Tabla 4 proporciona algunos ejemplos de como combinar las constelaciones para las transmisiones 1 a 6 (utilizando los 6 mapeos diferentes) .

TABLA 4 Ejemplos para estrategias de Redisposicion de Constelaciones para 64-QAM (utilizando 6 mapeos) con constelaciones de senales de acuerdo con la Figura 4 y fiabilidades binarias de acuerdo con la Tabla 3

N° Transmision

Esquema 1 (con Constelaciones) Esquema 2 (con Constelaciones) Esquema 3 (con Constelaciones) Esquema 4 (con Constelaciones)

1

1

1

1

1

2

2

3 5 3

3

3

2 6 2

4

4

4

4

6

5

5

5

2

5

6

6

6

3 4

5 Los dos algoritmos que se dan describen los esquemas utilizando 3 o 6 mapeos, en general. El metodo que utiliza 3 mapeos da lugar a una menor complejidad del sistema, no obstante, tiene cierta degradacion de actuacion con respecto al metodo que utiliza las 6 mapeos. El mapeo para los bits i y q puede realizarse independientemente y, por tanto, a continuacion se describe el mapeo para los bits i solamente. Los algoritmos para los bits q trabajan de forma analoga.

10 Algoritmos 64-QAM

A. Utilizando 3 mapeos 1a Etapa (1a Transmision)

1a Etapa (1a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para ii

15 Seleccionar Nivel 2 para i2 (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para i3 - eleccion libre si 3a o 3b.

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35

^ 1er Mapeo definido 2a Etapa. (2a Transmision)

Opciones:

(a) Seleccionar Nivel 1 para i2

Seleccionar Nivel 2 para i3 (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 si 3a o 3b

(b) Seleccionar Nivel 1 para i3

Seleccionar Nivel 2 para ii (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para i2 - eleccion libre si 3a o 3b

^ 2° Mapeo definido

3a Etapa. (3a Transmision)

si (a), en 2a Etapa

Seleccionar Nivel 1 para i3

Seleccionar Nivel 2 para ii (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para i2 - eleccion libre si 3a o 3b. si (b) en 2a Etapa Seleccionar Nivel 1 para i2

Seleccionar Nivel 2 para i3 (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para h - eleccion libre si 3a o 3b.

^ 3er Mapeo definido

4a Etapa. (Transmision 4., 7., 10., ...)

Seleccionar entre uno de los 3 mapeos definidos.

5a Etapa. (Transmision 5., 8., 11., ...)

Seleccionar entre uno de los 3 mapeos definidos, excepto el mapeo utilizada en la transmision previa.

6a Etapa. (Transmision 6., 9., 12., ...)

Seleccionar entre uno de los 3 mapeos definidos, excepto el mapeo utilizada en las ultimas 2 transmisiones. 7a Etapa.

Ir a 4a Etapa.

B. Utilizar los 6 mapeos 1a Etapa (1a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para h

Seleccionar Nivel 2 para i2 (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para i3 - eleccion libre si 3a o 3b ^ 1er Mapeo definido 2a Etapa. (2a Transmision)

Opciones:

(a) Seleccionar Nivel 1 para i2

Seleccionar Nivel 2 para i3 (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para h- eleccion libre si 3a o 3b

(b) Seleccionar Nivel 1 para i3

Seleccionar Nivel 2 para h (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para i2 - eleccion libre si 3a o 3b ^ 2° Mapeo definido

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3a Etapa. (3a Transmision) si (a) en 2a Etapa.

Seleccionar Nivel 1 para i3

Seleccionar Nivel 2 para h (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para i2 - eleccion libre si 3a o 3b si (b) en 2a Etapa.

