ITMI20121353A1 - METHOD AND DEVICE FOR DEMODULAR WITH "SOFT" OUTPUTS QAM SIGNALS WITH GRAY MAPPING - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR DEMODULAR WITH "SOFT" OUTPUTS QAM SIGNALS WITH GRAY MAPPING Download PDF

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ITMI20121353A1
ITMI20121353A1 IT001353A ITMI20121353A ITMI20121353A1 IT MI20121353 A1 ITMI20121353 A1 IT MI20121353A1 IT 001353 A IT001353 A IT 001353A IT MI20121353 A ITMI20121353 A IT MI20121353A IT MI20121353 A1 ITMI20121353 A1 IT MI20121353A1
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qam
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IT001353A
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Umberto Amadei
Gianluigi Ferrari
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Bertel S P A
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L25/06Dc level restoring means; Bias distortion correction ; Decision circuits providing symbol by symbol detection
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    • HELECTRICITY
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    • H04L27/38Demodulator circuits; Receiver circuits

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Formano oggetto del presente trovato un metodo ed un dispositivo per demodulare con uscite "soft" segnali QAM con mappatura Gray, secondo il preambolo delle corrispondenti rivendicazioni indipendenti . The present invention relates to a method and a device for demodulating with "soft" outputs QAM signals with Gray mapping, according to the preamble of the corresponding independent claims.

Sono note varie modalità per trasmettere e ricevere segnali, questi ultimi potendo essere segnali analogici o digitali, di potenza radio (televisivi, fonia, satellitari, ecc.) o inviati su supporti in rame, linee elettriche o fibre ottiche. Tali segnali possono o meno essere codificati ed in quest'ultimo caso, essi vengono utilizzati per garantire una maggiore affidabilità in termini di robustezza contro rumori e/o interferenze indesiderati oppure per garantire migliori prestazioni (per esempio in termini di tasso di errore sul bit) a parità di potenza di rumore e/o interferente. Nel caso in cui siano codificati, un codificatore di canale viene introdotto al momento della trasmissione (congiuntamente alla o prima di una sua modulazione) e deve essere decodificato all'atto della sua ricezione (dopo o congiuntamente ad una eventuale ed opportuna demodulazione) . Various methods are known for transmitting and receiving signals, the latter being analog or digital signals of radio power (television, telephone, satellite, etc.) or sent on copper supports, electrical lines or optical fibers. These signals may or may not be encoded and in the latter case, they are used to ensure greater reliability in terms of robustness against unwanted noise and / or interference or to ensure better performance (for example in terms of bit error rate) with equal noise and / or interfering power. If they are encoded, a channel encoder is introduced at the time of transmission (together with or before its modulation) and must be decoded at the time of its reception (after or together with a possible and appropriate demodulation).

Tra le modalità di trasmissione suddette à ̈ nota quella che avviene con modulazione numerica di ampiezza in quadratura, o QAM (Quadrature Amplitude Modulation) , dove il segnale à ̈ ottenuto mediante la somma di due segnali (o portanti) modulati in fase ed in quadratura (in modo da garantire l'ortogonalità fra gli stessi). Tale segnale QAM à ̈ rappresentabile tramite una propria distribuzione sul piano complesso, detta costellazione, che consente una rappresentazione concisa ed esatta del segnale stesso. Sulla costellazione possono quindi essere rappresentati tutti i possibili stati di ogni portante per cui la rappresentazione del segnale QAM in termini di costellazione bidimensionale (nel piano complesso) à ̈ data dall'insieme dei punti corrispondenti alle possibili coppie di ampiezze delle portanti. Among the aforementioned transmission modes, the one that occurs with numerical amplitude modulation in quadrature, or QAM (Quadrature Amplitude Modulation), is known, where the signal is obtained by adding two signals (or carriers) modulated in phase and in quadrature. (in order to guarantee the orthogonality between them). This QAM signal can be represented through its own distribution on the complex plane, called constellation, which allows a concise and exact representation of the signal itself. All the possible states of each carrier can therefore be represented on the constellation for which the representation of the QAM signal in terms of a two-dimensional constellation (in the complex plane) is given by the set of points corresponding to the possible pairs of carrier amplitudes.

Nel segnale sono inseriti i bit di un flusso informativo che deve essere demodulato opportunamente quando à ̈ ricevuto da un organo ricevitore . The bits of an information flow are inserted in the signal which must be suitably demodulated when it is received by a receiver.

In un segnale QAM con mappatura Gray, Ã ̈ noto che i bit del flusso informativo sono rappresentati nella costellazione in modo tale che simboli adiacenti in quest 'ultima (ovvero i punti rappresentanti, ciascuno, un numero di bit pari al logaritmo in base 2 del numero di punti della costellazione del segnale QAM) differiscono tra loro di un solo bit. L'uso di una tale mappatura garantisce in tal modo che un errore di decisione, in fase di demodulazione, verso un simbolo adiacente a quello trasmesso a causa di rumori additivi (ad esempio un rumore Gaussiano bianco) corrisponda ad un errore su un solo bit, permettendo, in presenza di codifica di canale, che il segnale ricevuto venga correttamente decodificato permettendo quindi di risalire al segnale originario trasmesso. In a QAM signal with Gray mapping, it is known that the bits of the information stream are represented in the constellation in such a way that adjacent symbols in the latter (i.e. the points representing, each, a number of bits equal to the logarithm to base 2 of the number of points in the constellation of the QAM signal) differ from each other by only one bit. The use of such a mapping thus ensures that a decision error, during the demodulation phase, towards a symbol adjacent to the one transmitted due to additive noises (for example a white Gaussian noise) corresponds to an error on a single bit , allowing, in the presence of channel coding, that the received signal is correctly decoded thus allowing to go back to the original transmitted signal.

