TR201905158T4 - Kapasitesi optimize edilmiş yıldız kümeleri ile sinyalleme yöntemi ve aparatı. - Google Patents

Abstract

Benzeri bir SNR bandı içinde çalışan klasik yıldız kümeleri ile karşılaştırıldığında artan kapasiteye sahip geometrik olarak şekillendirilen yıldız kümeleri kullanan iletişim sistemleri açıklanır. Birkaç düzenlemede, geometrik olarak şekillendirilen yıldız kümesi, paralel kod çözme kapasitesi veya ortak kapasite gibi bir kapasite ölçümüne göre optimize edilir. Birçok düzenlemede, bir iletişim sistemi içindeki vericiler ve alıcılara yönelik bir üretici yazılımı yükseltmesinin parçası olarak bir klasik yıldız kümesinin yerini almak üzere bir kapasitesi optimize edilmiş geometrik olarak şekillendirilen yıldız kümesi kullanılabilir. Bir dizi düzenlemede, geometrik olarak şekillendirilen yıldız kümesi bir Toplanır Beyaz Gauss Gürültü kanalı veya bir sönümlü kanal için optimize edilir. Birçok düzenlemede, iletişim uyarlanabilir oran kodlamasını kullanır ve kod oranı değiştikçe geometrik olarak şekillendirilen yıldız kümesi içindeki noktaların konumu değişir. Buluşun bir düzenlemesi bir iletişim kanalı aracılığıyla bir alıcıya sinyalleri iletmek üzere konfigüre edilen bir verici içerir, burada verici, genişletilmiş bir çıktı kodlanmış bit oranında kullanıcı bitleri ve çıktı kodlanan bitleri almak üzere konfigüre edilen bir kodlayıcıyı, bir simge yıldız kümesinde simgeler ile kodlanmış bitleri eşleştirmek üzere konfigüre edilen bir eşleştiriciyi, eşleştirici tarafından oluşturulan simgeleri kullanarak iletişim kanalı aracılığıyla iletime yönelik bir sinyali oluşturmak üzere konfigüre edilen bir modülatörü içerir. Ayrıca, alıcı iletişim kanalı aracılığıyla alınan sinyali demodüle etmek üzere konfigüre edilen bir demodülatör, demodüle edilen sinyalden olasılıkları tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir eşleştirme kaldırıcı, eşleştirme kaldırıcı tarafından oluşturulan olasılıklardan kodu çözülmüş bitleri tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir kod çözücü içerir. Ayrıca, simge yıldız kümesi, dmin değerini maksimize eden bir sinyal yıldız kümesi ile karşılaştırıldığında azalan bir sinyal-gürültü oranında belirli bir kapasite sağlayan bir kapasitesi optimize edilmiş geometrik olarak aralıklı simge yıldız kümesidir.

Description

TARIFNAME KAPASITESI OPTIMIZE EDILMIS YILDIZ KÜMELERI ILE SINYALLEME YÖNTEMI VE APARATI ALT YAPI Mevcut bulus genel olarak bant genisligi ve/veya güç verimli iletim sistemleri ve özel olarak artan kapasiteye sahip esit olmayan aralikli yildiz kümelerinin kullanimi ile ilgilidir. simgeleri açiklamak üzere kullanilir. Bir alici yildiz kümesine alinan bir sinyali eslestirerek iletilen simgeleri algilamaya çalisir. Yildiz kümesi noktalari arasindaki minimum mesafe (dmin) yüksek sinyal-gürültü oranlarinda (SNR°ler) bir yildiz kümesinin kapasitesinin bir belirtisidir. Dolayisiyla, birçok iletisim sisteminde kullanilan yildiz kümeleri dmm degerini maksimize etmek üzere tasarlanir. Bir yildiz kümesinin boyutsalligini artirma her boyutta sabit yildiz kümesi enerjisine yönelik daha fazla minimum mesafeyi artirmayi olanakli kilar.

Dolayisiyla, iyi minimum mesafe özelliklere sahip bir dizi çok boyutlu yildiz kümesi tasarlanmistir.

Iletisim sistemleri Shannon limiti olarak bilinen bir teorik maksimum kapasiteye sahiptir. Birçok iletisim sistemi bir iletisim kanalinin kapasitesini artirmak amaciyla kodlar kullanir. Turbo kodlar ve LDPC kodlar gibi kodlama tekniklerini kullanarak önemli kodlama kazançlari elde edilmistir. Herhangi bir kodlama teknigini kullanarak elde edilebilen kodlama kazançlari iletisim sisteminin yildiz kümesi ile sinirlanir. Shannon sinirinin, yildiz kümesinin merkezindeki simgelerin yildiz kümesinin kenarindaki simgelerden daha sik iletildigi sinirsiz bir yildiz kümesi olan, bir Gauss dagilimi olarak bilinen bir teorik yildiz kümesine dayandigi düsünülebilir. Pratik yildiz kümeleri sinirsizdir ve esit olasiliklari olan simgeleri iletir ve dolayisiyla Gauss kapasitesinden daha az olan kapasitelere 02333-P-0001 sahiptir. Bir yildiz kümesinin kapasitesinin 0 yildiz kümesi kullanirken kodlamayi kullanarak elde edilebilen kazançlara bir siniri ifade ettigi düsünülür. Önceden esit olmayan aralikli yildiz kümeleri gelistirmek üzere çalistirilmistir. Örnegin, kodlanmayan bir sistemin hata oranini minimize etmek üzere optimize edilmis esit olmayan aralikli yildiz kümelerini kullanan bir sistem önerilmistir. Bir diger önerilen sistem, bir Gauss dagilimini taklit etmek üzere bir çalismada ayni derecede muhtemel olan fakat esit olinayan aralikli simgeleri olan bir yildiz kümesi kullanir.

Diger yaklasimlar bir yildiz kümesinin boyutsalligini artirir veya önceden iletilen simgeleri degerlendirerek iletilen yeni bir simge seçer. Ancak, bu yildiz kümeleri yine de bir minimum mesafe kriterine dayanarak tasarlanmistir.

Kapasite gelistirilmesine yönelik homojen olmayan QAM yildiz kümesinin kullanimi asagidaki belgede açiklanmistir: D. Sommer and G. P. Fettweis, "Signal shaping by non-unifonn QAM for AWGN channels and applications using turbo coding", Proc. 2000 ITG Conf. Source and Channel Coding, pp. 81-86. APSK yildiz kümelerini optimize etme asagidaki belgede açiklanmistir; IEEE 2006°da R. De Gaudenzi, A. Guillen i Fabregas and A. Martinez, "Performance analysis of turbo-coded APSK modulations over nonlinear satellite channels." BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Bulus, ekteki istemler l-l7'nin kapsami ile tanimlanir ve sinirlandirilir. Asagidaki açiklamada, ekteki istemlere refere edilen ve bunlarin kapsaminda yer alan tüin düzenleme(ler) bulusun anlasilmasi açisindan sadece yararli örnektir(örneklerdir).

Sistemler ve yöntemler bir modülasyonu olusturinaya yönelik açiklanir, bu sekilde bir verici ve bir alici arasinda sinirlanan kapasite ilk olarak Shannon [ref Shannon 02333-P-0001 1948] tarafindan açiklanan Gauss kanal kapasitesine yaklasir. Geleneksel iletisim sistemleri Shannon Gauss kapasitesine önemli bir bosluk birakan modülasyonlari kullanir. Mevcut bulusun modülasyonlari bu boslugu azaltir ve bazi durumlarda ortadan kaldirir. Bulus digerlerinden daha sik bir modülasyonun bazi noktalarini iletme egilimi gösteren özel olarak tasarlanan kodlama mekanizmalari gerektirmez fakat aksine sirasiyla bir bit veya simge eslestirici ve eslestirme kaldirici arasindaki kapasiteyi maksiinize etmek amaciyla noktalari (bir veya birçok boyutlu alanda) yerlestirmeye yönelik bir yöntem saglar. Yöntemin pratik uygulamalari sistemlerin daha az güce yönelik belirli bir oranda veri iletmesini veya ayni miktarda güce yönelik daha yüksek bir oranda veri iletmesini olanakli Bulusun bir düzenlemesi bir iletisim kanali araciligiyla bir aliciya sinyalleri iletmek üzere konfigüre edilen bir verici içerir, burada verici, genisletilmis bir çikti kodlanmis bit oraninda kullanici bitleri ve çikti kodlanan bitleri almak üzere konfigüre edilen bir kodlayiciyi, bir simge yildiz kümesinde simgeler ile kodlanmis bitleri eslestirmek üzere konfigüre edilen bir eslestiriciyi, eslestirici tarafindan olusturulan simgeleri kullanarak iletisim kanali araciligiyla iletime yönelik bir sinyali olusturmak üzere konfigüre edilen bir modülatörü içerir.