Seleccionar Nivel 1 para i2

Seleccionar Nivel 2 para i3 (eleccion libre si 2a o 2b) ^ Nivel 3 para ii - eleccion nivel si 3a o 3b ^ 3er Mapeo definido 4a Etapa. (4a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para un bit entre ii, i2 o i3

Seleccionar Nivel 2 para un bit entre los dos bits restantes con las siguientes limitaciones (a1) si en una de las transmisiones previas, 2a se utilizo para este bit, entonces utilizar 2b

(a2) si en una de las transmisiones previas, 2b se utilizo para este bit, entonces utilizar 2a

^ Nivel 3 para los bits restantes con las siguientes limitaciones

(b1) si en una de las transmisiones previas, 3a se utilizo para este bit, entonces utilizar 3b

(b2) si en una de las transmisiones previas, 3b se utilizo para este bit, entonces utilizar 3a

^ 4° Mapeo definido 5a Etapa. (5a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 entre uno de los dos bits que no tienen Nivel 1 en la 4a Etapa

Seleccionar Nivel 2 entre uno de los dos bits que no tienen Nivel 2 en 4a Etapa con las siguientes limitaciones (a1) si en una de las transmisiones previas 2a fue utilizado para este bit, entonces utilizar 2b (a2) si en una de las transmisiones previas 2b fue utilizado para este bit, entonces utilizar 2a ^ Nivel 3 para bit restante con las siguientes limitaciones

(b1) si en una de las transmisiones previas 3a se utilizo para este bit, entonces utilizar 3b

(b2) si en una de las transmisiones previas 3b se utilizo para este bit, entonces utilizar 3a

^ 5° Mapeo definido 6a Etapa. (6a Transmision)

Seleccionar Nivel 1 para bit que no tiene Nivel 1 en 4a Etapa y en 5a Etapa

Seleccionar nivel 2 para bit que no tiene Nivel 2 en 4a Etapa y 5a Etapa con las siguientes limitaciones (a1) si en una de las transmisiones previas 2a se utilizo para este bit, entonces utilizar 2b

(a2) si en una de las transmisiones previas 2b se utilizo para este bit, entonces utilizar 2a

^ Nivel 3 para bit restante con las siguientes limitaciones

(b1) si en una de las transmisiones previas 3a se utilizo para este bit, entonces utilizar 3b

(b2) si en una de las transmisiones previas 3b se utilizo para este bit, entonces utilizar 3a

^ 6° Mapeo definido 7a Etapa. (Transmision 7., 13., 19., ...)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Seleccionar entre uno de los 6 mapeos definidos 8a Etapa. (Transmision 8., 14., 20., ...)

Seleccionar entre uno de los 6 mapeos definidos, excepto

(a) el mapeo utilizada en 7a Etapa. (transmision previa)

(b) el mapeo que ofrece fiabilidad Nivel 1 al mismo bit como en la transmision previa.

9a Etapa. (Transmision 9., 15., 21., ...)

Seleccionar entre uno de los 6 mapeos definidos, dando la fiabilidad del Nivel 1 al bit que no tiene el Nivel 1 en las 2 ultimas transmisiones.

10a Etapa. (Transmision 10., 16., 22., ...)

Seleccionar entre uno de los 3 mapeos restantes no utilizados en las 3 transmisiones.

Etapa 11. (Transmision 11., 17., 23., ...)

Seleccionar entre uno de los 2 mapeos restantes no utilizados en las ultimas 4 transmisiones.

Etapa 12. (Transmision 12., 18., 24., ...)

Seleccionar un mapeo restante no utilizado en las 5 transmisiones.

Etapa 13 Ir a la 7a Etapa.

La figura 5 muestra una forma de realizacion de un sistema de comunicacion al que puede aplicarse la presente invencion. Mas espedficamente, el sistema de comunicacion comprende un transmisor 10 y un receptor 20 que se comunican a traves de un canal 30 que puede estar o bien unido con cable o inalambrico, es decir, una interfaz de aire. A partir de una fuente de datos 11, los paquetes de datos son suministrados a un codificador FEC 12, donde los bits de redundancia son anadidos a los errores correctos. Los n bits de entrada emitidos desde el decodificador FEC son suministrados posteriormente a una unidad de mapeo 13 que actua como un modulador para emitir los sfmbolos formados de acuerdo con el esquema de modulacion aplicado memorizado como un patron de constelacion en una tabla 15. Despues de la transmision sobre el canal 30, el receptor 20 controla los paquetes de datos recibidos, por ejemplo, por medio de un control de redundancia ciclico (CRC) para la correccion.

Si los paquetes de datos recibidos son erroneos, los mismos son almacenados en una memoria temporal 22 para la posterior combinacion flexible con los paquetes de datos retransmitidos.