Nella trasmissione del segnale sopra citato si utilizza preferibilmente un codificatore di canale che introduce ridondanze nel segnale trasmesso per abbattere i rumori nel segnale ricevuto. Il presente trovato considera che tale codificatore opera con un codice di canale binario (per esempio uno codice convoluzionale) che introduce le ridondanze con memoria e con tasso (rate) di codifica fissati, indipendentemente dall'ordine di modulazione . In the transmission of the aforementioned signal, a channel encoder is preferably used which introduces redundancies in the transmitted signal to reduce noise in the received signal. The present invention considers that this encoder operates with a binary channel code (for example a convolutional code) which introduces redundancies with fixed memory and coding rate, regardless of the modulation order.

Sono note soluzioni che operano una trasmissione codificata di segnali (elettrici o radio) tramite un codice convoluzionale binario a velocità (tasso) fissa con modulatore QAM. In tali soluzioni, nel trasmettitore di segnale i bit da inviare vengono raggruppati all'uscita del codificatore secondo un ordine che dipende da quello preimpostato della modulazione Al ricevitore, à ̈ presente un demodulatore seguito da un decodificatore, indipendente da tale demodulatore anche se quest'ultimo deve inviare al decodificatore dei valori di affidabilità relativi ai bit (non ai simboli) di ogni simbolo (che comprende più bit) demodulato. Il demodulatore può avere cosiddette uscite "hard", ovvero il demodulatore prende una decisione (per un certo simbolo della costellazione) in corrispondenza di ogni campione del segnale ricevuto, cioà ̈ sceglie (in modo fisso) i valori di tutti i bit del simbolo (più precisamente, ogni bit à ̈ deciso come 0 o come 1) · Solutions are known which operate a coded transmission of signals (electrical or radio) by means of a binary convolutional code at a fixed speed (rate) with a QAM modulator. In these solutions, in the signal transmitter the bits to be sent are grouped at the output of the encoder according to an order that depends on the preset one of the modulation. the latter must send to the decoder the reliability values relating to the bits (not the symbols) of each demodulated symbol (which includes several bits). The demodulator can have so-called "hard" outputs, that is the demodulator makes a decision (for a certain symbol of the constellation) in correspondence with each sample of the received signal, that is, it chooses (in a fixed way) the values of all the bits of the symbol ( more precisely, each bit is decided as 0 or as 1)

In alternativa tale modulatore può avere uscite "soft", ovvero il demodulatore genera dei valori di affidabilità, tipicamente dei rapporti logaritmici di verosimiglianza (o Logarithmic Likelihood Ratio, LLR) , su ogni bit del simbolo associabile al campione corrispondente del segnale ricevuto, essendo il campione il valore all'uscita di un campionatore ed un opportuno quantizzatore del segnale elettrico all'ingresso del demodulatore: il segno dell 'LLR à ̈ rappresentativo del bit (0 o 1) ed il suo modulo à ̈ rappresentativo dell'affidabilità della decisione a favore di tale bit. Tanto maggiore à ̈ il modulo dell 'LLR, tanto maggiore à ̈ l'affidabilità della decisione a favore del bit corrispondente al segno dell'LLR. Alternatively, this modulator can have "soft" outputs, i.e. the demodulator generates reliability values, typically logarithmic likelihood ratios (or Logarithmic Likelihood Ratio, LLR), on each bit of the symbol that can be associated with the corresponding sample of the received signal, being the sample the value at the output of a sampler and an appropriate quantizer of the electrical signal at the input of the demodulator: the sign of the LLR is representative of the bit (0 or 1) and its modulus is representative of the reliability of the decision to favor of that bit. The greater the modulus of the LLR, the greater the reliability of the decision in favor of the bit corresponding to the sign of the LLR.

Tali note soluzioni però richiedono nel demodulatore un elaboratore digitale che abbia una memoria di elevata capacità atta a consentire di eseguire i calcoli necessari per valutare gli LLR da associare ai bit contenuti nei segnali ricevuti. In alternativa, l'elaboratore digitale deve essere in grado di eseguire calcoli molto avanzati e complessi. In entrambi i casi, un demodulatore con uno o più elaboratori digitali del tipo sopra indicato risulta molto costoso per poter eseguire tutti i calcoli necessari alla demodulazione a uscite "soft" del segnale ed alla sua predisposizione all'eventuale invio del segnale demodulato (intendendo per segnale demodulato la sequenza di valori di affidabilità sui bit) al decodificatore . However, these known solutions require in the demodulator a digital processor which has a high capacity memory capable of allowing the necessary calculations to be performed to evaluate the LLRs to be associated with the bits contained in the received signals. Alternatively, the digital computer must be able to perform very advanced and complex calculations. In both cases, a demodulator with one or more digital processors of the type indicated above is very expensive to be able to perform all the calculations necessary for the "soft" output demodulation of the signal and its preparation for the eventual sending of the demodulated signal (meaning by signal demodulated the sequence of reliability values on the bits) to the decoder.