Ayrica, alici iletisim kanali araciligiyla alinan sinyali demodüle etmek üzere konfigüre edilen bir demodülatör, demodüle edilen sinyalden olasiliklari tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir eslestirme kaldirici, eslestirme kaldirici tarafindan olusturulan olasiliklardan kodu çözülmüs bitleri tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir kod çözücü içerir. Ayrica, simge yildiz kümesi dm degerini maksimize eden bir sinyal yildiz kümesi ile karsilastirildiginda azalan bir sinyal- gürültü oraninda belirli bir kapasite saglayan bir kapasitesi optimize edilmis geometrik olarak aralikli simge yildiz kümesidir.

Bulusun bir diger düzenlemesi bir kodlama semasini kullanan kullanici bilgisinin bitlerinin kodlanmasini, kullanici bilgisinin kodlanan bitleri ile bir simge yildiz kümesinin eslestirilmesini, burada simge yildiz kümesi dm" degerini maksimize 02333-P-0001 eden bir sinyal yildiz kümesi ile karsilastirildiginda azalan sinyal-gürültü oraninda belirli bir kapasite saglayan bir kapasitesi optimize edilmis geometrik olarak aralikli simge yildiz kümesidir, simgelerin bir modülasyon semasina göre modüle edilmesini, modüle edilen sinyalin iletisim kanali araciligiyla iletilmesini, bir modüle edilen sinyalin alinmasini, modüle edilen sinyalin modülasyon semasina göre demodüle edilmesini, olasiliklari üretinek üzere geometrik olarak sekillendirilen sinyal yildiz kümesini kullanarak demodüle edilen sinyalin eslestirmesinin kaldirilmasini ve kodlanan bitlerin bir tahminini elde etmek üzere olasiliklarinin kodunun çözülmesini içerir.

Bulusun bir diger düzenlemesi uygun bir yildiz kümesi ölçüsünün ve her boyuta yönelik istenen bir kapasitenin seçilmesini, sistemin çalismasi beklenen bir baslangiç SNR°sinin tahmin edilmesini ve dm”, degerini maksimize eden bir yildiz kümesine göre yildiz kümesinin SNR performansinda önceden belirlenen bir ilerleme elde edilene kadar bir kapasite ölçümünü maksimize etmek üzere yildiz kümesinin noktalarinin konumunun yineleyerek optimize edilmesini içerir.

Bulusun bir diger düzenlemesi uygun bir yildiz kümesi ölçüsünün ve her boyuta yönelik istenen bir kapasitenin seçilmesini, sistemin çalismasi beklenen bir baslangiç SNR”sinin tahmin edilmesini ve dm”, degerini maksimize eden bir yildiz kümesine göre yildiz kümesinin SNR performansinda önceden belirlenen bir ilerleme elde edilene kadar bir kapasite ölçümünü maksimize etmek üzere yildiz kümesinin noktalarinin konumunun tekrarlayarak optimize edilmesini içerir.

Bulusun yine bir diger düzenlemesi uygun bir yildiz kümesi ölçüsünü ve istenen bir SNR,yi seçmeyi ve yildiz kümesinin bir kapasite ölçümünü maksimize etmek üzere yildiz kümesinin noktalarinin konuinunu optimize etmeyi içerir.

Bulusun bir diger düzenlemesi söz konusu belirtilen yildiz kümesi ölçüsünün karekökü olan bir yildiz kümesi ölçüsü olan geometrik olarak sekillendirilen bir PAM yildiz kümesini elde etmeyi, burada geometrik olarak PAM yildiz kümesi 02333-P-0001 dm,, degerini maksimize eden bir PAM yildiz küinesininkinden daha büyük bir kapasiteye sahiptir, geometrik olarak sekillendirilen PAM yildiz kümesini kullanarak bir ortogonalize edilmis PAM yildiz kümesini olusturmayi ve geometrik olarak sekillendirilen bir QAM yildiz küinesini üretmek üzere geometrik olarak sekillendirilen PAM yildiz kümesini ve ortogonalize edilen PAM yildiz kümesini birlestirmeyi içerir.

Bulusun bir diger düzenlemesi geometrik olarak sekillendirilen bir simge yildiz kümesini kullanan bir kanal üstünden bilgi iletmeyi ve hedef kullanici veri oranini degistirmek üzere geometrik olarak sekillendirilen simge yildiz kümesi içindeki noktalarin konumunu degistirmeyi içerir.

SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI SEKIL 1, bulusun bir düzenlemesine göre bir iletisim sisteminin kavramsal bir görünüsüdür.

SEKIL 2, bulusun bir düzenlemesi uyarinca bir vericinin bir kavramsal görünüsüdür.

SEKIL 3, bulusun bir düzenlemesine göre bir alicinin bir kavramsal görünüsüdür.

SEKIL 4a, bir kanalin ortak kapasitesinin bir kavramsal görünüsüdür.

SEKIL 4b, bir kanalin paralel kod çözme kapasitesinin bir kavramsal görünüsüdür.

SEKIL 5, bulusun bir düzenlemesine göre bir sabit koda ve modülasyon semasina sahip bir iletisim sisteminde kullanima yönelik kapasitesi optimize edilmis bir yildiz kümesi elde etmeye iliskin bir prosesi gösteren bir akis semasidir.

SEKIL 6a, geleneksel PAM-2,4,8,16,32 için Gauss kapasitesi ve PD kapasitesinin bir karsilastirmasini gösteren bir semadir.

SEKIL 6b, geleneksel PAM-2,4,8,16,32 için Gauss kapasitesi ve ortak kapasitenin bir karsilastirmasini gösteren bir semadir. 02333-P-0001 SEKIL 7, geleneksel PAM-2,4,8,16,32 yildiz kümelerinin PD kapasitesine ve ortak kapasitesine yönelik Gauss kapasitesine göre SNR boslugunu gösteren bir semadir.

SEKIL Sa, geleneksel ve optimize edilmis PAM-2,4,8,16,32 yildiz kümelerinin PD kapasitesinin Gauss kapasitesine göre SNR boslugunu karsilastiran bir semadir.

SEKIL 8b, geleneksel ve optimize edilmis PAM-2,4,8,16,32 yildiz kümelerinin ortak kapasitesinin Gauss kapasitesine göre SNR boslugunun karsilastirmasini gösteren bir semadir.

SEKIL 9, birkaç farkli uzunluktaki LDPC kodlarini içeren simülasyonlarda geleneksel ve PD kapasitesi optimize edilmis PAM-32 yildiz kümelerinin Kare Hata Orani performansini gösteren bir semadir.

SEKILLER 10a - lOd, her boyuta göre kullanici bit oranina karsi ve SNR'ye karsi PD kapasitesi ve ortak kapasitesi için optimize edilmis bir PAM-4 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir.

SEKILLER lla ve llb, bulusun düzenlemelerine göre PD kapasitesi ve ortak kapasitesi optimize edilmis PAM-4 yildiz kümelerinin tasarim tablolaridir.

SEKILLER 12a - l2d, her boyuta göre kullanici bit oranina karsi ve SNR,ye karsi PD kapasitesi ve ortak kapasite için optimize edilmis bir PAM-8 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir.

SEKILLER 13a ve 13b, bulusun düzenlemelerine göre PD kapasitesi ve ortak kapasitesi optimize edilmis PAM-8 yildiz kümelerinin tasarim tablolaridir.

SEKILLER l4a - l4d, boyuta göre kullanici bit oranina karsi ve SNR”ye karsi PD kapasitesi ve ortak kapasite için optimize edilmis bir PAM-16 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir. 02333-P-0001 SEKILLER 15a ve 15b, bulusun düzenlemelerine göre PD kapasitesi ve ortak kapasitesi optimize edilmis PAM-16 yildiz kümelerinin tasarim tablolaridir.

SEKILLER 16a - 16d, boyuta göre kullanici bit oranina karsi ve SNR'ye karsi PD kapasitesi ve ortak kapasite için optimize edilmis bir PAM-32 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir.

