ES2712914T3

ES2712914T3 - Método y aparato para la señalización con constelaciones de capacidad optimizada

Info

Publication number: ES2712914T3
Application number: ES08795885T
Authority: ES
Inventors: Maged F Barsoum; Christopher Richard Jones
Original assignee: Constellation Designs LLC
Current assignee: Constellation Designs LLC
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: US8270511B2; US20190116509A1; US20210360444A1; US20090097582A1; US20210282030A1; US11864007B2; US20200145845A1; US11864006B2; US11930379B2; EP3518485B1; US20210360441A1; US20200145844A1; US11877164B2; US20200137595A1; US10701570B2; EP2153561A4; EP3518485A1; US20110228869A1; US20160316382A1; US10887780B2

Abstract

Un sistema de comunicación digital (10), que comprende: un transmisor (14) configurado para transmitir señales a través de un canal de comunicación (15); en donde el transmisor (14), comprende: un codificador (20) configurado para recibir bits de usuario y bits codificados de salida a una tasa de bits codificada de salida expandida; un asignador (22) configurado para asignar los bits codificados a símbolos en una constelación de símbolos modulada; y un modulador (24) configurado para generar una señal modulada para la transmisión a través del canal de comunicación mediante el uso de símbolos generados por el asignador. en donde el transmisor se caracteriza porque la constelación de símbolos es una constelación de símbolos separada desigualmente obtenida mediante la optimización de las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelación para maximizar la capacidad de descodificación paralela en una relación de señal a ruido dada, de manera que la constelación de símbolos proporciona una capacidad dada en una relación de señal a ruido reducida en comparación con una constelación de señales que maximiza la distancia mínima, dmin, entre los puntos de constelación de la constelación de símbolos.

Description

DESCRIPCION

Metodo y aparato para la senalizacion con constelaciones de capacidad optimizada

Antecedentes

La presente invencion se refiere generalmente a sistemas de transmision digital de ancho de banda y/o eficientes energeticamente, y mas espedficamente al uso de constelaciones separadas desigualmente que tienen una mayor capacidad.

El termino "constelacion" se usa para describir los posibles sfmbolos que pueden transmitirse por un sistema de comunicacion digital tipico. Un receptor intenta detectar los sfmbolos que se transmitieron al asignar una senal recibida a la constelacion. La distancia minima (dmin) entre los puntos de constelacion es indicativa de la capacidad de una constelacion a altas relaciones de senal a ruido (SNR). Por lo tanto, las constelaciones usadas en muchos sistemas de comunicacion se disenan para maximizar dmin. El aumento de la dimensionalidad de una constelacion permite una distancia minima mayor para la energfa constante de constelacion por dimension. Por lo tanto, se han disenado varias constelaciones multidimensionales con buenas propiedades de distancia minima.

Los sistemas de comunicacion tienen una capacidad maxima teorica, que se conoce como el lfmite de Shannon. Muchos sistemas de comunicacion intentan usar codigos para aumentar la capacidad de un canal de comunicacion. Se han logrado importantes ganancias de codificacion mediante el uso de tecnicas de codificacion tales como los codigos turbo y los codigos LDPC. Las ganancias de codificacion que pueden lograrse mediante el uso de cualquier tecnica de codificacion se limitan por la constelacion del sistema de comunicacion. Puede pensarse que el lfmite de Shannon se basa en una constelacion teorica conocida como una distribucion gaussiana, que es una constelacion infinita donde los sfmbolos en el centro de la constelacion se transmiten con mayor frecuencia que los sfmbolos en el borde de la constelacion. Las constelaciones practicas son finitas y transmiten los sfmbolos con iguales probabilidades, y por lo tanto, tienen capacidades que son menores que la capacidad gaussiana. Se piensa que la capacidad de una constelacion representa un lfmite en las ganancias que pueden lograrse mediante el uso de la codificacion al usar esa constelacion.

Se han hecho intentos previos para desarrollar constelaciones separadas desigualmente. Por ejemplo, se ha propuesto un sistema que usa constelaciones separadas desigualmente que se optimizan para minimizar la tasa de error de un sistema no codificado. Otro sistema propuesto usa una constelacion con sfmbolos equiprobables pero separados desigualmente en un intento de imitar una distribucion gaussiana.

Otros enfoques aumentan la dimensionalidad de una constelacion o seleccionan un nuevo sfmbolo para transmitir al tomar en consideracion los sfmbolos previamente transmitidos. Sin embargo, estas constelaciones aun se disenaron segun criterios de distancia minima.

El uso de una constelacion QAM no uniforme para mejorar la capacidad se ha descrito en el siguiente documento: D. Sommer y GP Fettweis, "Signal shaping by non-uniform QAM for AWGN channels and applications using turbo coding", Proc. 2000 ITG Conf. Source and Channel Coding, pp. 81-86. La optimizacion de las constelaciones APSK se ha descrito en el siguiente documento: R. De Gaudenzi, A. Guillen i Fabregas y A. Martinez, "Performance analysis of turbo-coded APSK modulations over nonlinear satellite channels," en IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 5, num. 9, pp. 2396-2407, septiembre de 2006.

Breve descripcion de la invencion

La invencion se define y limita por el alcance de las reivindicaciones adjuntas 1-17. En la siguiente descripcion, cualquier modalidad(es) a la(s) que se hace referencia y que no esta(n) dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, es(son) simplemente un ejemplo(s) util(es) para la comprension de la invencion.

Los sistemas y metodos se describen para construir una modulacion de manera que la capacidad restringida entre un transmisor y un receptor se aproxima al lfmite de capacidad del canal gaussiano descrito por primera vez por Shannon [ref Shannon 1948]. Los sistemas de comunicaciones tradicionales emplean modulaciones que dejan una brecha significativa en la capacidad gaussiana de Shannon. Las modulaciones de la presente invencion reducen, y en algunos casos, casi eliminan esta brecha. La invencion no requiere mecanismos de codificacion especialmente disenados que tienden a transmitir algunos puntos de una modulacion con mas frecuencia que otros, sino mas bien proporciona un metodo para ubicar los puntos (en un espacio unidimensional o multidimensional) con el fin de maximizar la capacidad entre la entrada y la salida de un asignador y desasignador de bits o sfmbolos respectivamente. La aplicacion practica del metodo permite a los sistemas transmitir los datos a una velocidad determinada por menos energfa o transmitir los datos a una velocidad mayor para la misma cantidad de energfa.