Se lanza una retransmision por una solicitud de repeticion automatica presentada por un detector de error (no mostrado) con el resultado de que se transmite un paquete de datos identico, a partir del transmisor 10. En la unidad de combinacion 21, los paquetes de datos erroneos recibidos previamente son combinados de forma flexible con los paquetes de datos retransmitidos. La unidad de combinacion 21 actua tambien como un demodulador y el mismo patron de constelacion de senales memorizado en la tabla 15 se utiliza para demodular el sfmbolo que se utilizo durante la modulacion de este sfmbolo.

Como se ilustra en la figura 6, la tabla 15 memoriza una pluralidad de patrones de constelacion de senales que son seleccionadas para las (re) transmisiones individuales de acuerdo con un esquema predeterminado. El esquema, es decir, la secuencia de los patrones de constelacion utilizados para la modulacion/demodulacion es o bien pre- memorizada en el transmisor y el receptor o es senalizada por el transmisor al receptor antes del uso.

Como se menciona anteriormente, el metodo subyacente de la invencion dispone de nuevo los patrones de constelacion de senales para las (re) -transmisiones individuales de acuerdo con un esquema predeterminado, tal que se promedian las fiabilidades binarias medias. Por tanto, la actuacion del decodificador FEC 23 es mejorado de forma significativa, dando lugar a un porcentaje bajo de error binario (VER) emitido desde el decodificador.

De acuerdo con una realizacion ilustrativa del metodo de retransmision ARQ tnbrido en un sistema de comunicacion, los paquetes de datos que son codificados con una tecnica de correccion de error directa (FEC) antes de la transmision, son retransmitidos basados en una solicitud de repeticion automatica y posteriormente combinados de forma flexible con los paquetes de datos erroneos recibidos previamente o bien sobre una base de sfmbolo a sfmbolo o de bit a bit, siendo modulados los sfmbolos de dichos paquetes de datos erroneos empleando una primera constelacion de senales y siendo modulados los sfmbolos de dichos paquetes de datos retransmitidos empleando al menos una constelacion de senales predeterminada, teniendo cada bit de sfmbolo una fiabilidad binaria media definida por las fiabilidades binarias individuales sobre todos los sfmbolos de la constelacion de la senal predeterminada, caracterizado por que la primera y al menos la segunda constelacion de senales predeterminada

5

10

15

20

25

30

35

para los paquetes de datos son elegidas de manera que son promediadas las fiabilidades binarias medias para los bits respectivos de todas las transmisiones.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, las respectivas distancias EucKdeas entre al menos dos s^bolos modulados de la primera y segunda constelacion de senal son diferentes.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, el esquema de modulacion empleado es la Modulacion de amplitud en Cuadratura (QAM), en la que se disponen mas de dos bits sobre un sfmbolo.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, los bits de sfmbolo de los paquetes de datos son codificados Gray.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, el esquema de modulacion empleado es 16 DAM y que durante la modulacion se asignan a cada uno de los cuatro bits de sfmbolo uno de dos niveles de fiabilidades medias binarias.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, durante la modulacion que emplea la primera constelacion de senal, a dos bits de un sfmbolo se les asigna una alta fiabilidad binaria media y a los dos bits restantes del sfmbolo se les asigna una baja fiabilidad binaria media y durante la modulacion que emplea la segunda constelacion de senales, las fiabilidades binarias medias invertidas son asignadas a los bits de sfmbolo respectivos.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, el esquema de modulacion empleado es 64 CAM y que durante la modulacion se asignan a cada uno de los seis bits de sfmbolo uno de los tres niveles de fiabilidades binarias medias.

De acuerdo con la realizacion adicional del metodo de retransmision, durante la modulacion que emplea la primera constelacion de senal, a dos bits de un sfmbolo se les asigna una alta fiabilidad binaria media, a dos bits adicionales se les asigna una fiabilidad binaria media intermedia y a dos bits restantes del sfmbolo se les asigna una baja fiabilidad binaria media, y que durante la modulacion que emplea la segunda constelacion de senal y una tercera constelacion de senal, las fiabilidades binarias medias invertidas se asignan a los bits de sfmbolos respectivos. de tal manera que la suma de las fiabilidades binarias medias para los bits correspondientes sobre todas las (re)- transmisiones es casi igual.