SEKILLER 17a ve 17b, bulusun düzenlemelerine göre PD kapasitesi ve ortak kapasitesi optimize edilmis PAM-32 yildiz kümelerinin tasarim tablolaridir.

SEKIL 18, geleneksel ve kapasitesi optimize edilmis PSK yildiz kümelerine yönelik Gauss kapasitesine göre SNR boslugunu gösteren bir semadir.

SEKIL 19, PD kapasitesi optimize edilmis PSK-32 yildiz kümelerinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren bir semadir.

SEKIL 20, farkli SNR°lerde PD kapasitesine yönelik optimize edilmis bir dizi PSK-32 yildiz kümesidir.

SEKIL 21, bulusun düzenlemesine göre iki PD optimize edilmis PAM-8 yildiz kümesinin ortogonal Kartezyen çarpimindan olusturulan bir QAM- 64”ü gösterir.

SEKILLER 22a - 22b, kullanici bit oranina karsi ve SNR”ye karsi sönümlü kanal üstünde PD kapasitesine yönelik optimize edilmis bir PAM-4 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir.

SEKILLER 23a - 23b, kullanici bit oranina karsi ve SNR”ye karsi sönüinlü kanal üstünde PD kapasitesine yönelik optimize edilmis bir PAM-8 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir.

SEKILLER 24a - 24b, kullanici bit oranina karsi ve SNR,ye karsi sönümlü kanal üstünde PD kapasitesine yönelik optimize edilmis bir PAM-l6 yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalarinin konumunu gösteren yer egrileridir. 02333-P-0001 BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu noktada sekillere dönüldügünde, esit olmayan bir sekilde aralikli (baska bir deyisle “geometrik olarak” sekillendirilen) noktalara sahip, sinyal yildiz kümelerini kullanan bulusun düzenlemelerine göre iletisim sistemleri açiklanir.

Birçok düzenlemede, geometrik olarak sekillendirilen noktalarin konumlari dna-,1 degerini maksimize eden bir yildiz kümesinin gerektirdigi SNR ile karsilastirilan azalan bir sinyal-gürültü oraninda (SNR) belirli bir kapasite ölçümünü saglamak üzere tasarlanir. Birçok düzenlemede, yildiz kümeleri kanal sinyal-gürültü oranlari (SNR) saglamak üzere önceden belirlenen bir aralikta artan bir kapasite saglamak üzere seçilir. Yildiz kümesinin konumunun seçiminde kullanilabilen kapasite ölçümleri, sinirli olmamak üzere, paralel kod çözme (PD) kapasitesini ve ortak kapasiteyi içerir.

Birçok düzenlemede, iletisim sistemleri, sinirli olmamak üzere, LDPC ve Turbo kodlarini içeren kapasite yaklasim kodlarini kullanir. Asagida daha ayrintili incelendigi gibi, bir kapasite yaklasim kanal kodunu kullanan bir iletisim sisteminin yildiz kümesi noktalarinin dogrudan optimizasyonu, optimize edildikleri SNR,ye bagli olarak farkli yildiz kümeleri verebilir. Dolayisiyla, ayni yildiz kümesinin tüm kod oranlari genelinde uygulanan ayni kodlama kazançlarini elde etinesi olasi degildir, baska bir deyisle, ayni yildiz kümesi tüm oranlar genelinde en iyi olasi performansi saglamayacaktir. Birçok durumda, bir kod oranindaki bir yildiz kümesi bir baska kod oraninda elde edilemeyen kazançlar elde edemez. Bulusun düzenlemeleri uyarinca spesifik bir kodlama oranina göre artan kodlama kazançlari elde etmek üzere kapasitesi optimize edilmis yildiz kümeleri seçmeye yönelik prosesler asagida açiklanir. Bir dizi düzenlemede, iletisim sistemleri kanal kosullarina, kod oranindaki degisikliklere ve/veya hedef kullanici veri oranindaki degisiklige göre bir yildiz küinesindeki noktalarin konumuna adapte olabilir. 02333-P-0001 ILETISIM SISTEMLERI Bulusun bir düzenlemesine göre bir iletisim sisteini SEKIL lîde gösterilir.

Iletisim sistemi (10) bir vericiye (14) kullanici bitleri saglayan bir kaynak (12) içerir. Verici bir önceden belirlenen modülasyon semasini kullanarak bir aliciya (16) bir kanal üstünden simgeler iletir. Alici vericiden alinan sinyalin kodunu çözmek amaciyla modülasyon semasinin bilgisini kullanir. Kodlanan bitler aliciya baglanan bir alis noktasi cihazina saglanir.

Bulusun bir düzenlemesine göre bir verici SEKIL 2”de gösterilir. Verici (14) bir kaynaktan kullanici bitlerini alan ve önceden belirlenen bir kodlama semasi uyarinca bitleri kodlayan bir kodlayiciyi (20) içerir. Bir dizi düzenlemede, bir turbo kodu ve bir LDPC kodu gibi bir kapasite yaklasim kodu kullanilir. Diger düzenlemelerde, iletisim sistemi içinde bir kodlama kazanci saglamak üzere baska kodlama semalari kullanilabilir. Bir eslestirici (22), kodlayiciya baglanir.

Eslestirici bit çiktisini kodlayici ile eslestirici içinde depolanan geometrik olarak dagitilmis sinyal yildiz kümesi içindeki bir simgeye eslestirir. Eslestirici kanal araciligiyla iletime yönelik simgeleri modüle eden bir modülatöre (24) simgeler Bulusun bir düzenlemesine göre bir alici SEKIL 3,te gösterilir. Alici (16) simge veya bit olasiliklarini elde etmek üzere kanal araciligiyla alinan bir sinyali demodüle eden bir demodülatör (30) içerir. Eslestirici bu olasiliklari belirlemek üzere verici tarafindan kullanilan geometrik olarak sekillendirilen simge yildiz kümesinin bilgisini kullanir. Eslestirme kaldirici (32) alinan bitlerin bir dizisini bir alis noktasi cihazina saglamak üzere kodlanan bit akisinin kodunu çözen bir kod çözücüye (34) olasiliklari saglar. 02333-P-0001 GEOMETRIK OLARAK SEKILLENDIRILEN YILDIZ KÜMELERI Bulusun düzenlemeleri uyarinca vericiler ve alicilar geoinetrik olarak sekillendirilen simge yildiz kümelerini kullanir. Birçok düzenlemede, yildiz kümesinin kapasitesini optimize eden geometrik olarak sekillendirilen bir simge yildiz kümesi kullanilir. Bulusun düzenlemeleri uyarinca kullanilabilen çesitli geometrik olarak sekillendirilen simge yildiz kümeleri, geometrik olarak sekillendirilen simge yildiz kümeleri türetmeye yönelik teknikler asagida açiklanir.

GEOMETRIK OLARAK SEKILLENDIRILEN YILDIZ KÜMELERININ SEÇILMESI Bulusun bir düzenlemesine göre bir iletisim sisteminde kullanima yönelik geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesinin seçimi kod oranin sabit olup olmadigi gibi çesitli faktörlere bagli olabilir. Birçok düzenlemede, vericiler eslestiricisinde ve bir iletisim sistemi içindeki alicilarin eslestirme kaldiricisinda klasik bir yildiz kümesinin (baska bir deyisle dm," degerine yönelik maksimize edilen bir yildiz kümesi) yerine geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesi kullanilir. Bir iletisim sistemini yükseltme bir yildiz kümesinin seçimini içerir ve birçok durumda yükseltme basit bir üretici yazilimi yükseltmesi araciligiyla gerçeklestirilebilir. Diger düzenlemelerde, geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesi, örnegin spesifik bir bit orani, bir maksimum iletim orani gibi faktörleri içerebilen spesifik performans gereksinimlerini karsilamak üzere bir kod orani ile baglantili olarak seçilir. Mevcut iletisim sistemlerini yükseltirken ve yeni iletisim sistemlerini tasarlarken bir geometrik yildiz kümesi seçmeye yönelik prosesler asagida daha ayrintili incelenir. 02333-P-0001 MEVCUT ILETISIM SISTEMLERINI YÜKSELTME dmm degerine yönelik maksimize edilen bir yildiz kümesinin kapasitesinden daha büyük olan bir kapasite saglayan geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesi, bulusun düzenlemelerine göre bir iletisim sisteminde bir klasik yildiz kümesinin yerine kullanilabilir. Birçok durumda, geometrik olarak sekillendirilen yildiz kümesinin degistirilmesi iletisim sistemi içindeki vericilerin ve alicilarin bir üretici yazilimi ve yazilim yükseltmesi ile gerçeklestirilebilir. Geometrik olarak sekillendirilen yildiz kümelerinin tümü dm,, degerine yönelik maksimize edilen bir yildiz kümesine ait olandan daha büyük kapasiteye sahip degildir. dmm degerine yönelik maksimize edilen bir yildiz kümesinin kapasitesinden daha büyük bir kapasiteye sahip geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesi seçmeye bir yaklasim, verilmis SNR için bir yildiz kümesinin kapasitesinin bir ölçümü bakimindan yildiz kümesinin seklini optimize etmektir. Optimizasyon prosesinde kullanilabilen kapasite ölçümleri, sinirli olmainak üzere, ortak kapasiteyi veya paralel kod çözme kapasitesini içerir.