Una modalidad de la invencion incluye un transmisor configurado para transmitir senales a un receptor a traves de un canal de comunicacion, en donde el transmisor incluye un codificador configurado para recibir bits de usuario y bits de salida codificados a una tasa de bits de salida codificada expandida, un asignador configurado para asignar los bits codificados a los sfmbolos en una constelacion de sfmbolos, un modulador configurado para generar una senal para la transmision a traves del canal de comunicacion mediante el uso de los s^bo los generados por el asignador. Ademas, el receptor incluye un demodulador configurado para demodular la senal recibida a traves del canal de comunicacion, un desasignador configurado para estimar las probabilidades a partir de la senal demodulada, un descodificador que se configura para estimar los bits descodificados a partir de las probabilidades generadas por el desasignador. Ademas, la constelacion de sfmbolos es una constelacion de sfmbolos separada geometricamente de capacidad optimizada que proporciona una capacidad dada en una relacion de senal a ruido reducida en comparacion con una constelacion de senales que maximiza dmin.

Una modalidad adicional de la invencion incluye codificar los bits de informacion del usuario mediante el uso de un esquema de codificacion, asignar los bits codificados de informacion del usuario a una constelacion de sfmbolos, en donde la constelacion de sfmbolos es una constelacion de sfmbolos separada geometricamente de capacidad optimizada que proporciona una capacidad dada en una relacion de senal a ruido reducida en comparacion con una constelacion de senales que maximiza dmin, modular los sfmbolos de acuerdo con un esquema de modulacion, transmitir la senal modulada a traves del canal de comunicacion, recibir una senal modulada, demodular la senal modulada de acuerdo con el esquema de modulacion, desasignar la senal demodulada mediante el uso de la constelacion de senales conformada geometricamente para producir las probabilidades, y descodificar las probabilidades para obtener una estimacion de los bits descodificados.

Otra modalidad de la invencion incluye seleccionar un tamano de la constelacion apropiado y una capacidad deseada por dimension, estimar una SNR inicial en la cual es probable que el sistema funcione, y optimizar iterativamente la ubicacion de los puntos de la constelacion para maximizar una medida de capacidad hasta que se haya alcanzado una mejora predeterminada en el rendimiento de la SNR de la constelacion con relacion a una constelacion que maximiza dmin.

Aun una modalidad adicional de la invencion incluye seleccionar un tamano de la constelacion apropiado y una capacidad deseada por dimension, estimar una SNR inicial en la cual es probable que el sistema funcione, y optimizar iterativamente la ubicacion de los puntos de la constelacion para maximizar una medida de capacidad hasta que se haya alcanzado una mejora predeterminada en el rendimiento de la SNR de la constelacion con relacion a una constelacion que maximiza dmin.

Aun otra modalidad de la invencion incluye seleccionar un tamano de constelacion apropiado y una SNR deseada, y optimizar la ubicacion de los puntos de la constelacion para maximizar una medida de capacidad de la constelacion.

Aun una modalidad adicional de la invencion incluye obtener una constelacion PAM conformada geometricamente con un tamano de constelacion que es la rafz cuadrada de dicho tamano de constelacion dado, donde la constelacion PAM conformada geometricamente tiene una capacidad mayor que la de una constelacion PAM que maximiza dmin, lo que crea una constelacion PAM ortogonalizada que usa la constelacion PAM conformada geometricamente, y combina la constelacion PAM conformada geometricamente y la constelacion PAM ortogonalizada para producir una constelacion QAM conformada geometricamente.

Otra modalidad adicional de la invencion incluye transmitir la informacion a traves de un canal mediante el uso de una constelacion de sfmbolos conformada geometricamente, y modificar la ubicacion de los puntos dentro de la constelacion de sfmbolos conformada geometricamente para cambiar la tasa de datos de usuario objetivo.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una ilustracion conceptual de un sistema de comunicacion de acuerdo con una modalidad de la invencion. La Figura 2 es una ilustracion conceptual de un transmisor de acuerdo con una modalidad de la invencion.

La Figura 3 es una ilustracion conceptual de un receptor de acuerdo con una modalidad de la invencion.

La Figura 4a es una ilustracion conceptual de la capacidad conjunta de un canal.

La Figura 4b es una ilustracion conceptual de la capacidad de descodificacion paralela de un canal.

La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra un proceso para obtener una constelacion optimizada para la capacidad para su uso en un sistema de comunicacion que tiene una tasa de codigo fija y un esquema de modulacion de acuerdo con una modalidad de la invencion.

La Figura 6a es un grafico que muestra una comparacion de la capacidad gaussiana y la capacidad de PD para las PAM-2,4,8,16,32 tradicionales.

La Figura 6b es un grafico que muestra una comparacion entre la capacidad gaussiana y la capacidad conjunta para las PAM-2,4,8,16,32 tradicionales.

La Figura 7 es un grafico que muestra la brecha de la SNR a la capacidad gaussiana para la capacidad de PD y la capacidad conjunta de las constelaciones PAM-2,4,8,16,32 tradicionales.

La Figura 8a es un grafico que compara la brecha de la SNR con la capacidad gaussiana de la capacidad de PD para las constelaciones PAM-2,4,8,16,32 tradicionales y optimizadas.

La Figura 8b es un grafico que compara la brecha de la SNR con la capacidad gaussiana de la capacidad conjunta para las constelaciones PAM-2,4,8,16,32 tradicionales y optimizadas.

La Figura 9 es un grafico que muestra el rendimiento de la tasa de error de trama de las constelaciones PAM-32 tradicionales y optimizadas para la capacidad de PD en simulaciones que involucran varios codigos LDPC de diferentes longitudes.

Las Figuras 10a - 10d son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-4 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Las Figuras 11a y 11b son tablas de diseno de constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta de acuerdo con modalidades de la invencion.

Las Figuras 12a - 12d son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-8 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Las Figuras 13a y 13b son tablas de diseno de constelaciones PAM-8 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta de acuerdo con modalidades de la invencion.

Las Figuras 14a - 14d son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-16 optimizada para la capacidad de p D y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Las Figuras 15a y 15b son tablas de diseno de constelaciones PAM-16 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta de acuerdo con modalidades de la invencion.

Las Figuras 16a - 16d son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-32 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Las Figuras 17a y 17b son tablas de diseno de constelaciones PAM-32 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta de acuerdo con modalidades de la invencion.

La Figura 18 es un grafico que muestra la brecha de la SNR a la capacidad gaussiana para las constelaciones PSK de capacidad optimizada y tradicionales.

La Figura 19 es un grafico que muestra la ubicacion de los puntos de constelacion de las constelaciones PSK-32 optimizadas para la capacidad de PD.

La Figura 20 es una serie de constelaciones PSK-32 optimizadas para la capacidad de PD en diferentes SNR.

La Figura 21 ilustra una QAM-64 construida a partir del producto cartesiano ortogonal de dos constelaciones PAM-8 optimizadas PD de acuerdo con una modalidad de la invencion.