Scopo del presente trovato à ̈ quello di offrire un metodo ed un corrispondente dispositivo per demodulare con uscite "soft" un segnale QAM con mappatura Gray che siano perfezionati rispetto alle soluzioni note. The purpose of the present invention is to offer a method and a corresponding device for demodulating with "soft" outputs a QAM signal with Gray mapping which are improved with respect to known solutions.

In particolare, scopo del trovato à ̈ quello di offrire un metodo ed un conseguente dispositivo del tipo citato che sia attuabile e realizzabile con costi contenuti rispetto alle soluzioni note. In particular, the object of the invention is to offer a method and a consequent device of the aforementioned type which can be implemented and manufactured at low costs with respect to known solutions.

Un altro scopo à ̈ quello di offrire un dispositivo che sia realizzabile con dimensioni di memoria contenute, così da facilitarne l'impiego su dispositivi fissi o mobili. Another object is to offer a device which can be manufactured with limited memory dimensions, so as to facilitate its use on fixed or mobile devices.

Questi ed altri scopi che risulteranno evidenti all'esperto del ramo vengono raggiunti da un metodo e da un dispositivo secondo le unite rivendicazioni . These and other objects which will be evident to the skilled in the art are achieved by a method and a device according to the appended claims.

Per una maggior comprensione del presente trovato si allegano a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, i seguenti disegni, in cui: For a better understanding of the present invention, the following drawings are attached purely by way of non-limiting example, in which:

la figura 1 rappresenta una pluralità di sottoregioni di quantizzazione all'interno di una regione di decisione di un simbolo raffigurante una fase di attuazione del metodo secondo il trovato; Figure 1 represents a plurality of quantization sub-regions within a decision region of a symbol depicting an implementation step of the method according to the invention;

la figura 2 rappresenta un grafico di un valore ottimizzato di selezione del valore di affidabilità da associare ad un bit di un simbolo ottenuto secondo il trovato; e Figure 2 represents a graph of an optimized value for selecting the reliability value to be associated with a bit of a symbol obtained according to the invention; And

la figura 3 mostra uno schema a blocchi di una modalità operativa di un dispositivo attuante il presente trovato. Figure 3 shows a block diagram of an operating mode of a device implementing the present invention.

Secondo il trovato la metodologia per demodulare i segnali QAM con mappatura Gray dello stato della tecnica viene perfezionato in quanto il demodulatore presenta uscite "soft" ma genera valori di affidabilità approssimati e quantizzati e cioà ̈ partendo dall'approccio al calcolo approssimato degli LLR secondo l'approccio proposto in A. J. Viterbi, "An Intuitive justification and a simplified implementation of thà ̈ MAP decoder for convolutional codes", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, voi. 16, No. 2, pp. 260-264, Feb. 1998, e di seguito denominato "algoritmo Viterbi98" (ben conosciuto dal tecnico del ramo e quindi non ulteriormente specificato) che porta alla valutazione di valori approssimati degli LLR definiti come aLLR si quantizzano tali aLLR considerando opportune soglie di quantizzazione. La valutazione delle prestazioni con l'uso degli aLLRq ha dimostrato che anche utilizzando valori di affidabilità approssimati (derivanti dalla sopra indicata opportuna quantizzazione di aLLR) si ha una perdita di prestazioni del tutto trascurabile se confrontato a quanto ottenuto secondo la metodologia nota che considera il calcolo esatto degli LLR o il calcolo dei valori approssimati aLLR secondo quanto proposto secondo l'algoritmo Viterbi9 8. According to the invention, the methodology for demodulating the QAM signals with Gray mapping of the state of the art is improved as the demodulator has "soft" outputs but generates approximate and quantized reliability values and that is starting from the approach to the approximate calculation of the LLR according to the 'approach proposed in A. J. Viterbi, "An Intuitive justification and a simplified implementation of thà ̈ MAP decoder for convolutional codes", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 16, No. 2, pp. 260-264, Feb. 1998, and hereinafter referred to as the "Viterbi98 algorithm" (well known by the skilled in the art and therefore not further specified) which leads to the evaluation of approximate values of the LLRs defined as aLLR these aLLR are quantized by considering appropriate quantization thresholds . Performance evaluation with the use of aLLRq has shown that even using approximate reliability values (deriving from the above indicated appropriate quantization of aLLR) there is a completely negligible loss of performance if compared to what is obtained according to the known methodology that considers the exact calculation of the LLR or the calculation of the approximate values aLLR as proposed according to the Viterbi algorithm9 8.