ORTAK KAPASITE VE PARALEL KOD ÇÖZME KAPASITESI Bir yildiz kümesi, yildiz kümesi noktalarinin toplam sayisi (M) ve gerçek boyutlarin sayisi, Ndim parametreleri ile ifade edilebilir. Kod çözücü ve yildiz kümesi eslestirme kaldirici arasinda hiç kani yayilma yinelemesinin bulunmadigi sistemlerde, yildiz kümesi eslestirme kaldiricisi kanalin parçasi olarak düsünülebilir. PD kapasitesini belirleme amacina yönelik kanalin parçasi olarak degerlendirilebilen bir iletisim sisteminin bölümlerini kavramsal olarak gösteren bir diyagrain SEKIL 4a,da gösterilir. Kanalin parçasi olarak degerlendirilen iletisim sisteminin bölümleri kesik çizgi (40) ile belirtilir. Bu sekilde tanimlanan kanalin kapasitesi paralel kod çözme (PD) kapasitesidir, asagida sekilde belirtilir: 02333-P-0001 burada XI› /-bitleri ile iletilen simgenin i. siradaki bitidir ve Y alinan simgedir ve Ifade edilen bir diger yol, bir kanalin PD kapasitesi, vericideki kodlayicinin çikis bitleri (bir LDPC kodlayici gibi) ve alicidaki eslestirme kaldirici tarafindan hesaplanan olasiliklari arasinda karsilikli bilgi bakimindan görüntülenebilir. PD kapasitesi hem yildiz kümesi içindeki noktalarin yerlestirmesinden hem de etiketleme atamalarindan etkilenir.

Eslestirme kaldirici ve kod çözücü arasindaki kani yayilma yinelemeleri ile, eslestirrne kaldirici artik kanalin parçasi görülemez ve yildiz kümesinin ortak kapasitesi sistem performansina bagli bilinen en siki olabilir. Bir yildiz kümesinin ortak kapasitesini belirleme amacina yönelik kanalin parçasi olarak degerlendirilen bir iletisim sisteminin bölümlerini kavramsal olarak gösteren bir diyagram SEKIL 4b7de gösterilir. Kanalin parçasi olarak degerlendirilen iletisim sisteminin bölüirileri kesik çizgi (42) ile belirtilir. Kanalin ortak kapasitesi Ortak kapasite baglantinin iletim tarafindaki eslestiricinin girdisi ve kanalin çiktisi (örnegin AWGN ve Sönümlü kanallar dahil olmak üzere) arasinda elde edilebilen kapasitenin bir açiklamasidir. Pratik sistemler çogunlukla kodlama çözmeden önce kanal gözlemlerinin “eslesmesini kaldirmalidir'. Genelde, adim biraz kapasite kaybina neden olur. Aslinda CG 2 CJOINT E CpD oldugu kanitlanabilir.

Baska bir deyisle, üst CJOINT CpD ile elde edilebilen kapasiteyi baglar. Mevcut bulusun yöntemleri, belirli bir iletisim sistemi kapasitesinin pratik sinirlarinin CJOINT ve CpD ile sinirlandigi gerçegini degerlendirerek motive edilir. Bulusun birçok düzenlemesinde, bu ölçümleri maksimize eden geometrik olarak sekillendirilen yildiz kümeleri seçilir. 02333-P-0001 OPTIMAL BIR KAPASITEYE SAHIP BIR YILDIZ KÜMESI SEÇME Bulusun düzenlemelerine göre geometrik olarak sekillendirilen yildiz kümeleri PD kapasitesi veya ortak kapasite ile sinirli olmamak üzere içeren kapasite ölçümlerine optimize etmek üzere tasarlanabilir. Noktalarin seçilmesin ve bulusun bir düzenlemesine göre sabit bir kod oranina sahip bir iletisim sisteminde kullanima yönelik geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesinin etiketlenmesine yönelik proses SEKIL Site gösterilir. Proses (50), uygun bir yildiz kümesi ölçüsünün (M) ve her boyuta 11 göre istenen bir kapasitenin seçimi (52) ile baslar. Gösterilen düzenlemede, proses yildiz kümesi ölçüsünün istenen kapasiteyi destekleyebilmesini saglamak üzere bir kontrol (52) içerir. Yildiz kümesi ölçüsünün istenen kapasiteyi destekleyebilmesi durumunda, proses belirtilen kapasiteye yönelik M-ary yildiz kümesini yinelemeli olarak Optimize eder.

Belirtilen bir kapasiteye yönelik yildiz kümesinin optimize edilmesi, optimal yildiz kümesi iletisim sisteminin çalistigi SNR”ye bagli oldugundan çogunlukla yinelemeli bir prosesi içerir. Gerekli bir kapasiteyi saglamak üzere optimal yildiz kümesinin SNR,si a priari olarak bilinmez. Mevcut bulusun açiklamasi genelinde SNR, her boyuta göre ortalama yildiz kümesi enerjisinin her boyuta göre ortalama gürültü enerjisi orani olarak tanimlanir. Birçok durumda, kapasite her boyuta göre her simgede hedef kullanici bit oranini esitlemek üzere ayarlanabilir. Bazi durumlarda hedef kullanici bit oraninin üstüne biraz uygulama marji ekleme daha düsük bir oranda gerekli kullanici oranini saglayabilen pratik bir sistemde sonuçlanabilir. Marj koda baglidir. Asagidaki prosedür kullanici oraninin üstünde biraz marj içeren hedef kapasiteyi belirlemek üzere kullanilabilir. Ilk olarak, kod (örnegin LDPC veya Turbo) bir klasik esit olarak aralikli yildiz kümesi ile baglantili olarak simüle edilebilir. Ikinci olarak, simülasyon sonuçlarindan gerekli hata oraninda çalismanin gerçek SNRisi bulunabilir. Üçüncü olarak, bu SNR°de klasik yildiz kümesinin kapasitesi hesaplanabilir. Son olarak, geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesi o kapasiteye yönelik optimize edilebilir.

Gösterilen düzenlemede, yinelemeli optimizasyon döngüsü, sistemin çalismasi 02333-P-0001 beklenen SNR°nin bir baslangiç tahmininin seçilmesini içerir (baska bir deyisle SNRin). Birçok düzenlemede baslangiç tahmini klasik bir yildiz kümesi kullanarak gerekli SNR°dir. Diger düzenlemelerde, diger teknikler baslangiç SNRasinin seçilmesi amaciyla kullanilabilir. Sonra baslangiç SNRin tahmininde seçilen bir kapasite ölçümünü maksimize etmek üzere yildiz kümesi optimize ederek (56) bir M-ary yildiz kümesi elde edilir. Belirli bir SNR tahminine yönelik optimize edilmis bir yildiz kümesini elde etmek için çesitli teknikler asagida incelenmektedir.

Optimize edilmis M-ary yildiz kümesinin her boyuta göre 1? (SNRout) istenen kapasiteyi sagladigi SNR belirlenir (57). SNRout ve SNR,,i yakinlasip yakinlasmadigi konusunda bir belirleme (58) yapilir. Gösterilen düzenlemede, yakinlasma SNR,n ile esitlenen SNRout ile belirtilir, Bir dizi düzenlemede, yakinlasma, SNROm ile SNRin arasindaki farkin belirlenen bir esikten daha az olmasina bagli olarak belirlenebilir. SNRout ve SNR,n yakinlasmadiginda, proses SNRout degerini yeni SNR,n (55) olarak seçen bir diger yineleme gerçeklestirir.