Las Figuras 22a y 22b son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-4 optimizada para la capacidad de PD a traves de un canal de desvanecimiento versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Las Figuras 23a y 23b son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-8 optimizada para la capacidad de PD a traves de un canal de desvanecimiento versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Las Figuras 24a y 24b son graficos de lugar que muestran la ubicacion de los puntos de constelacion de una constelacion PAM-16 optimizada para la capacidad de PD a traves de un canal de desvanecimiento versus la tasa de bits del usuario por dimension y versus la SNR.

Descripcion detallada de la invencion

Con referencia ahora a los dibujos, se describen los sistemas de comunicacion de acuerdo con las modalidades de la invencion que usan las constelaciones de senales, que tienen puntos separados desigualmente (es decir, conformadas 'geometricamente'). En varias modalidades, las ubicaciones de los puntos conformados geometricamente se disenan para proporcionar una medida de capacidad dada a una relacion de senal a ruido (SNR) reducida en comparacion con la SNR requerida por una constelacion que maximiza dmin. En muchas modalidades, las constelaciones se seleccionan para proporcionar una mayor capacidad en un intervalo predeterminado de relaciones de senal a ruido (SNR) de canal. Las medidas de capacidad que pueden usarse en la seleccion de la ubicacion de los puntos de constelacion incluyen, pero no se limitan a, la capacidad de descodificacion paralela (PD) y la capacidad conjunta.

En muchas modalidades, los sistemas de comunicacion utilizan codigos proximos a la capacidad que incluyen, pero no se limitan a, codigos LDPC y Turbo. Como se describe adicionalmente mas abajo, la optimizacion directa de los puntos de constelacion de un sistema de comunicacion que utiliza un codigo de canal proximo a la capacidad, puede producir diferentes constelaciones en dependencia de la SNR para la cual se optimizan. Por lo tanto, es poco probable que la misma constelacion logre las mismas ganancias de codificacion aplicadas en todas las tasas de codigo; es decir, la misma constelacion no permitira el mejor rendimiento posible en todas las tasas. En muchos casos, una constelacion a una tasa de codigo puede lograr ganancias que no pueden lograrse a otra tasa de codigo. Los procesos para seleccionar las constelaciones de capacidad optimizada para lograr mayores ganancias de codificacion basadas en una tasa de codificacion espedfica de acuerdo con las modalidades de la invencion se describen mas abajo. En una serie de modalidades, los sistemas de comunicacion pueden adaptar la ubicacion de los puntos en una constelacion en respuesta a las condiciones del canal, los cambios en la tasa de codigo y/o para cambiar la tasa de datos de usuario objetivo.

Sistemas de comunicacion

Un sistema de comunicacion de acuerdo con una modalidad de la invencion se muestra en la Figura 1. El sistema de comunicacion 10 incluye una fuente 12 que proporciona bits de usuario a un transmisor 14. El transmisor transmite sfmbolos a traves de un canal a un receptor 16 mediante el uso de un esquema de modulacion predeterminado. El receptor usa el conocimiento del esquema de modulacion para descodificar la senal recibida desde el transmisor. Los bits descodificados se proporcionan a un dispositivo sumidero que se conecta al receptor.

Un transmisor de acuerdo con una modalidad de la invencion se muestra en la Figura 2. El transmisor 14 incluye un codificador 20 que recibe los bits de usuario desde una fuente y codifica los bits de acuerdo con un esquema de codificacion predeterminado. En varias modalidades, se usa un codigo proximo a la capacidad, tal como un codigo turbo o un codigo LDPC. En otras modalidades, pueden usarse otros esquemas de codificacion para proporcionar una ganancia de codificacion dentro del sistema de comunicacion. Un asignador 22 se conecta al codificador. El asignador asigna la salida de bits por el codificador a un sfmbolo dentro de una constelacion de senales distribuidas geometricamente almacenada dentro del asignador. El asignador proporciona los sfmbolos a un modulador 24, que modula los sfmbolos para la transmision a traves del canal.

Un receptor de acuerdo con una modalidad de la invencion se ilustra en la Figura 3. El receptor 16 incluye un demodulador 30 que demodula una senal recibida a traves del canal para obtener probabilidades de sfmbolos o bits. El desasignador usa el conocimiento de la constelacion de sfmbolos conformada geometricamente usada por el transmisor para determinar estas probabilidades. El desasignador 32 proporciona las probabilidades a un descodificador 34 que descodifica el flujo de bits codificado para proporcionar una secuencia de bits recibidos a un sumidero.

Constelaciones conformadas geometricamente

Los transmisores y receptores de acuerdo con las modalidades de la invencion utilizan constelaciones de sfmbolos conformadas geometricamente. En varias modalidades, se usa una constelacion de sfmbolos conformada geometricamente que optimiza la capacidad de la constelacion. Mas abajo se describen diversas constelaciones de sfmbolos conformadas geometricamente que pueden usarse de acuerdo con las modalidades de la invencion y las tecnicas para obtener las constelaciones de sfmbolos conformadas geometricamente.

Seleccion de constelaciones conformadas geometricamente

La seleccion de una constelacion conformada geometricamente para su uso en un sistema de comunicacion de acuerdo con una modalidad de la invencion puede depender de una variedad de factores que incluyen si la tasa de codigo es fija. En muchas modalidades, una constelacion conformada geometricamente se usa para reemplazar una constelacion convencional (es decir, una constelacion maximizada para dmin) en el asignador de transmisores y el desasignador de receptores dentro de un sistema de comunicacion. La actualizacion de un sistema de comunicacion implica la seleccion de una constelacion y, en muchos casos, la actualizacion puede lograrse a traves de una simple actualizacion de firmware. En otras modalidades, una constelacion conformada geometricamente se selecciona junto con una tasa de codigo para cumplir con los requisitos de rendimiento espedficos, que pueden incluir, por ejemplo, factores tales como una tasa de bits espedfica, una potencia de transmision maxima. Los procesos para seleccionar una constelacion geometrica cuando se actualizan los sistemas de comunicacion existentes y cuando se disenan nuevos sistemas de comunicacion se describen adicionalmente mas abajo.

Actualizacion de los sistemas de comunicacion existentes

Una constelacion conformada geometricamente que proporciona una capacidad, que es mayor que la capacidad de una constelacion maximizada para dmin, puede usarse en lugar de una constelacion convencional en un sistema de comunicacion de acuerdo con las modalidades de la invencion. En muchos casos, la sustitucion de la constelacion conformada geometricamente puede lograrse mediante una actualizacion de firmware o software de los transmisores y receptores dentro del sistema de comunicacion. No todas las constelaciones conformadas geometricamente tienen una capacidad mayor que la de una constelacion maximizada para dmin. Un enfoque para seleccionar una constelacion conformada geometricamente que tenga una capacidad mayor que la de una constelacion maximizada para dmin, es optimizar la forma de la constelacion con respecto a una medida de la capacidad de la constelacion para una SNR dada. Las medidas de capacidad que pueden usarse en el proceso de optimizacion pueden incluir, pero no se limitan a, la capacidad conjunta o la capacidad de descodificacion paralela.