De acuerdo con una realizacion ilustrativa de un receptor en un sistema de comunicacion incorporado para llevar a cabo el metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprende ademas medios de tablas para almacenar el primer y al menos el segundo patron de constelacion de senal.

De acuerdo con la realizacion adicional del receptor, el receptor comprende ademas medios de almacenamiento para almacenar la secuencia de constelaciones de senal empleadas para modular los bits de sfmbolos durante todas las (re)-transmisiones.

De acuerdo con una realizacion ilustrativa de un transmisor en un sistema de comunicacion, el transmisor comprende ademas medios de tablas para almacenar el primer y el al menos segundo patron de constelacion de senal.

De acuerdo con la realizacion adicional, el transmisor comprende ademas medios para senalizar la secuencia de constelaciones de senal empleadas para modular los bits de sfmbolo para todas las (re)-transmisiones al receptor.

Claims (6)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   REIVINDICACIONES

   1. Un aparato de comunicacion (10) que realiza una transmision de solicitud de repeticion automatica con una redisposicion en constelacion, que comprende:

   una seccion de codificacion (12) que codifica paquetes de datos con una correccion de error directa;

   una seccion de mapeo (13) que mapea los paquetes de datos codificados usando una primera constelacion de senal y una segunda constelacion de senal de entre una pluralidad de constelaciones de senal predeterminadas de un esquema de Modulacion de Amplitud de Cuadratura de 16 o 64 para generar un primer sfmbolo y un segundo sfmbolo respectivamente , cada bit mapeado en el primer sfmbolo y el segundo sfmbolo que tiene una fiabilidad de bit individual sobre los puntos de constelacion de la constelacion de senal predeterminada; y

   una seccion de transmision (30) que transmite el primer sfmbolo en una primera transmision y transmite el segundo sfmbolo en una retransmision;

   en el que, para cada uno de los puntos de la constelacion, una secuencia de bits que se mapeara usando la primera constelacion y una secuencia de bits que se mapeara usando la segunda constelacion son diferentes entre sf en al menos una de las posiciones de bits y valores logicos de los bits.
2. 2. El aparato de comunicacion de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende medios adaptados para seleccionar la primera constelacion de senal y la segunda constelacion de senal para los paquetes de datos (7) de tal manera que las fiabilidades binarias medias para los bits respectivos mapeados en el sfmbolo se promedian combinando el primero sfmbolo modulado utilizando la primera constelacion de senal con el segundo sfmbolo modulado utilizando la segunda constelacion de senal.
3. 3. El aparato de comunicacion segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la seccion de codificacion (12) esta adaptada para codificar por codificacion Gray los bits de sfmbolo de los paquetes de datos.
4. 4. El aparato de comunicacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-3, en el que el esquema de modulacion empleado es 16 QAM y que durante la modulacion se asigna a uno de los dos niveles de fiabilidad binaria medio a cada uno de los cuatro bits de sfmbolo.
5. 5. El aparato de comunicacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-3, en el que el esquema de modulacion empleado es 64 QAM y que durante la modulacion se asignan a cada uno de los seis bits de sfmbolo uno de los tres niveles de fiabilidades binarias medios.
6. 6. Un metodo de transmision ARQ con una redisposicion de la constelacion en un aparato de comunicacion que comprende los siguientes pasos:

   codificacion de paquetes de datos con una correccion de error directa;

   mapear los paquetes de datos codificados usando una primera constelacion de senal y una segunda constelacion de senal de entre una pluralidad de constelaciones de senal predeterminadas de un esquema de Modulacion de Amplitud de Cuadratura de 16 o 64 para generar un primer sfmbolo y un segundo sfmbolo respectivamente, teniendo cada bit mapeado en el primer sfmbolo y el segundo sfmbolo una fiabilidad binaria individual sobre los puntos de constelacion de la constelacion de senal predeterminada; y

   transmitir el primer sfmbolo en una primera transmision y el segundo sfmbolo en una retransmision;

   en el que, para cada uno de los puntos de la constelacion, una secuencia de bits a mapear usando la primera constelacion y una secuencia de bits a mapea usando la segunda constelacion son diferentes entre sf en al menos una de las posiciones binarias y valores logicos de los bits.