SNRout ve SNR,n yakinlastiginda, yildiz kümesinin kapasite ölçümü optimize edilmistir. Asagida daha detayli açiklandigi gibi, düsük SNR'lerdeki kapasitesi optimize edilmis yildiz kümesi dm”, degerini maksimize eden yildiz kümelerinden önemli ölçüde daha yüksek performans kazançlari (gerekli minimum SNR”de azalma olarak ölçülen) elde edebilen geometrik olarak sekillendirilen yildiz kümeleridir.

SEKIL Sate gösterilen proses belirli bir SNR,ye yönelik bir M-ary yildiz kümesinin PD kapasitesini veya ortak kapasitesini maksimize edebilir. SEKIL ,te gösterilen proses kapasiteye yönelik optimize edilmis bir M-ary yildiz kümesini seçmeyi göstermesine ragmen, belirli bir kapasitede Gauss kapasitesine göre SNR boslugunun, klasik bir yildiz kümesinin SNR boslugundan daha düsük önceden belirlenen bir marj, örnegin 0.5 db, oldugu durumda, bir M-ary yildiz kümesinin olusturulmasi sonrasinda benzer bir proses kullanilabilir. Alternatif olarak, klasik bir yildiz kümesinin kapasitesinden daha büyük bir kapasiteye sahip 02333-P-0001 M-ary yildiz kümelerini belirleyen diger prosesler bulusun düzenleinelerine göre kullanilabilir. Bulusun düzenlemelerine göre geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesi, içinde iletisim sisteminin çalistigi SNR araligina yönelik optimal kapasiteye sahip olinadan dm degerini maksimize eden bir yildiz kümesinin kapasitesinden daha büyük bir kapasite elde edebilir.

Ortak kapasiteyi inaksimize etmek üzere tasarlanan yildiz kümelerinin GF(q) üstünde simgelere veya çok asamali kod çözmeye sahip kodlara da özellikle iyi uyarlanabilir. Diger taraftan PD kapasitesi için optimize edilmis yildiz kümeleri GF(2) üstünde simgelere sahip daha yaygin kod durumuna daha iyi uyarlanabilir.

BELIRLI BIR SNR,DEKI BIR M-ARY YILDIZ KÜMESININ KAPASITESINI OPTIMIZE ETME Optimize edilmis yildiz kümesinin bir kapasitesini elde etmeye yönelik prosesler çogunlukla belirli bir SNR”deki bir M-ary yildiz kümesinin noktalarina yönelik optimum konumun belirlenmesini içerir. SEKIL 5”te gösterilen optimizasyon prosesi (56) gibi bir optimizasyon prosesi tipik olarak sinirlanmamis veya sinirlanmis dogrusal olmayan optimizasyonu içerir. Maksimize edilecek olasi objektif fonksiyonlar Ortak veya PD kapasite fonksiyonlaridir. Bu fonksiyonlar Toplanir Beyaz Gauss Gürültü (AWGN) veya Rayleigh sönümlü kanallar ile sinirli olmayan ancak içeren kanallara yönelik olabilir. Optimizasyon prosesi simge etiketlemesi tarafindan belirlenen her yildiz kümesinin konumunu verir.

Hedefin ortak kapasite oldugu durumda, nokta bit etiketlemeleri iliskisizdir, baska bir deyisle nokta konumlari seti degismeden kaldigi sürece bit etiketlemelerini degistirme ortak kapasiteyi degistirmez.

Optimizasyon prosesi tipik olarak belirli bir SNRideki en büyük PD kapasitesini veya ortak kapasitesini veren yildiz kümesini bulur. Optimizasyon prosesinin kendisi, digerlerinin arasindan çogunlukla birçok yildiz kümesini degerlendiren bir yinelemeli sayisal prosesi içerir ve belirli bir SNR,deki en yüksek kapasiteyi 02333-P-0001 veren yildiz kümesini seçer. Diger düzenlemelerde, gerekli bir PD kapasitesini veya ortak kapasiteyi saglamak üzere en düsük SNR,yi gerektiren yildiz kümesi bulunabilir. Bu optimizasyon prosesinin SEKIL 5,te gösterildigi gibi çalistirilmasini gerektirir.

Yildiz kümesi nokta konumlari ile ilgili optimizasyon sinirlamalari, sinirli olmamak üzere, nokta konuinu hakkindaki daha düsük ve daha yüksek baglari, elde edilen yildiz kümesinin pik ile ortalama gücünü ve elde edilen yildiz kümesindeki sifir ortalamasini içerebilir. Global olarak optimal bir yildiz kümesinin sifir ortalamaya sahip olmasi kolaylikla gösterilebilir (hiçbir DC bileseni). Bir sifir ortalama sinirlamasinin açik bir sekilde eklenmesi optimizasyon rutinin daha hizli bir sekilde yaklasmasina yardimci olur. Nokta konumlarinin ve etiketlemelerinin tüm kombinasyonlarinin tam kapsamli aramasinin mümkün oldugu durumlar disinda, çözümlerin global olarak optimal olarak etkinliginin kanitlanmasi her zaman gerekmeyecektir. Tam kapsamli aramanin mümkün oldugu durumlarda, dogrusal olmayan optimize edici tarafindan saglanan çözüm aslinda global olarak Optimaldir.

Yukarida açiklanan prosesler, klasik bir kapasiteye göre artan bir kapasiteye sahip geometrik olarak sekillendirilen bir yildiz kümesinin sabit kod oranina ve modülasyon semasina sahip bir iletisim semasinda kullanima yönelik elde edilebildigi yöntemin örneklerini saglar. Kapasite için optimize edilmis yildiz kümeleri ile dmin degerini maksimize eden klasik yildiz kümeleri kullanarak elde edilebilen gerçek kazançlarin karsilastirmasi asagida degerlendirilir.

OPTIMIZE EDILMIS GEOMETRIK OLARAK ARALIKLI YILDIZ KÜMELERI TARAFINDAN ELDE EDILEN KAZANÇLAR Herhangi bir iletisim yöntemi tarafindan elde edilebilen en son teorik kapasitenin Gauss kapasitesi oldugu düsünülür, CG asagidaki gibi tanimlanir: 02333-P-0001 Burada sinyal-gürültü (SNR) orani, tahmin edilen sinyal gücü ile tahmin edilen gürültü gücünün oranidir. Bir yildiz kümesinin kapasitesi ile CG arasinda kalan bosluk belirtilen bir yildiz kümesi tasariminin kalitesinin bir ölçümü olarak degerlendirilebilir.

Teorik olarak optimal kodlayici ile klasik bir modülasyon semasi arasindaki kapasite boslugu SEKILLER 6a ile 6b”ye göre gözlenebilir. SEKIL› 6a dmi-n degerini maksimize eden klasik PAM-2, 4, 8, 16 ve 32 yildiz kümelerinin Gauss kapasitesi ile PD kapasitesi arasindaki bir karsilastirmayi gösteren bir semayi (60) içerir, çesitli PAM yildiz kümelerinin Gauss kapasitesi ve PD kapasitesinin egrisi arasinda Bosluklar (62) bulunur. SEKIL 6b dmm degerini maksimize eden klasik PAM-2, 4, 8, 16 ve 32 yildiz kümelerinin Gauss kapasitesi ile ortak kapasitesi arasindaki bir karsilastirinayi gösteren bir semayi (64) içerir, çesitli PAM yildiz kümelerinin Gauss kapasitesi ve ortak kapasitesinin egrisi arasinda Bosluklar (66) bulunur. Kapasitedeki bu bosluklar klasik PAM yildiz kümelerinin en son teorik kapasiteyi, baska bir deyisle Gauss kapasitesini, elde etmede yetersiz kaldigi dereceyi ifade eder.

Gauss kapasitesine yakin noktalarda SEKILLER 6a ve 6b`de gösterilen egriler arasindaki farklarin daha iyi bir görünüsünü elde etmek amaciyla, her yildiz kümesine ait kapasitenin farkli degerlerine yönelik Gauss kapasitesine göre SNR boslugu SEKIL 7,de gösterilir. Ayni SNRade SEKIL 7°deki semadan (70) (ortak kapasitenin aksine), PD kapasitesinin yildiz kümesi noktalarinin sayisi ile artmasi gerekmedigini belirtmek ilginçtir. Asagida daha ayrintili incelendigi gibi, PD kapasitesi için optimize edilmis PAM yildiz kümelerinde durum bu degildir.