Capacidad conjunta y capacidad de descodificacion paralela

Una constelacion puede parametrizarse por el numero total de puntos de constelacion, M, y el numero de dimensiones reales, Ndim. En los sistemas donde no hay iteraciones de propagacion de creencias entre el descodificador y el desasignador de constelaciones, el desasignador de constelaciones puede considerarse como parte del canal. Un diagrama que ilustra conceptualmente las porciones de un sistema de comunicacion que pueden considerarse parte del canal con el fin de determinar la capacidad de PD se muestra en la Figura 4a. Las porciones del sistema de comunicacion que se consideran parte del canal se indican por la lfnea fantasma 40. La capacidad del canal definido como tal es la capacidad de descodificacion paralela (PD), dada por:

donde Xi es el bit i del sfmbolo transmitido /-bits, e Y es el sfmbolo recibido, e I(A;B) denota la informacion mutua entre las variables aleatorias A y B.

Expresado de otra manera, la capacidad de PD de un canal puede observarse en terminos de la informacion mutua entre los bits de salida del codificador (tal como un codificador l Dp C) en el transmisor y las probabilidades calculadas por el desasignador en el receptor. La capacidad de PD se influencia tanto por la colocacion de los puntos dentro de la constelacion como por las asignaciones de etiquetado.

Con las iteraciones de propagacion de creencias entre el desasignador y el descodificador, el desasignador ya no puede observarse como parte del canal, y la capacidad conjunta de la constelacion se convierte en el lfmite conocido mas estrecho en el rendimiento del sistema. Un diagrama que ilustra conceptualmente las porciones de un sistema de comunicacion que se consideran parte del canal con el proposito de determinar la capacidad conjunta de una constelacion se muestra en la Figura 4b. Las porciones del sistema de comunicacion que se consideran parte del canal se indican por la lmea fantasma 42. La capacidad conjunta del canal esta dada por:

C^conjunta= I(X;Y)

La capacidad conjunta es una descripcion de la capacidad alcanzable entre la entrada del asignador en el lado de transmision del enlace y la salida del canal (que incluye, por ejemplo, los canales AWGN y de desvanecimiento). Los sistemas practicos a menudo deben 'desasignar' las observaciones del canal antes de la descodificacion. En general, la etapa provoca alguna perdida de capacidad. De hecho, puede probarse que C^gS C^conjunta^ C^pd. Es decir, C^conjuntalimita por arriba la capacidad alcanzable por C^pd. Los metodos de la presente invencion se motivan al considerar el hecho de que los lfmites practicos para una capacidad de sistema de comunicacion dada se limitan por C^conjuntay C^pd. En varias modalidades de la invencion, se seleccionan constelaciones conformadas geometricamente que maximizan estas medidas.

Seleccion de una constelacion quetiene una capacidad optima

Las constelaciones conformadas geometricamente de acuerdo con las modalidades de la invencion pueden disenarse para optimizar las medidas de capacidad que incluyen, pero no se limitan a, la capacidad de PD o la capacidad conjunta. Un proceso para seleccionar los puntos, y el etiquetado, de una constelacion conformada geometricamente para su uso en un sistema de comunicacion que tiene una tasa de codigo fija de acuerdo con una modalidad de la invencion se muestra en la Figura 5. El proceso 50 comienza con la seleccion (52) de un tamano de constelacion apropiado M y una capacidad deseada por dimension r|. En la modalidad ilustrada, el proceso implica una verificacion (52) para asegurar que el tamano de la constelacion puede soportar la capacidad deseada. En el caso de que el tamano de la constelacion pueda soportar la capacidad deseada, entonces el proceso optimiza iterativamente la constelacion M-aria para la capacidad especificada. La optimizacion de una constelacion para una capacidad especificada a menudo implica un proceso iterativo, ya que la constelacion optima depende de la SNR en la que opera el sistema de comunicacion. La SNR de la constelacion optima para dar una capacidad requerida no se conoce a priori. A lo largo de la descripcion de la presente invencion, la s Nr se define como la relacion entre la energfa de constelacion promedio por dimension y la energfa de ruido promedio por dimension. En la mayona de los casos, la capacidad puede configurarse para igualar la tasa de bits de usuario objetivo por sfmbolo por dimension. En algunos casos, la adicion de cierto margen de implementacion en la parte superior de la tasa de bits de usuario objetivo podna resultar en un sistema practico que puede proporcionar la tasa de usuario requerida a una velocidad menor. El margen depende del codigo. El siguiente procedimiento podna usarse para determinar la capacidad objetivo que incluye cierto margen en la parte superior de la tasa de usuario. En primer lugar, el codigo (por ejemplo, LDPC o Turbo) puede simularse junto con una constelacion convencional separada igualmente. En segundo lugar, a partir de los resultados de la simulacion puede encontrarse la SNR real de operacion a la tasa de error requerida. En tercer lugar, puede calcularse la capacidad de la constelacion convencional en esa SNR. Finalmente, una constelacion conformada geometricamente puede optimizarse para esa capacidad.

En la modalidad ilustrada, el lazo de optimizacion iterativo implica seleccionar una estimacion inicial de la SNR en la cual es probable que el sistema funcione (es decir, SNRentrada). En varias modalidades, la estimacion inicial es la SNR requerida mediante el uso de una constelacion convencional. En otras modalidades, pueden usarse otras tecnicas para seleccionar la SNR inicial. Luego, se obtiene una constelacion M-aria al optimizar (56) la constelacion para maximizar una medida de capacidad seleccionada en la estimacion inicial de la SNRentrada. A continuacion, se describen varias tecnicas para obtener una constelacion optimizada para una estimacion de la SNR dada.

Se determina (57) la SNR en la cual la constelacion M-aria optimizada proporciona la capacidad deseada por dimension r| (SNRsalida). Se determina (58) si la SNRsalida y la SNRentrada han convergido. En la modalidad ilustrada, la convergencia se indica por la SNRsalida igual a la SNRentrada. En varias modalidades, la convergencia puede determinarse en base a la diferencia entre la SNRsalida y la SNR que es menor que un umbral predeterminado. Cuando la SNRsalida y la SNRentrada no han convergido, el proceso realiza otra iteracion que selecciona la SNRsalida como la nueva SNRentrada (55). Cuando la SNRsalida y la SNRentrada han convergido, se ha optimizado la medida de capacidad de la constelacion. Como se explica en mas detalle a continuacion, las constelaciones de capacidad optimizada a bajas SNR son constelaciones conformadas geometricamente que pueden lograr ganancias de rendimiento significativamente mas altas (medidas como la reduccion en la SNR minima requerida) que las constelaciones que maximizan dmin.