Secondo una caratteristica importante del trovato, 1'aLLRq à ̈ quantizzato ovvero si associa il valore di aLLR (calcolato secondo l'approccio proposto con l'algoritmo Viterbi98) ad un particolare valore di aLLRq a seconda della regione di appartanenza dell 'aLLR. Ciò si ottiene considerando un punto o simbolo s associato ad un campione del segnale modulato (vedasi figura 1). Si considerino anche i simboli vicini (si, s2, s3, s4) e la regione di decisione R associata al simbolo s. Per uno specifico bit di quest'ultimo simbolo, il valore assoluto del corrispondente aLLR dipende solo dalla distanza, lungo la direzione verticale o orizzontale, del bordo della regione di decisione di confine con quella del simbolo adiacente con bit corrispondente opposto rispetto a quello del simbolo di riferimento. Sulla base di questa osservazione si può quantificare l'intervallo di variabilità del valore assoluto dell'aLLR. According to an important characteristic of the invention, the aLLRq is quantized or the value of aLLR (calculated according to the approach proposed with the Viterbi algorithm98) is associated with a particular value of aLLRq depending on the region to which the aLLR belongs. This is obtained by considering a point or symbol s associated with a sample of the modulated signal (see figure 1). Consider also the neighboring symbols (si, s2, s3, s4) and the decision region R associated with the symbol s. For a specific bit of the latter symbol, the absolute value of the corresponding aLLR depends only on the distance, along the vertical or horizontal direction, of the edge of the border decision region with that of the adjacent symbol with corresponding bit opposite to that of the symbol of reference. On the basis of this observation it is possible to quantify the range of variability of the absolute value of the ALLR.

Il metodo oggetto del trovato prevede la scelta dei livelli di quantizzazione. Ad esempio la regola di quantizzazione a due livelli per il calcolo dell'aLLRq del generico bit b di un simbolo si può scrivere come: The method according to the invention provides for the choice of quantization levels. For example, the two-level quantization rule for calculating the ALLRq of the generic bit b of a symbol can be written as:

<'>c <'> c

2seO<|L(&)l≤c^ - 2seO <| L (&) lâ ‰ ¤c ^ -

3C 1/, C\ 3C 1 /, C \

V —2 se £.(3⁄4) > c<=--2≤ v<-2(Va--0/l V â € "2 if £. (3⁄4)> c <= - 2â ‰ ¤ v <-2 (Va - 0 / l

dove 2d à ̈ la distanza fra 2 simboli adiacenti sulla costellazione e c à ̈ un parametro da ottimizzare. where 2d is the distance between 2 adjacent symbols on the constellation and there is a parameter to be optimized.

Di conseguenza, una quantizzazione dell'aLLR a due valori corrisponde a suddividere la regione di decisione, rispetto ai simboli adiacenti, come mostrato in figura 1. Consequently, a two-value ALLR quantization corresponds to subdividing the decision region, with respect to the adjacent symbols, as shown in Figure 1.

In particolare, all'interno della regione di decisione "hard" del simbolo s (in cui si scelgono i valori dei bit corrispondenti a quelli del simbolo s), si individuano le nove sotto-regioni di quantizzazione {RÃŒ}<9>ÃŒ=Iindicate in figura 1. Indicando con bi il bit che cambia fra il simbolo s ed il simbolo Sj(j=l ...r4), si ha che a secondo della sotto-regione di quantizzazione dove cade il campione (osservabile) r del segnale ricevuto, à ̈ possibile determinare automaticamente il valore quantizzato dell'aLLR, cioà ̈ 1 'aLLRq. In generale, il valore di affidablità da associare ad ogni bit all'interno di ogni simbolo si ottiene da una tabella di valori di affidabilità quantizzati (aLLRq) come quella mostrata in Tabella 1. In particular, within the "hard" decision region of the symbol s (in which the values of the bits corresponding to those of the symbol s are chosen), the nine quantization sub-regions {RÃŒ} <9> ÃŒ = Indicated in figure 1. By indicating with bi the bit that changes between the symbol s and the symbol Sj (j = l ... r4), we have that according to the quantization sub-region where the (observable) sample r of the signal received, it is possible to automatically determine the quantized value of the aLLR, ie 1 'aLLRq. In general, the reliability value to be associated with each bit within each symbol is obtained from a table of quantized reliability values (aLLRq) like the one shown in Table 1.

TABELLA 1 TABLE 1

Tabella di aLLR quantizzati (aLLRq) relativa alla regione di decisione "hard" del simbolo s in Figura Table of quantized aLLRs (aLLRq) relating to the "hard" decision region of the symbol s in Figure

1 . 1.

R e L ibi ) ^<3>^ L ( b2)<quant>L ( b3)<quant>L ( b4)<quant>R and L ibi) ^ <3> ^ L (b2) <quant> L (b3) <quant> L (b4) <quant>

j > 5 j> 5

Ri c/2 3c/2 3c/2 c/2 3c/2 R2c/2 3c/2 3c/2 3c/2 3c/2 R3c/2 c/2 3c/2 3c/2 3c/2 R43c/2 c/2 3c/2 3c/2 3c/2 Ri c / 2 3c / 2 3c / 2 c / 2 3c / 2 R2c / 2 3c / 2 3c / 2 3c / 2 3c / 2 R3c / 2 c / 2 3c / 2 3c / 2 3c / 2 R43c / 2 c / 2 3c / 2 3c / 2 3c / 2