SEKILLER 8a ve 8b PD kapasitesi ve ortak kapasite için optimize edilmis PAM- 4, 8, 16 ve 32 için yildiz kümelerinin performansini özetler (BPSICnin tüm kod 02333-P-0001 oranlarinda optimal PAM-2 yildiz kümesi oldugu belirtilmelidir). Yildiz kümeleri her boyuta göre farkli hedef kullanici bitlerine yönelik PD kapasitesi ve ortak kapasitesi için optimize edilmistir (baska bir deyisle kod oranlari). Optimize edilmis yildiz kümeleri her boyuta bagli olarak hedef kullanici bitlerine bagli olarak ve ayrica PD kapasitesini veya ortak kapasiteyi maksimize etmek üzere tasarlanmis olmasina bagli olarak farklidir. PD optimize edilmis PAM yildiz kümelerinin tümü her zaman ikili yansitici gri etiketleme olmayan bir gri etiketleme kullanarak etiketlenir. Tüm gri etiketlerin, yildiz kümesi noktalarini gerçek çizgi üstünde herhangi bir yere yerlestirme serbestligi göz önünde bulunduruldugunda bile, maksimum olasi PD kapasiteyi elde etmedigi belirtilmelidir. SEKIL Sa PD kapasitesi için optimize edilmis her yildiz kümesine yönelik SNR boslugunu gösterir. SEKIL 8b ortak kapasite için optimize edilmis her yildiz kümesine yönelik Gauss kapasitesine göre SNR boslugunu gösterir.

Ayni sekilde, egrideki '+, degerinin farkli bir takim uydusunu ifade ettigi belirtilmelidir.

SEKIL 8asya refere edildiginde, PD kapasitesi kullanilarak optimize edilmis bir yildiz kümesi kullanilarak elde edilen kodlama kazanci, bir kullanici bit oranindaki SNR boslugunu PAM-32 için 2.5 bitilik her boyuta göre karsilastirarak degerlendirilebilir. Her simgede 5 biflik bir sistem iletimine yönelik 2.5 bit”lik her boyuta göre bir kullanici bit orani l/2”lik bir kod oranini olusturur. Bu kod oraninda PD kapasitesi için optimize edilmis yildiz kümesi klasik PAM-32 yildiz kümesi ile karsilastirildiginda yaklasik 1.5 dBllik bir ek kodlama kazanci saglar.

PD kapasitesi için optimize edilmis yildiz kümeleri kullanarak elde edilebilen SNR kazançlari simülasyon yoluyla dogrulanabilir. Bir klasik PAM-32 yildiz kümesi ile baglantili olarak ve PD kapasitesi için optimize edilmis bir PAM-32 yildiz kümesi ile baglantili olarak bir oran 1/2 LDPC kodu kullanarak yapilan bir simülasyonun sonuçlari SEKIL 9°da gösterilir. Bir sema (90) SNR bakimindan ve farkli uzunluk kodlarini kullanarak farkli yildiz kümelerinin Kare Hata Orani performansinin egrilerini içerir (baska bir deyisle k=4,096 ve k=16,384). 02333-P-0001 Kullanilan kod göz önünde bulundurulmaksizin, PD kapasitesi için optimize edilmis yildiz kümesi SEKIL 8a”da öngörülen kazanca çok yaklasan, yaklasik 1.3 dBllik bir kazanç elde eder.

KAPASITESI OPTIMIZE EDILMIS PAM YILDIZ KÜMELERI Yukarida ana hatlari belirtilen prosesleri kullanarak, PAM yildiz kümeleri ile SNR içinde noktalarin konumunu gösteren kapasite için optimize edilmis PAM yildiz kümelerinin yer egrileri olusturulabilir. PD kapasitesi ve ortak kapasite için optimize edilmis PAM-4, 8, 16, ve 32 yildiz kümelerinin yer egrileri ve her boyuta göre çesitli tipik kullanici bit oranlarindaki ilgili tasarim tablolari SEKILLER 10a - l7b,de gösterilir. Yer egrileri ve tasarim tablolari bir dizi düsük ila yüksek spektral verimlilige karsilik gelen düsük ila yüksek SNR°ye sahip PAM-4,8,16,32 yildiz kümesi nokta konumlarini ve etiketlemelerini gösterir.

SEKIL 10a7da, bir yer egrisi (100) elde edilen kapasite karsisinda belirlenen Ortak kapasite için optimize edilmis PAM-4 yildiz kümelerinin noktalarinin konumunu gösterir. SNR karsisinda belirlenen Ortak kapasitesi optimize edilmis PAM-4 yildiz kümelerinin noktalarin konumunu gösteren benzeri bir yer egrisi (105) SEKIL 10b"de yer alir. SEKIL lOclde PD kapasitesi için optimize edilmis PAM-4 noktalarinin konumu elde edilebilen kapasite karsisinda belirlenir ve SEKIL lOd'de PD kapasitesi için PAM-4 noktalarinin konumu SNR karsisinda belirlenir.

Düsük SNRWerde, PD kapasitesi optimize edilmis PAM-4 yildiz kümeleri sadece 2 benzersiz noktaya sahiptir, bununla beraber Ortak optimize edilmis yildiz kümeleri 3 noktaya sahiptir. SNR arttikça, her optimizasyon sonunda 4 benzersiz nokta saglar. Bu durum, SEKILLER 10ab ve lOcd”nin dikey dilimlerinin bazi ilgili PAM-4 yildiz kümesi tasarimlarini açiklayan tablolarda elde edildigi SEKIL lla ve SEKIL llb”de açik bir sekilde gösterilir. Seçilen SNR dilimleri, eden tasarimlari ifade eder. PAM-4°ün en fazla log2(4) = 2 bps saglayabildigi göz 02333-P-0001 önünde bulunduruldugunda, bu tasarim noktalari sirasiyla bilgi kod oranlari R = {l/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4} olan sistemleri ifade eder.

SEKILLER 12ab ve 120d elde edilebilen kapasite ve SNR karsisinda PD kapasitesi ve ortak kapasitesi optimize edilmis PAM-8 yildiz kümesi noktalarinin yer egrilerini ifade eder. SEKILLER l3a ve l3b elde edilebilen kapasitelere ;7 = saglar. Bu dilimlerin her biri kod orani R = ;1 bps / log2(8) olan sistemlere karsilik ilgili performansinin bir örnegi olarak, SNR = 9.00 dB, veya 1.5 bps için optimize edilmis bir PD kapasitesi optimize edilmis PAM-8 yildiz kümesini gösteren SEKIL 13b'yi degerlendirin. Sonra SEKIL 8a”da saglanan egriyi inceleriz ve en son, Gauss, kapasitesine (CG) optimize edilmis yildiz kümesinin boslugu yaklasik 0.5 dB,dir. Ayni spektral verimlilikte, geleneksel PAM-8 yildiz kümesinin boslugu yaklasik 1.0 dBidir. Optimize edilmis yildiz kümesinin avantaji ayni oran için 0.5dB,dir (bu durumda R=1/2). Bu kazanç sadece iletisim sistemindeki eslestiriciyi ve eslestirme kaldiriciyi degistirerek ve diger tüm bloklari ayni birakarak elde edilebilir.

Benzer bilgi, PAM-16 PD kapasitesi ve ortak kapasite optimize edilmis yildiz kümeleri için yer egrileri ve tasarim tablolari saglayan SEKILLER l4abcd ve 15ab”de verilir. Ayni sekilde SEKILLER 16abcd, 17ab, PAM-32 PD kapasitesi ve ortak kapasite optimize edilmis yildiz kümeleri için yer egrileri ve tasarim tablolari saglar.

KAPASITESI OPTIMIZE EDILMIS PSK YILDIZ KÜMELERI Geleneksel faz degisim tuslu (PSK) yildiz kümeleri zaten oldukça optimaldir. Bu, SEKIL 18°de gösterilen kapasitesi optiinize edilinis PSK yildiz kümeleri olan geleneksel PSK°nin SNR bosluklarini karsilastiran semada (180) görülebilir, 02333-P-0001 burada PD kapasitesi ve Gauss kapasitesi arasindaki bosluk geleneksel PSK- SNR genelindeki PD optimize edilmis PSK-32 noktalarinin yer egrisi, aslinda spektral verimliligi 17 S 5 olan tüm PSKileri karakterize eden SEKIL `l9ada gösterilir. Bu, SEKIL optimal PSK-32 tasarimi geleneksel PSK-4 ile aynidir, SNR = 8.4 dB”de optimal PSK-32 geleneksel PSK-8 ile aynidir, SNR = 14.8 dB”de optimal PSK-32 geleneksel PSK- 16 ile aynidir ve son olarak 20.4 dB,den daha büyük SNR°lerde optimize edilmis PSK-32 ayni geleneksel PSK-32 ile aynidir. Bunlar geleneksel PSK yildiz kümeleri ile karsilastirildiginda optimize edilmis PSK-32°nin daha yüksek PD kapasitesi sagladigi bu ayri noktalar (örnegin SNR = 2 ve 15. dB) arasindaki SNR“lerdir.