El proceso ilustrado en la Figura 5 puede maximizar la capacidad de PD o la capacidad conjunta de una constelacion M aria para una SNR dada. Aunque el proceso ilustrado en la Figura 5 muestra la selection de una constelacion M-aria optimizada para la capacidad, podria usarse un proceso similar que termina tras la generation de una constelacion M aria donde la brecha de la SNR a la capacidad gaussiana en una capacidad dada es un margen predeterminado menor que la brecha de la SNR de una constelacion convencional, por ejemplo 0.5 dB. Alternativamente, pueden usarse otros procesos que identifican las constelaciones M-arias que tienen una capacidad mayor que la capacidad de una constelacion convencional de acuerdo con las modalidades de la invention. Una constelacion conformada geometricamente de acuerdo con las modalidades de la invencion puede lograr una capacidad mayor que la capacidad de una constelacion que maximiza dmin sin tener la capacidad optima para el intervalo de la SNR dentro del cual opera el sistema de comunicacion.

Notamos que las constelaciones disenadas para maximizar la capacidad conjunta tambien pueden ser particularmente adecuadas para codigos con simbolos sobre GF(q), o con descodificacion de multiples etapas. Por el contrario, las constelaciones optimizadas para la capacidad de Pd podrian adaptarse mejor al caso mas comun de codigos con simbolos sobre GF(2).

Optimization de la capacidad de una constelacion m-aria en una SNR dada

Los procesos para obtener una constelacion de capacidad optimizada a menudo implican determinar la ubicacion optima para los puntos de una constelacion M-aria en una SNR dada. Un proceso de optimizacion, tal como el proceso de optimizacion 56 mostrado en la Figura 5, tipicamente implica una optimizacion no lineal no restringida o restringida. Las posibles funciones objetivas que deben maximizarse son las funciones de capacidad conjunta o de PD. Estas funciones pueden dirigirse a canales que incluyen, pero no se limitan a, canales de ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN) o canales de desvanecimiento de Rayleigh. El proceso de optimizacion proporciona la ubicacion de cada punto de constelacion identificado por las etiquetas de sus simbolos. En el caso donde el objetivo es la capacidad conjunta, las etiquetas de los bits de puntos son irrelevantes, lo que significa que el cambio de las etiquetas de los bits no cambia la capacidad conjunta siempre y cuando el conjunto de ubicaciones de los puntos permanezca sin cambios.

El proceso de optimizacion tipicamente encuentra la constelacion que proporciona la mayor capacidad de PD o capacidad conjunta en una SNR dada. El proceso de optimizacion en si, a menudo implica un proceso numerico iterativo que, entre otras cosas, considera varias constelaciones y selecciona la constelacion que proporciona la mayor capacidad en una SNR dada. En otras modalidades, tambien puede encontrarse la constelacion que requiere que la SNR minima proporcione una capacidad de PD o capacidad conjunta requerida. Esto requiere ejecutar el proceso de optimizacion de forma iterativa como se muestra en la Figura 5.

Las restricciones de optimizacion en las ubicaciones de los puntos de constelacion pueden incluir, pero no se limitan a, los limites inferior y superior en la ubicacion de los puntos, la energia pico a promedio de la constelacion resultante, y la media cero en la constelacion resultante. Esto puede mostrar facilmente que una constelacion optima a nivel mundial tendra una media cero (sin componente DC). La inclusion explicita de una restriction de media cero ayuda a la rutina de optimizacion a converger mas rapidamente. Excepto en los casos donde la busqueda exhaustiva de todas las combinaciones de ubicaciones de puntos y etiquetas sea posible, este no siempre sera necesariamente el caso de que las soluciones sean demostrablemente optimas a nivel mundial. En los casos donde es posible realizar una busqueda exhaustiva, la solucion proporcionada por el optimizador no lineal es, de hecho, optima a nivel mundial.

Los procesos descritos anteriormente proporcionan ejemplos de la manera en que puede obtenerse una constelacion conformada geometricamente que tiene una mayor capacidad con relation a una capacidad convencional para su uso en un sistema de comunicacion que tiene una tasa de codigo fija y un esquema de modulation. Las ganancias reales que pueden lograrse mediante el uso de constelaciones que se optimizan para la capacidad en comparacion con las constelaciones convencionales que maximizan dmin se consideran a continuation.

Ganancias logradas por las constelaciones optimizadas separadas geometricamente

Se cree que la capacidad teorica maxima que puede lograrse mediante cualquier metodo de comunicacion es la capacidad gaussiana, CG, que se define como:

Donde la relacion de senal a ruido (SNR) es la relacion entre la energia de la senal esperada y la energia del ruido esperado. La brecha que queda entre la capacidad de una constelacion y la CG puede considerarse como una medida de la calidad de un diseno de constelacion dado.

La brecha en la capacidad entre un esquema de modulacion convencional en combination con un codificador teoricamente optimo puede observarse con referencia a las Figuras 6a y 6b. La Figura 6a incluye un grafico 60 que muestra una comparacion entre la capacidad gaussiana y la capacidad de PD de las constelaciones PAM-2, 4, 8, 16 y 32 convencionales que maximizan dmin, las brechas 62 existen entre el trazo de la capacidad gaussiana y la capacidad de PD de las diversas constelaciones PAM. La Figura 6b incluye un grafico 64 que muestra una comparacion entre la capacidad gaussiana y la capacidad conjunta de las constelaciones PAM-2, 4, 8, 16 y 32 convencionales que maximizan dmin, las brechas 66 existen entre el trazo de la capacidad gaussiana y la capacidad conjunta de las diversas constelaciones PAM. Estas brechas en la capacidad representan la medida en que las constelaciones PAM convencionales no llegan a obtener la capacidad teorica maxima, es decir, la capacidad gaussiana.

Con el fin de obtener una mejor vista de las diferencias entre las curvas mostradas en las Figuras 6a y 6b en puntos cercanos a la capacidad gaussiana, la brecha de la SNR a la capacidad gaussiana para diferentes valores de capacidad para cada constelacion se representa en la Figura 7. Es interesante observar a partir del grafico 70 en la Figura 7 que (a diferencia de la capacidad conjunta) en la misma SNR, la capacidad de PD no aumenta necesariamente con el numero de puntos de constelacion. Como se describe adicionalmente mas abajo, este no es el caso con las constelaciones PAM optimizadas para la capacidad de PD.