Rg 3c/2 3c/2 3c/2 3c/2 3c/2 In particolare, siccome per ogni simbolo adiacente si ha che 1<1>aLLR del bit di riferimento (che cambia fra il simbolo considerato e quello adiacente) dipende solo dalla distanza dal corrispondente bordo della regione R, con semplici ragionamenti geometrici una quantizzazione a due livelli dell'aLLR corrisponde a suddividere la regione R in (2+1) =9 sotto-regioni. Tenendo conto che bit che non cambiano passando dal simbolo considerato a simboli adiacenti saranno associati ad aLLR in modulo molto elevati (secondo l'algoritmo Viterbi98, si arriva alla Tabella 1: a seconda della sotto-regione in cui cade l'osservabile (campione del segnale ricevuto), Ã ̈ possibile emettere la sequenza di aLLRq, sui bit del simbolo, inseriti nella corrispondente riga della matrice. Rg 3c / 2 3c / 2 3c / 2 3c / 2 3c / 2 In particular, since for each adjacent symbol we have that 1 <1> aLLR of the reference bit (which changes between the considered symbol and the adjacent one) depends only on the distance from the corresponding edge of the R region, with simple geometric reasoning a two-level quantization of the ALLR corresponds to subdividing the R region into (2 + 1) = 9 sub-regions. Taking into account that bits that do not change when passing from the considered symbol to adjacent symbols will be associated with aLLR in very high modulus (according to the Viterbi98 algorithm, we arrive at Table 1: depending on the sub-region in which the observable falls (sample of the signal received), it is possible to emit the sequence of aLLRq, on the bits of the symbol, inserted in the corresponding row of the matrix.

Nella regola di quantizzazione generale introdotta prima compare il parametro c: l'ottimizzazione della regola di quantizzazione si riduce quindi alla scelta di un valore ottimizzato di c. In the general quantization rule introduced above, the parameter c appears: the optimization of the quantization rule is therefore reduced to the choice of an optimized value of c.

A questo punto, si procede ad ottimizzare il parametro c in presenza di una codifica di canale binario. Un possibile approccio all'ottimizzazione à ̈ il seguente. Per un dato valore di SNR (ovvero il rapporto segnale-rumore, Signal-to-Noise Ratio), si valuta il tasso di errore di bit (Bit Error Rate, BER) all'uscita del decodificatore associato al codice di canale binario utilizzato, in funzione di c: il valore ottimizzato, indicato come copt, corrisponde al minimo della BER. La scelta del valore ottimizzato di c determina automaticamente la suddivisione ottimizzata della regione R in sotto-regioni di quantizzazione . In figura 2 la BER à ̈ mostrata in funzione di c, per vari valori di SNR, nel caso di 64-QAM con codifica convoluzionale a rate 3/4 considerando due livelli di quantizzazione. Dai risultati ottenuti emerge chiaramente che, indipendentemente dall 'SNR, Coptr2. Utilizzando tale valore per la quantizzazione a due livelli dell'aLLR si ottengono le prestazioni ottimizzate . At this point, we proceed to optimize the parameter c in the presence of a binary channel coding. A possible approach to optimization is the following. For a given SNR value (i.e. the Signal-to-Noise Ratio), the bit error rate (BER) at the output of the decoder associated with the binary channel code used is evaluated, as a function of c: the optimized value, indicated as copt, corresponds to the minimum of the BER. The choice of the optimized value of c automatically determines the optimized subdivision of the R region into quantization sub-regions. In figure 2 the BER is shown as a function of c, for various SNR values, in the case of 64-QAM with convolutional encoding at rate 3/4 considering two quantization levels. From the results obtained it clearly emerges that, regardless of the SNR, Coptr2. Using this value for the two-level quantization of the ALLR results in optimized performance.

L'approccio proposto per la quantizzazione a due livelli può essere esteso nel caso di quantizzazione a più livelli. In ogni caso, dai risultati ottenuti emerge che una quantizzazione a due livelli introduce una perdita molto limitata. In generale, indicando con nquant-ievil numero di livelli di quantizzazione dell'aLLR, il numero di sotto-regioni di quantizzazione all'interno di una regione di decisione quadrata (regione di un punto interno di una costellazione di ordine sufficientemente elevato) à ̈ (n^nt-iev+ l)<2>(ci sono<n>quant-iev+ 1 "fasce" di quantizzazione in direzione orizzontale ed altrettante in direzione verticale) . The proposed approach for two-level quantization can be extended in the case of multi-level quantization. In any case, the results obtained show that a two-level quantization introduces a very limited loss. In general, denoting by nquant-iev the number of quantization levels of the ALLR, the number of quantization sub-regions within a square decision region (region of an interior point of a constellation of a sufficiently high order) is (n ^ nt-iev + l) <2> (there are <n> quant-iev + 1 quantization "bands" in the horizontal direction and as many in the vertical direction).