Bu noktada, SEKIL 18”deki optimize edilmis PSK-32 için bosluk ile Gauss kapasitesi egrisi ile baglantili olarak SEKIL 197daki PD optimize edilmis PSK-32 noktalarinin yerinin bir potansiyel tasarim yöntemini ifade ettigini belirtiriz.

Spesifik olarak, tasarimci, kontrol edilen tek bir ayarlama parametresi ile baglantili olarak sadece optimize edilmis PSK-32”yi kullanarak geleneksel PSK- 4,8,16 ile etkinlestirilen performansa esdeger veya daha iyi performans elde edebilir, burada yildiz kümesi noktalari SEKIL 19,daki egriden seçilmelidir. Bu tip bir yaklasim, her simgeye göre 4 biVlik bir toplam (kod arti optimize edilmis PSK-32 modülasyonu) spektral verimliligi elde etmek üzere, oranini degistirebilen yüksek seviyede bir orani uyarlanabilir kanal kodunu, örnegin oran 4/5, her simgeye göre 1 bit°1ik toplam spektral verimlilik elde etmek üzere 1/57e baglar. Bu tip bir uyarlanabilir modülasyon ve kodlama sistemi, temelde SEKIL 18”deki en sag kontur ile ifade edilen optimal süremde gerçeklestirilebilir. 02333-P-0001 UYARLANABILIR ORAN TASARIMI Önceki örnekte PSK-32,nin spektral olarak uyarlanabilir kullanimi açiklanmistir.

Buna benzer teknikler bir verici ve alici arasindaki baglanti genelinde diger kapasitesi optimize edilmis yildiz kümeleri için uygulanabilir. Örnegin, bir sistemin hizmet kalitesini uyguladigi durumda bir vericiyi talebe bagli olarak spektral verimliligi artirmak veya azaltmak üzere yönlendirmek mümkündür.

Mevcut bulusun baglaminda, tam olarak hedef spektral verimlilik için tasarlanan bir kapasitesi optimize edilen yildiz kümesi son kullanici oran hedefini karsilayan bir kod seçimi ile baglantili olarak verici eslestiricisine yüklenebilir. Bu tip bir modülasyon / kod orani degisimi gerçeklestiginde, aliciya bir mesaj yayilabilir, böylece alici, degisimin gerçeklesecegi düsüncesiyle, yeni verici-tarafi konfigürasyonu ile eslesmek amaciyla bir eslestirme kaldirici / kod çözücü konfigürasyonu seçebilir.

Diger taraftan, alici optimize edilmis yildiz kümesi / kod orani çifti kontrol mekanizmasina dayanan bir performans kalitesini uygulayabilir. Bu tip bir yaklasim bir tür alici kalitesi ölçümünü içerir. Bu SNR veya bit hata oraninin alicisinin tahmini olabilir. Örnegin bit hata oraninin kabul edilebilir bir esik degerinin üstünde oldugu durumu ele alalim. Bu durumda, bir arka kanal araciligiyla, alici, kodlayici ve eslestirici modüllerde bir alternatif kapasitesi optimize edilmis yildiz kümesi / kod orani çiftine geçerek ve sonra eslestirme kaldirici / kod çözücü modüllerde tamamlayici çifte geçmek üzere aliciya sinyal vererek vericinin baglantinin spektral verimliligini düsürmesini talep edebilir.

GEOMETRIK OLARAK SEKILLENDIRILEN QAM YILDIZ KÜMELERI Dörtlü genlik inodülasyonu (QAM) yildiz kümeleri, PAM yildiz kümelerini QAM es fazli ve dörtlü bilesenlere ortogonalize ederek olusturulabilir. Bu sekilde olusturulan yildiz kümeleri, düsük karisiklikta eslestirme kaldiricilari olduklarindan birçok uygulamada cazip olabilir. 02333-P-0001 SEKIL 21°de bir Darbe Genligi Modülasyonu yildiz kümesinden olusturulan bir Dört Evreli Genlik Modülasyonu yildiz küinesinin bir örnegini saglariz.

Gösterilen düzenleme 1.5 bitlik her boyuta göre kullanici bit oraninda PD kapasitesi için optimize edilinis bir PAM-S yildiz kümesi kullanarak olusturulmustur (. Bu PAM-8 takim uydusunda etiket-noktasi çiftleri sunlardir: {(000, -l.72), (001, - SEKIL 217in incelemesi QAM yildiz kümesi yapisinin, es-fazli boyutta 8 PAM-8 noktasinin her biri için dörtlü boyuttaki PAM-8 noktalarinin bir tam setini kopyalayarak elde edildigini gösterir. Etiketleme, PAM-8 etiketlerini es faz boyutunda LSB araligina ve dörtlü boyuttaki MSB araligina atayarak elde edilir.

Elde edilen 8x8 dis çarpim, çok düsük-karisiklikta eslestirrne kaldiricilarin olusturulabildigi yüksek düzeyde yapilandirilmis bir QAM-64 olusturur. Es fazli ve dörtlü bilesenlerin ortogonalligi nedeniyle elde edilen QAM-64 yildiz kümesinin kapasite özellikleri bir boyuta göre PAM-8 yildiz küinesine ait olan ile aynidir.

N-BOYUTLU YILDIZ KÜMESI OPTIMIZASYONU Yildiz kümeleri 1-D7de (PAM örnegin) tasarlamak ve sonra 2-D“ye (QAM) uzatmak yerine, bir ekstra uzamsal boyut ile ifade edilen ek serbestlik derecesinin optimizasyon adimindan dogrudan yararlanmak mümkündür. Genelde, N-boyutlu yildiz kümeleri ve iliskili etiketlemelerini tasarlamak mümkündür. Optimizasyon adiminin karisikligi elde edilen alici eslestirme kaldiricisinin karisikligi gibi boyutlarin sayisinda katlanarak artar. Bu tip yapilar bulusun düzenlemelerini olusturur ve üretmek için basitçe daha fazla “çalisma süresi” gerektirir. 02333-P-0001 SÖNÜMLÜ KANALLAR IÇIN KAPASITESI OPTIMIZE EDILMIS YILDIZ KÜMELERI Yukarida ana hatlari belirtilene benzer prosesler, bulusun düzenlemelerine göre sönümlü kanallara yönelik optimize edilmis yildiz kümeleri tasarlamak için kullanilabilir. Prosesler, kapasitenin hesaplanma yönteminin sönüinlü kanali karsilamak üzere degistirilmesi istisnasi disinda temelde aynidir. Bir sönümlü kanal asagidaki denklemi kullanarak açiklanabilir: buradaX iletilen sinyaldir, N bir toplanir beyaz Gauss gürültü sinyalidir ve a(:) bir zaman fonksiyonu olan sönümlü dagilimdir.

Bir sönümlü kanal örneginde, alicidaki anlik SNR bir Sönüm dagilimina göre degisir. Sönüm dagilimi Rayleigh'dir ve sistemin ortalama SNR”sinin AWGN kanalindaki durum ile ayni kalma özelligine sahiptir, E[X2]/E[N2]. Dolayisiyla, sönümlü kanalin kapasitesi, belirli bir ortalama SNR”de, anlik SNR7nin dagilimini yönlendiren Rayleigh sönümlü dagilimi üstünde, AWGN kapasitesinin beklentisini dikkate alarak hesaplanabilir.

Birçok sönümlü kanal bir Rayleigh dagilimini izler. SEKILLER 22a - 24b bir Rayleigh sönümlü kanalindaki PD kapasitesi için optimize edilmis PAM-4, 8 ve 16 yildiz kümelerinin yer egrileridir. Her boyuta göre kullanici bit oranina karsi ve SNRaye karsi yer egrileri saglanir. Benzer prosesler, ortak kapasite gibi diger kapasite ölçümleri kullanilarak ve/veya farkli modülasyon semalari kullanilarak optimize edilmis kapasitesi optimize edilmis yildiz kümeleri elde etmek üzere kullanilabilir.