Las Figuras 8a y 8b resumen el rendimiento de las constelaciones para PAM-4, 8, 16 y 32 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta (debe senalarse que BPSK es la constelacion PAM-2 optima en todas las tasas de codigo). Las constelaciones se optimizan para la capacidad de PD y la capacidad conjunta para diferentes bits de usuario objetivo por dimension (es decir, tasas de codigo). Las constelaciones optimizadas son diferentes en dependencia de los bits de usuario objetivo por dimension, y ademas dependen de si se han disenado para maximizar la capacidad de PD o la capacidad conjunta. Todas las constelaciones PAM optimizadas de PD se etiquetan mediante el uso de un etiquetado gris que no siempre es el etiquetado gris reflectivo binario. Debe senalarse que no todas las etiquetas grises alcanzan la capacidad de PD maxima posible, incluso al tener la libertad de colocar los puntos de constelacion en cualquier lugar en la lmea real. La Figura 8a muestra la brecha de la SNR para cada constelacion optimizada para la capacidad de PD. La Figura 8b muestra la brecha de la SNR a la capacidad gaussiana para cada constelacion optimizada para la capacidad conjunta. Nuevamente, debe enfatizarse que cada ' ' en el grafico representa una constelacion diferente.

Con referencia a la Figura 8a, la ganancia de codificacion lograda mediante el uso de una constelacion optimizada para la capacidad de PD puede apreciarse mediante la comparacion de la brecha de la SNR a una tasa de bits de usuario por dimension de 2.5 bits para la PAM-32. Una tasa de bits de usuario por dimension de 2.5 bits para un sistema que transmite 5 bits porsfmbolo constituye una tasa de codigo de 1/2. Aesatasa de codigo, la constelacion optimizada para la capacidad de p D proporciona una ganancia de codificacion adicional de aproximadamente 1.5 dB en comparacion con la constelacion PAM-32 convencional.

Las ganancias de la SNR que pueden lograrse mediante el uso de constelaciones que se optimizan para la capacidad de PD pueden verificarse a traves de la simulacion. Los resultados de una simulacion realizada mediante el uso de un codigo LDPC detasa 1/2 junto con una constelacion PAM-32 convencional yjunto con una constelacion PAM-32 optimizada para la capacidad de PD se ilustran en la Figura 9. Un grafico 90 incluye trazos del rendimiento de la tasa de error de trama de las diferentes constelaciones con respecto a la SNR y el uso de codigos de diferentes longitudes (es decir, k=4,096 y k=16,384). Independientemente del codigo que se usa, la constelacion optimizada para la capacidad de PD alcanza una ganancia de aproximadamente 1.3 dB, que se acerca mucho a la ganancia prevista de la Figura 8A.

Constelaciones PAM de capacidad optimizada

Mediante el uso de los procesos descritos anteriormente, pueden generarse graficos de lugar de las constelaciones PAM optimizadas para la capacidad que muestran la ubicacion de los puntos dentro de las constelaciones PAM versus la SNR. Los graficos de lugar de las constelaciones PAM-4, 8, 16 y 32 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta, y las tablas de diseno correspondientes a varias tasas de bits de usuario tfpicas por dimension se ilustran en las Figuras 10a - 17b. Los graficos de lugar y las tablas de diseno muestran las ubicaciones de los puntos de constelacion PAM-4,8,16,32 y las etiquetas de la SNR de baja a alta correspondientes a un intervalo de eficiencia espectral de baja a alta.

En la Figura 10a, un grafico de lugar 100 muestra la ubicacion de los puntos de las constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad conjunta representada contra la capacidad alcanzada. Un grafico de lugar similar 105 que muestra la ubicacion de los puntos de las constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad conjunta representadas contra la SNR se incluye en la Figura 10b. En la Figura 10c se grafica la ubicacion de los puntos para la PAM-4 optimizada para la capacidad de PD contra la capacidad alcanzable, y en la Figura 10d se grafica la ubicacion de los puntos para la PAM-4 para la capacidad de PD contra la SNR. A bajas SNR, las constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad de PD tienen solo 2 puntos unicos, mientras que las constelaciones optimizadas para la capacidad conjunta tienen 3. A medida que aumenta la SNR, cada optimizacion proporciona finalmente 4 puntos unicos. Este fenomeno se describe explfcitamente en la Figura 11a y la Figura 11b donde se capturan cortes verticales de las Figuras 10ab y 10cd en tablas que describen algunos disenos de interes de las constelaciones PAM-4. Los cortes de la SNR seleccionados representan los disenos que alcanzan las capacidades = {0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5} bits por sfmbolo (bps). Dado que la PAM-4 puede proporcionar como maximo log2(4) = 2 bps, estos puntos de diseno representan sistemas con tasas de codigo de informacion R = {1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4} respectivamente.

Las Figuras 12ab y 12cd presentan graficos de lugar de puntos de constelaciones PAM-8 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la capacidad alcanzable y la SNR. Las Figuras 13a y 13b proporcionan cortes de estos graficos en las SNR correspondientes a capacidades alcanzables n = {0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5} bps. Cada uno de estos cortes corresponde a sistemas con tasa de codigo R = nbps/log2(8), lo que resulta en R = {1/6, 1/3, 1/2, 2/3, 5/6}. Como un ejemplo del rendimiento relativo de las constelaciones en estas tablas, se considera la Figura 13b que muestra una constelacion PAM-8 optimizada para la capacidad de PD optimizada para la SNR = 9.00 dB, o 1.5 bps. A continuacion examinamos el grafico proporcionado en la Figura 8a y observamos que la brecha de la constelacion optimizada a la capacidad gaussiana (CG) maxima es de aproximadamente 0.5 dB. A la misma eficiencia espectral, la brecha de la constelacion PAM-8 tradicional es de aproximadamente 1.0 dB. La ventaja de la constelacion optimizada es de 0.5 dB para la misma tasa (en este caso R=1/2). Esta ganancia puede obtenerse al cambiar solo el asignador y el desasignador en el sistema de comunicacion y dejar todos los otros bloques iguales.

Informacion similar se presenta en las Figuras 14abcd, y 15ab que proporcionan graficos de lugary tablas de diseno para constelaciones PAM-16 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta. Igualmente, las Figuras 16abcd, 17ab proporcionan graficos de lugar y tablas de diseno para constelaciones PAM-32 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta.

Constelaciones PSKde capacidad optimizada

Las constelaciones de cambio de fase (PSK) tradicionales ya son bastante optimas. Esto puede verse en el grafico 180 que compara las brechas de la SNR de las constelaciones PSK tradicionales con las PSK de capacidad optimizada mostradas en la Figura 18 donde la brecha entre la capacidad de PD y la capacidad gaussiana se representa para las PSK-4,8,16,32 tradicionales y para las PSK-4,8,16,32 optimizadas para la capacidad de PD.