Da quanto precede, à ̈ possibile identificare la occupazione di memoria del demodulatore (o l'elaboratore digitale presente in esso) operante secondo il trovato. Infatti, assumendo una regione di decisione quadrata per un simbolo di una certa costellazione, per quanto riportato precedentemente nel caso di quantizzazione con nquant-ievlivelli occorrono (nquant_iev+1)<2>sotto-regioni di quantizzazione. Per ogni sotto-regione di quantizzazione servono|-log2n^nt-ievi bit per indicare un certo livello di quantizzazione, dove fn) rappresenta il più piccolo intero maggiore o uguale al numero reale n. Nel caso di costellazione M-aria, per ogni regione di decisione serve una matrice di dimensioni (n^ant^iev+1)<2>x log2M; ogni dato inserito contiene|-log2bit per indicizzare l'aLLRq (cioà ̈ il valore quantizzato di aLLR) . Quindi l'occupazione di memoria complessiva richiesta per una modulazione codificata M-aria à ̈ del seguente ordine: From the above, it is possible to identify the memory occupation of the demodulator (or the digital processor present therein) operating according to the invention. In fact, assuming a square decision region for a symbol of a certain constellation, although reported previously in the case of quantization with nquant-ievlevels (nquant_iev + 1) <2> quantization sub-regions are required. For each quantization sub-region we need | -log2n ^ nt-ievi bits to indicate a certain quantization level, where fn) represents the smallest integer greater than or equal to the real number n. In the case of the M-air constellation, for each decision region we need a matrix of dimensions (n ^ ant ^ iev + 1) <2> x log2M; each data entered contains | -log2bit to index the aLLRq (ie the quantized value of aLLR). Therefore the total memory occupation required for an M-aria coded modulation is of the following order:

hIqLLR-i ~ M x ( nquant-iev 1 ) x log2M x plog2nquanq-iev-|[bit ] hIqLLR-i ~ M x (nquant-iev 1) x log2M x plog2nquanq-iev- | [bit]

Tale formula dipende quindi da due soli parametri: l'ordine di modulazione M ed il numero di livelli di quantizzazione n^nt-iev· This formula therefore depends on only two parameters: the modulation order M and the number of quantization levels n ^ nt-iev

Nel caso indicato sopra in cui n^ant^iev= 2 si ha In the case indicated above where n ^ ant ^ iev = 2 we have

MaLLR-q2~ 9 x M x log2M [bit ] . MaLLR-q2 ~ 9 x M x log2M [bit].

Da quanto precede si può rilevare il vantaggio, in termini di occupazione di memoria, di un approccio basato sull'utilizzo di aLLRq (come proposto) rispetto ad aLLR non quantizzati. Si scopre che l'occupazione di memoria si riduce di una percentuale che varia dal 75% (M=4) all'80% (M= 4096) . Siccome le perdite di prestazioni sono limitate, tale risultato rende estremamente vantaggioso il metodo di demodulazione a uscite soft quantizzate sopra descritto, in quanto dimostra che il suo punto di forza à ̈ l'efficienza occupazionale in termini di memoria. From the above it can be seen the advantage, in terms of memory occupation, of an approach based on the use of aLLRq (as proposed) compared to non-quantized aLLR. It turns out that memory occupation is reduced by a percentage ranging from 75% (M = 4) to 80% (M = 4096). Since the performance losses are limited, this result makes the demodulation method with soft quantized outputs described above extremely advantageous, as it demonstrates that its strong point is the occupational efficiency in terms of memory.

In generale, a valle della ricezione di un campione di segnale, i passi operativi del demodulatore con uscite "soft" con calcolo di aLLRq comprendono i seguenti (come mostrato in figura 3). In general, downstream of the reception of a signal sample, the operating steps of the demodulator with "soft" outputs with calculation of aLLRq include the following (as shown in Figure 3).

1) Decisione "hard" sul simbolo più probabile (individuazione della regione di decisione corrispondente) associato al campione ricevuto (blocco 1 di figura 3). 1) Hard decision on the most probable symbol (identification of the corresponding decision region) associated with the sample received (block 1 of figure 3).

2) Individuazione, all'interno della regione di decisione, della sotto-regione di quantizzazione appropriata (blocco 2 di figura 3). 2) Identification, within the decision region, of the appropriate quantization sub-region (block 2 of figure 3).

3) Lettura della matrice ((nquant-iev+ l)<2>x log2M) corrispondente per gli indici (sequenze di plog2<n>quant-iev"|bit) degli aLLRq (blocco 3 di figura 3). 4) Lettura dei valori effettivi di aLLRq corrispondenti agli indici binari di un array di dimensioni|-log2nquant-ievi (con dati in ingresso reali) (blocco 4 di figura 3). 3) Reading of the matrix ((nquant-iev + l) <2> x log2M) corresponding to the indices (sequences of plog2 <n> quant-iev "| bit) of the aLLRq (block 3 of figure 3). 4) Reading of the actual values of aLLRq corresponding to the binary indices of an array of dimensions | -log2nquant-ievi (with real input data) (block 4 of figure 3).

Questi sono i passi operativi di un demodulatore a uscite "soft" che utilizzi la regola di quantizzazione ottimizzata degli aLLR proposta. Si tratta, di fatto, di un metodo di demodulazione che richiede preventivamente la creazione di opportune tabelle (generalizzazioni della Tabella 1) relative all'emissione di aLLRq. These are the operating steps of a "soft" output demodulator that uses the aLLR optimized quantization rule proposed. It is, in fact, a demodulation method which requires in advance the creation of appropriate tables (generalizations of Table 1) relating to the emission of aLLRq.

E' stata descritta una forma preferita del trovato. Ovviamente, alla luce della descrizione che precede, il tecnico del ramo potrà identificare altre soluzione analoghe a quella descritta, soluzioni che, anche se operanti secondo algoritmi matematici differenti, possono prevedere le stesse fasi di attuazione del metodo riportato nelle rivendicazioni che seguono. A preferred form of the invention has been described. Obviously, in the light of the above description, the person skilled in the art will be able to identify other solutions similar to the one described, solutions which, even if operating according to different mathematical algorithms, can foresee the same implementation steps of the method reported in the following claims.