Claims (1)

1. ISTEMLER Asagidakileri içeren bir dijital iletisim sistemidir (10): bir iletisim kanali (15) araciligiyla sinyalleri iletmek üzere konfigüre edilen bir verici (14); burada verici (14) asagidakileri içerir: kullanici bitlerini almak ve kodlanan bitleri bir genisletilmis çikti kodlanan bit oraninda alinak üzere konfigüre edilen bir kodlayici (20); kodlanan bitleri modüle edilen bir simge yildiz kümesindeki simgelere eslemek üzere konfigüre edilen bir eslestirici; (22) ve eslestirici tarafindan olusturulan simgeleri kullanarak iletisim kanali araciligiyla iletime yönelik bir modüle edilen sinyal olusturmak üzere konfigüre edilen bir modülatör (24), burada vericinin, belirli bir sinyal gürültü oraninda paralel kod çözme kapasitesini maksimize etmek üzere konumlari optimize ederek ve yildiz kümesi noktalarini etiketleyerek elde edilen esit olmayan aralikli bir simge yildiz kümesi olmasi ile karakterize edilir, böylece simge yildiz kümesi, simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari arasindaki minimum mesafeyi, dm, maksimize eden bir sinyal yildiz kümesi ile karsilastirildiginda azalan bir sinyal-gürültü oraninda belirli bir kapasite Istem 1”e göre iletisim sistemidir (10), ayrica asagidakileri içerir: bir iletisim kanali (15) araciligiyla sinyalleri almak üzere konfigüre edilen bir alici (16), burada alici asagidakileri içerir: iletisim kanali araciligiyla alinan bir sinyali demodüle etmek üzere konfigüre edilen bir demodülatör (3 0); 02333-P-0001 simge yildiz kümesini kullanarak deinodüle edilen sinyalden olasiliklari tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir eslestirme kaldirici (32); ve eslestirme kaldirici (32) tarafindan olusturulan olasiliklardan kodu çözülen bitleri tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir kod çözücü (34). 3. Asagidakileri içeren bir dijital iletisim sistemidir (10): bir iletisim kanali (15) araciligiyla sinyalleri almak üzere konfigüre edilen bir alici (16); alici asagidakileri içerir: iletisim kanali araciligiyla alinan bir sinyali demodüle etmek üzere konfigüre edilen bir demodülatör (3 0); bir simge yildiz kümesini kullanarak demodüle edilen sinyalden olasiliklari tahmin etmek üzere konfigüre edilen bir eslestirme kaldirici (32); eslestirme kaldirici (32) tarafindan olusturulan olasiliklardan kodu çözülen bitleri tahmin etmek üzere kontigüre edilen bir kod çözücü (34); ve burada alicinin, belirli bir sinyal gürültü oraninda paralel kod çözme kapasitesini maksimize etmek üzere konumlari optimize ederek ve yildiz kümesi noktalarini etiketleyerek elde edilen esit olmayan aralikli bir simge yildiz kümesi olmasi ile karakterize edilir, böylece simge yildiz kümesi, simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari arasindaki minimum mesafeyi, dm, maksimize eden bir sinyal yildiz kümesi ile karsilastirildiginda azalan bir sinyal-gürültü oraninda belirli bir kapasite . Önceki isteinlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada esit olmayan bir sekilde aralikli simge yildiz kümesi asagidakilerden herhangi birini içeren optimizasyon sinirlamalarina göre optimize edilir: nokta konumunda alt ve üst baglar; 02333-P-0001 elde edilen yildiz kümesinin pik ila ortalama gücü; ve elde edilen yildiz küinesindeki ortalama. Önceki istemlerden herhangi birine iletisim sistemidir (10), burada kanal bir Toplanir Beyaz Gauss Gürültüsü, AWGN, kanalidir. Önceki istemlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada kanal bir sönümlü kanaldir. Önceki istemlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada esit olmayan bir sekilde aralikli simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari kullanici oranina bagli olarak degisebilir. Önceki istemlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada yildiz kümesi noktalari, belirli bir sinyal-gürültü oraninda paralel kod çözme kapasite ölçümünü maksimize etmek üzere konumlari optimize ederek ve yildiz kümesi noktalarini etiketleyerek elde edilmistir, böylece elde edilen yildiz kümesi noktalari, simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari arasindaki minimum mesafeyi, dm, maksimize eden bir yildiz kümesinin kapasitesinden daha büyük bir kapasiteye sahiptir. Önceki istemlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada yildiz kümesi noktalari, simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari arasindaki, minimum mesafeyi, dm”, maksimize eden bir sinyal yildiz kümesinin Gauss kapasitesine göre sinyal-gürültü orani boslugundan daha düsük önceden belirlenen bir marj olan belirli bir kapasitede Gauss kapasitesine göre bir SNR boslugu saglar. Istem 9°a göre iletisim sistemidir (10), burada önceden belirlenen marj 0.5 02333-P-0001 Önceki istemden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada simge yildiz kümesi halka çevresinde esit olmayan bir sekilde aralikli olan yildiz kümesi noktalarinin bir halkasini içerir. Istem ll'e göre iletisim sistemidir (10), burada simge yildiz kümesi homojen olmayan bir PSK yildiz kümesidir. Önceki istemlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada bir LDPC kodunu kullanmak üzere konfigüre edilir. Istemler 2 veya 3”ten herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada kod çözücü ve yildiz kümesi eslestirme kaldirici arasinda hiçbir kani yayilma yinelemesi bulunmaz. Önceki istemlerden herhangi birine göre iletisim sistemidir (10), burada yildiz kümesi bir maksimum iletim gücü gereksinimini karsilamak üzere bir kod orani ile baglantili olarak seçilir. Dijital iletisim sisteminde (10) gerçeklestirilen bir yöntemdir, yöntem asagidakileri içerir: asagida belirtilen bir iletisim kanali (15) araciligiyla sinyalleri ileten bir verici (14); kullanici bitlerini alan ve genisletilmis bir çikti kodlanan bit oraninda kodlanan bitleri veren bir kodlayici (20); kodlanan bitleri modüle edilen bir simge yildiz kümesindeki simgelere esleyen bir eslestirici (22); ve eslestirici tarafindan olusturulan simgeleri kullanarak iletisim kanali araciligiyla iletime yönelik bir modüle edilen sinyal olusturan bir modülatör (24), burada yöntemin, belirli bir sinyal gürültü oraninda paralel kod çözme kapasitesini maksimize etmek üzere konumlari optimize ederek ve yildiz kümesi noktalarini etiketleyerek elde edilen esit 02333-P-0001 olmayan aralikli bir simge yildiz kümesi olmasi ile karakterize edilir, böylece simge yildiz kümesi, simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari arasindaki minimum mesafeyi, d,,,,-,,, maksimize eden bir sinyal yildiz kümesi ile karsilastirildiginda azalan bir sinyal-gürültü oraninda belirli bir kapasite saglar. 17. Bir dijital iletisim sisteminde (10) gerçeklestirilen bir yöntemdir, yöntem asagidakileri içerir: asagida belirtilen bir iletisim kanali (15) araciligiyla sinyalleri alan bir alici (16): iletisim kanali araciligiyla alinan bir sinyali demodüle eden bir deinodülatör (30); bir simge yildiz kümesi kullanarak demodüle edilen sinyalden olasiliklari tahmin eden bir eslestirme kaldirici (32); ve eslestinne kaldirici (32) tarafindan olusturulan olasiliklardan kodu çözülen bitleri tahmin eden bir kod çözücü (34), burada yöntemin, belirli bir sinyal gürültü oraninda paralel kod çözme kapasitesini maksimize etmek üzere konumlari optimize ederek ve yildiz kümesi noktalarini etiketleyerek elde edilen esit olmayan aralikli bir simge yildiz kümesi olmasi ile karakterize edilir, böylece simge yildiz kümesi, simge yildiz kümesinin yildiz kümesi noktalari arasindaki minimum mesafeyi, dmm, maksimize eden bir sinyal yildiz kümesi ile karsilastirildiginda azalan bir sinyal-gürültü oraninda belirli bir kapasite 02333-P-0001