El grafico de lugar de los puntos de la PSK-32 optimizada para la PD a traves de la SNR se muestra en la Figura 19, que en realidad caracteriza a todas las PSK con una eficiencia espectral n ^ 5. Esto puede verse en la Figura 20. Debe senalarse que a una baja SNR (0.4 dB) el diseno optimo de la PSK-32 es el mismo que la PSK-4 tradicional, a una SNR = 8.4 dB la PSK-32 optima es la misma que la PSK-8 tradicional, a una SNR = 14.8 dB la PSK-32 optima es la misma que la PSK-16 tradicional, y finalmente a una SNR mayor que 20.4 dB la PSK-32 optimizada es la misma que la PSK-32 tradicional. Existen SNR entre estos puntos discretos (por ejemplo, SNR = 2 y 15 dB) para las cuales la PSK-32 optimizada proporciona una capacidad de PD superior en comparacion con las constelaciones PSK tradicionales.

Notamos ahora que el lugar de los puntos para la PSK-32 optimizada para PD en la Figura 19 junto con la brecha de la curva de capacidad gaussiana para la PSK-32 optimizada en la Figura 18 implica una metodologfa de diseno potencial. Espedficamente, el disenador podna lograr un rendimiento equivalente o mejor que el permitido por las p SK-4,8,16 tradicionales mediante el uso de solo la PSK-32 optimizada junto con un unico parametro de sintonizacion que controle donde debenan seleccionarse los puntos de la constelacion en el lugar de la Figura 19. Dicho enfoque acoplana un codigo de canal adaptativo de alta tasa que podna variar su tasa, por ejemplo, la tasa 4/5 para lograr una eficiencia espectral total (codigo mas modulacion PSK-32 optimizada) de 4 bits por sfmbolo, bajar hasta 1/5 para lograr una eficiencia espectral total de 1 bit por sfmbolo. Tal sistema de modulacion y codificacion adaptativo podna funcionar esencialmente en el flujo continuo optimo representado por el contorno mas a la derecha de la Figura 18.

Diseno de tasa adaptativa

En el ejemplo anterior, se describio el uso adaptativo espectral de la PSK-32. Tecnicas similares a esta pueden aplicarse para otras constelaciones de capacidad optimizada a traves del enlace entre un transmisor y un receptor. Por ejemplo, en el caso donde un sistema implementa la calidad de servicio, es posible indicar a un transmisor que aumente o disminuya la eficiencia espectral a demanda. En el contexto de la invencion actual, una constelacion de capacidad optimizada disenada precisamente para la eficiencia espectral objetivo puede cargarse en el asignador de transmision junto con una seleccion de tasa de codigo que cumple con el objetivo de tasa de usuario final. Cuando ocurre tal cambio de tasa de modulacion/codigo, podna propagarse un mensaje al receptor de manera que el receptor, en anticipacion al cambio, podna seleccionar una configuracion de desasignador/descodificador para coincidir con la nueva configuracion del lado de transmision.

Por el contrario, el receptor podna implementar un mecanismo de control de par de tasa de codigo/constelacion optimizada basado en la calidad del rendimiento. Tal enfoque incluina cierta forma de medida de calidad del receptor. Esta podna ser la estimacion del receptor de la SNR o la tasa de error de bits. Tomemos, por ejemplo, el caso donde la tasa de error de bits estaba por encima de cierto umbral aceptable. En este caso, a traves de un canal de fondo, el receptor podna solicitar que el transmisor disminuya la eficiencia espectral del enlace al cambiar a un par de tasa de codigo/constelacion optimizada de capacidad alternativa en los modulos del codificador y el asignador y luego indicar al receptor que intercambie en la pareja complementaria en los modulos del desasignador/descodificador.

Constelaciones QAM conformadas geometricamente

Las constelaciones de modulacion de amplitud en cuadratura (QAM) pueden construirse mediante la ortogonalizacion de las constelaciones PAM en componentes en fase y cuadratura QAM. Las constelaciones construidas de esta manera pueden ser atractivas en muchas aplicaciones ya que tienen desasignadores de baja complejidad.

En la Figura 21 proporcionamos un ejemplo de una constelacion de modulacion de amplitud en cuadratura construida a partir de una constelacion de modulacion de amplitud de pulso. La modalidad ilustrada se construyo mediante el uso de una constelacion PAM-8 optimizada para la capacidad de PD a la tasa de bits de usuario por dimension de 1.5 bits (corresponde a una SNR de 9.0 dB) (ver la Figura 13b). Los pares de etiqueta y punto en esta constelacion PAM-8 son {(000, -1.72), (001, -0.81), (010, 1.72), (011, -0.62), (100, 0.62), (101, 0.02), (110, 0.81), (111, -0.02)}. La examinacion de la Figura 21 muestra que la construccion de la constelacion QAM se logra al replicar un conjunto completo de puntos PAM-8 en la dimension en cuadratura para cada uno de los 8 puntos PAM-8 en la dimension en fase. El etiquetado se logra al asignar las etiquetas PAM-8 al intervalo LSB en la dimension en fase y al intervalo MSB en la dimension en cuadratura. El producto exterior 8x8 resultante forma una QAM-64 altamente estructurada para la cual pueden construirse desasignadores de muy baja complejidad. Debido a la ortogonalidad de los componentes en fase y en cuadratura, las caractensticas de capacidad de la constelacion QAM-64 resultante son identicas a las de la constelacion PAM-8 en una base por dimension.

Optimizacion de la constelacion N-dimensional

En lugar de disenar constelaciones en 1-D (PAM, por ejemplo) y luego extender a 2-D (QAM), es posible tomar ventaja directa en la etapa de optimizacion del grado de libertad adicional presentado por una dimension espacial extra. En general, es posible disenar constelaciones N-dimensionales y las etiquetas asociadas. La complejidad de la etapa de optimizacion crece exponencialmente en el numero de dimensiones, al igual que la complejidad del desasignador del receptor resultante. Tales construcciones constituyen modalidades de la invencion y simplemente requieren mas “tiempo de ejecucion” para producir.

Capacidad. Constelaciones optimizadas para los canales de desvanecimiento

Procesos similares a los descritos anteriormente pueden usarse para disenar constelaciones de capacidad optimizada para los canales de desvanecimiento de acuerdo con las modalidades de la invencion. Los procesos son esencialmente los mismos, con la excepcion de que la manera en que se calcula la capacidad se modifica para tener en cuenta el canal de desvanecimiento. Un canal de desvanecimiento puede describirse mediante el uso de la siguiente ecuacion:

donde X es la senal transmitida, N es una senal de ruido gaussiano blanco aditivo y a(t) es la distribucion de desvanecimiento, que es una funcion del tiempo.

En el caso de un canal de desvanecimiento, la SNR instantanea en el receptor cambia de acuerdo con una distribucion de desvanecimiento. La distribucion de desvanecimiento es Rayleigh y tiene la propiedad de que la SNR promedio del sistema permanece igual que en el caso del canal AWGN, E[X2]/E[N2]. Por lo tanto, la capacidad del canal de desvanecimiento puede calcularse al tomar la expectativa de la capacidad AWGN, en una SNR promedio dada, sobre la distribucion de desvanecimiento de Rayleigh de a que impulsa la distribucion de la SNR instantanea.