Il dispositivo oggetto di brevetto e tale da attuare il suddetto metodo prevede un demodulatore presentante mezzi a elaboratore digitale o similari atti a consentire l'individuazione di sotto-regioni di quantizzazione attorno ad ogni simbolo appartenente ad un segnale modulato ricevuto, mezzi di memoria contenenti valori tabellati corrispondenti di valori di aLLRq associati ad un generico segnale, mezzi di confronto per confrontare i valori di affidabilità o aLLRq per ogni sotto-regione individuata e per generare un segnale ottenuto sulla base di tale confronto atto ad essere decodificato da un decodificatore di canale binario. The device object of the patent and such as to implement the aforesaid method provides a demodulator having digital processor means or similar suitable to allow the identification of quantization sub-regions around each symbol belonging to a received modulated signal, memory means containing values corresponding tables of values of aLLRq associated with a generic signal, comparison means for comparing the reliability values or aLLRq for each sub-region identified and for generating a signal obtained on the basis of this comparison suitable to be decoded by a binary channel decoder .

Ovviamente anche in questo caso, il dispositivo demodulatore à ̈ collegato ad altri elementi e componenti di un apparato o sistema più complesso (ad esempio un apparato per ricevere segnali digitali radio, elettrici o ottici) che comprende almeno un ricevitore di segnale e una utenza a cui vengono inviati i segnali decodificati (come uno schermo, una stampante o una memoria di un computer, ad esempio) . Obviously also in this case, the demodulator device is connected to other elements and components of a more complex apparatus or system (for example an apparatus for receiving radio, electrical or optical digital signals) which includes at least one signal receiver and one user to which the decoded signals are sent (such as a screen, printer or computer memory, for example).