Muchos canales de desvanecimiento siguen una distribucion de Rayleigh. Las Figuras 22a - 24b son graficos de lugar de constelaciones PAM-4, 8 y 16 que se han optimizado para la capacidad de PD en un canal de desvanecimiento de Rayleigh. Se proporcionan graficos de lugar versus la tasa de bits de usuario por dimension y versus la SNR. Procesos similares pueden usarse para obtener constelaciones de capacidad optimizada que se optimizan mediante el uso de otras medidas de capacidad, tal como la capacidad conjunta, y/o mediante el uso de diferentes esquemas de modulacion.

Claims

Reivindicaciones

1. Un sistema de comunicacion digital (10), que comprende:

un transmisor (14) configurado para transmitir senales a traves de un canal de comunicacion (15);

en donde el transmisor (14), comprende:

un codificador (20) configurado para recibir bits de usuario y bits codificados de salida a una tasa de bits codificada de salida expandida;

un asignador (22) configurado para asignar los bits codificados a sfmbolos en una constelacion de sfmbolos modulada; y

un modulador (24) configurado para generar una senal modulada para la transmision a traves del canal de comunicacion mediante el uso de sfmbolos generados por el asignador.

en donde el transmisor se caracteriza porque la constelacion de sfmbolos es una constelacion de sfmbolos separada desigualmente obtenida mediante la optimizacion de las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelacion para maximizar la capacidad de descodificacion paralela en una relacion de senal a ruido dada, de manera que la constelacion de sfmbolos proporciona una capacidad dada en una relacion de senal a ruido reducida en comparacion con una constelacion de senales que maximiza la distancia minima, dmin, entre los puntos de constelacion de la constelacion de sfmbolos.

2. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende ademas:

un receptor (16) configurado para recibir senales a traves de un canal de comunicacion (15),

en donde el receptor comprende:

un demodulador (30) configurado para demodular una senal recibida a traves del canal de comunicacion; un desasignador (32) configurado para estimar las probabilidades a partir de la senal demodulada mediante el uso de la constelacion de sfmbolos; y

un descodificador (34) que se configura para estimar los bits descodificados a partir de las probabilidades generadas por el desasignador (32).

3. Un sistema de comunicacion digital (10), que comprende:

un receptor (16) configurado para recibir senales a traves de un canal de comunicacion (15); el receptor que comprende:

un demodulador (30) configurado para demodular una senal recibida a traves del canal de comunicacion; un desasignador (32) configurado para estimar las probabilidades a partir de la senal demodulada mediante el uso de una constelacion de sfmbolos;

un descodificador (34) que se configura para estimar los bits descodificados a partir de las probabilidades generadas por el desasignador (32); y

en donde el receptor se caracteriza porque la constelacion de sfmbolos es una constelacion de sfmbolos separada desigualmente obtenida mediante la optimizacion de las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelacion para maximizar la capacidad de descodificacion paralela en una relacion de senal a ruido dada, de manera que la constelacion de sfmbolos proporciona una capacidad dada en una relacion de senal a ruido reducida en comparacion con una constelacion de senales que maximiza la distancia minima, dmin, entre los puntos de constelacion de la constelacion de sfmbolos.

4. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde la constelacion de sfmbolos separada desigualmente se optimiza sujeta a restricciones de optimizacion que incluyen cualquiera de: lfmites inferior y superior en la ubicacion de los puntos;

energfa pico a promedio de la constelacion resultante; y

media en la constelacion resultante.

5. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde el canal es un canal de ruido gaussiano blanco aditivo, AWGN.

6. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde el canal es un canal de desvanecimiento.

7. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde los puntos de constelacion de la constelacion de sfmbolos separada desigualmente son variables en dependencia de la tasa de usuario.

8. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde los puntos de constelacion se obtuvieron al optimizar las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelacion para maximizar la medida de capacidad de descodificacion paralela en una relacion de senal a ruido dada, de manera que los puntos de constelacion obtenidos tienen una capacidad mayor que la capacidad de una constelacion que maximiza la distancia minima, dmin, entre los puntos de constelacion de la constelacion de sfmbolos.

9. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde los puntos de constelacion proporcionan una brecha SNR a la capacidad gaussiana en una capacidad dada que es un margen predeterminado menor que la brecha de la relacion de senal a ruido a la capacidad gaussiana de una constelacion de senales que maximiza la distancia mmima, dmin, entre los puntos de constelacion de la constelacion de sfmbolos.

10. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con la reivindicacion 9, en donde el margen predeterminado es de 0.5 dB.

11. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde la constelacion de sfmbolos comprende un anillo de puntos de constelacion que se separan desigualmente alrededor del anillo.

12. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con la reivindicacion 11, en donde la constelacion de sfmbolos es una constelacion PSK no uniforme.

13. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, configurado para utilizar un codigo LDPC.

14. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en donde no hay iteraciones de propagacion de creencias entre el descodificador y el desasignador de constelaciones.

15. El sistema de comunicacion (10) de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en donde la constelacion se selecciona junto con una tasa de codigo para cumplir con un requisito de energfa de transmision maxima.

16. Un metodo realizado en el sistema de comunicacion digital (10), el metodo que comprende:

un transmisor (14) que transmite senales a traves de un canal de comunicacion (15) mediante;

un codificador (20) que recibe los bits de usuario y envfa los bits codificados a una tasa de bits codificada de salida expandida;

un asignador (22) que asigna los bits codificados a sfmbolos en una constelacion de sfmbolos modulada; y un modulador (24) que genera una senal modulada para la transmision a traves del canal de comunicacion mediante el uso de los sfmbolos generados por el asignador,

en donde el metodo se caracteriza porque la constelacion de sfmbolos es una constelacion de sfmbolos separada desigualmente obtenida mediante la optimizacion de las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelacion para maximizar la capacidad de descodificacion paralela en una relacion de senal a ruido dada, de manera que la constelacion de sfmbolos proporciona una capacidad dada en una relacion de senal a ruido reducida en comparacion con una constelacion de senales que maximiza la distancia minima, dmin, entre los puntos de constelacion de la constelacion de sfmbolos.

17. Un metodo realizado en un sistema de comunicacion digital (10), el metodo que comprende:

un receptor (16) que recibe senales a traves de un canal de comunicacion (15) mediante:

un demodulador (30) que demodula una senal recibida a traves del canal de comunicacion;

un desasignador (32) que estima las probabilidades a partir de la senal demodulada mediante el uso de una constelacion de sfmbolos; y

un descodificador (34) que estima los bits descodificados a partir de las probabilidades generadas por el desasignador (32),