Il trovato riguarda quindi anche un sistema che comprende un dispositivo del tipo sopra citato e secondo le rivendicazioni che seguono. The invention therefore also relates to a system which comprises a device of the aforementioned type and according to the following claims.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per demodulare segnali digitali QAM con mappatura Gray, detto metodo comprendendo il ricevimento del segnale QAM da parte di un demodulatore, l'associazione di ogni campione del segnale ricevuto all'ingresso del demodulatore ad un simbolo contenente almeno due bit di segnale, i simboli raffiguranti dati associati al segnale essendo rappresentabili tramite una costellazione, la generazione di valori di affidabilità, approssimanti rapporti logaritmici di verosimiglianza o LLR, per ogni bit di ogni simbolo, corrispondente ad un campione osservabile, del segnale ricevuto e la generazione di un segnale demodulato, caratterizzato dal fatto che tale segnale demodulato à ̈ composto da valori di affidabilità sul bit approssimati e quantizzati. CLAIMS 1. A method for demodulating QAM digital signals with Gray mapping, said method comprising the reception of the QAM signal by a demodulator, the association of each sample of the signal received at the input of the demodulator to a symbol containing at least two signal bits, the symbols representing data associated with the signal being representable through a constellation, the generation of reliability values, approximating logarithmic likelihood ratios or LLR, for each bit of each symbol, corresponding to an observable sample, of the received signal and the generation of a signal demodulated, characterized by the fact that this demodulated signal is composed of approximated and quantized reliability values on the bit. 2. Metodo di cui alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si prevedono le seguenti fasi: a) la scelta di un numero di livelli di quantizzazione del valore di affidabilità; b) l'ottimizzazione di una regola di quantizzazione atta a ridurre il tasso di errore di bit o BER durante la decodifica successiva alla demodulazione ; c) la definizione di sotto-regione di quantizzazione all'interno di ogni regione di decisione in cui valutare il segnale QAM ricevuto, detta regione essendo definita attorno ad ogni simbolo del segnale QAM, la definizione della sotto-regione essendo effettuata in funzione del livello di quantizzazione scelto della ottimizzazione della regola di quantizzazione indicata al punto b); d) l'associazione di ogni sotto-regione di quantizzazione a corrispondenti valori di affidabilità da assegnare ai bit di ogni simbolo del segnale ricevuto, dette fasi a)-d) essendo eseguite prima della ricezione del segnale. 2. Method as per claim 1, characterized in that the following steps are envisaged: a) the choice of a number of quantization levels of the reliability value; b) the optimization of a quantization rule able to reduce the bit error rate or BER during the decoding following the demodulation; c) the definition of quantization sub-region within each decision region in which to evaluate the received QAM signal, said region being defined around each symbol of the QAM signal, the definition of the sub-region being carried out as a function of the level quantization chosen of the optimization of the quantization rule indicated in point b); d) the association of each quantization sub-region to corresponding reliability values to be assigned to the bits of each symbol of the received signal, said steps a) -d) being carried out before receiving the signal. 3. Metodo di cui alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che dopo il ricevimento del segnale si prevede: a) di identificare una specifica sotto-regione di decisione per ogni simbolo associato al segnale QAM ricevuto ; b) di leggere valori di affidabilità sui bit corrispondenti alla sotto-regione identificata ed al livello di quantizzazione prescelto; c) la generazione di un segnale codificato costituito da valori di affidabilità ottimizzati, detto segnale essendo inviato all'uscita del demodulatore . 3. Method according to claim 2, characterized in that after receiving the signal it is expected: a) identifying a specific decision sub-region for each symbol associated with the received QAM signal; b) to read reliability values on the bits corresponding to the identified sub-region and to the selected quantization level; c) the generation of a coded signal consisting of optimized reliability values, said signal being sent to the demodulator output. 4. Metodo di cui alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto, dopo la fase c), che detto segnale codificato viene inviato ad un decodificatore binario. 4. Method according to claim 3, characterized in that, after step c), said coded signal is sent to a binary decoder. 5. Metodo di cui alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la scelta del numero di sottoregioni in funzione del livello di quantizzazione à ̈ eseguita secondo la seguente formula : numero sottoregioni = (nquant-iev+l)<2> dove nquant-iev= numero di livelli di quanti z zaz ione scelto . 5. Method as per claim 2, characterized in that the choice of the number of sub-regions as a function of the quantization level is performed according to the following formula: number of sub-regions = (nquant-iev + l) <2> where is it nquant-iev = number of levels of quan tions chosen. 6. Metodo di cui alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'associazione di ogni sotto-regione di quantizzazione ad una sequenza di log2M valori di affidabilità sul bit porta alla creazione di una tabella per ogni simbolo presente nel segnale QAM in cui sono riportati i valori di affidabilità dei bit del simbolo dipendenti dai livelli di quantizzazione. 6. Method as per claim 2, characterized by the fact that the association of each quantization sub-region to a sequence of log2M bit reliability values leads to the creation of a table for each symbol present in the QAM signal in which they are reported the reliability values of the symbol bits depending on the quantization levels. 7. Dispositivo per attuare il metodo secondo la rivendicazione 1, detto dispositivo comprendendo un demodulatore di un segnale QAM con mappatura Gray generato da un modulatore QAM, il segnale contenendo dati rappresentati, in una costellazione, da simboli contenenti almeno due bit, detto demodulatore essendo collegato ad un decodificatore di segnale, il demodulatore essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: a) mezzi di memoria contenenti valori tabellati e quantizzati corrispondenti a valori di affidabilità di decisioni relativamente ai bit di ogni simbolo contenuto nel segnale QAM, detti valori essendo funzioni di un livello di quantizzazione prescelto; b) mezzi di confronto per confrontare i valori di affidabilità individuati da una corrispondente sotto-regione di quantizzazione di una regione di decisione definita attorno ad ogni simbolo del segnale QAM; c) mezzi per generare un segnale demodulato formato da valori di affidabilità ottimizzati e per inviare tale segnale demodulato ad un decodificatore di canale binario. 7. Device for carrying out the method according to claim 1, said device comprising a demodulator of a Gray-mapped QAM signal generated by a QAM modulator, the signal containing data represented, in a constellation, by symbols containing at least two bits, said demodulator being connected to a signal decoder, the demodulator being characterized in that it comprises: a) memory means containing tabulated and quantized values corresponding to decision reliability values relative to the bits of each symbol contained in the QAM signal, said values being functions of a preselected quantization level; b) comparison means for comparing the reliability values identified by a corresponding quantization sub-region of a decision region defined around each symbol of the QAM signal; c) means for generating a demodulated signal formed by optimized reliability values and for sending said demodulated signal to a binary channel decoder. 8. Dispositivo di cui alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il decodificatore di canale à ̈ un decodificatore ad ingressi soft, un codificatore binario corrispondente essendo disposto a monte del modulatore QAM e ricevendo il segnale da trasmettere. 8. Device according to claim 7, characterized in that the channel decoder is a soft input decoder, a corresponding binary encoder being arranged upstream of the QAM modulator and receiving the signal to be transmitted. 9. Dispositivo di cui alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il decodificatore à ̈ un decodificatore convoluzionale ed il codificatore à ̈ un codificatore convoluzionale. 9. Device according to claim 8, characterized in that the decoder is a convolutional decoder and the encoder is a convolutional encoder. 10. Sistema per la trasmissione di segnali QAM con mappatura Gray quali segnali radio come segnali audio, video o di trasmissione dati, ad esempio satellitari, oppure la trasmissione di segnali in una linea di alimentazione di potenza o di una linea di trasferimento di potenza come una linea ad alta tensione, oppure la trasmissione di segnali ottici, detto sistema comprendendo un dispositivo secondo la rivendicazione 7, nel sistema il segnale QAM con mappatura Gray essendo demodulato secondo il metodo di cui alla rivendicazione 1.10. System for transmitting QAM signals with Gray mapping such as radio signals such as audio, video or data transmission signals, such as satellite, or the transmission of signals in a power supply line or a power transfer line such as a high voltage line, or the transmission of optical signals, said system comprising a device according to claim 7, in the system the Gray-mapped QAM signal being demodulated according to the method of claim 1.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100309810A1 (en) * 2008-02-11 2010-12-09 Udo Wachsmann Technique For Soft Bit Scaling
US20120033767A1 (en) * 2010-07-23 2012-02-09 Qualcomm Incorporated Selective quantization of decision metrics in wireless communication

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100309810A1 (en) * 2008-02-11 2010-12-09 Udo Wachsmann Technique For Soft Bit Scaling
US20120033767A1 (en) * 2010-07-23 2012-02-09 Qualcomm Incorporated Selective quantization of decision metrics in wireless communication

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