ES2886158T3

ES2886158T3 - Método y aparato para la señalización con constelaciones de capacidad optimizada

Info

Publication number: ES2886158T3
Application number: ES18212572T
Authority: ES
Inventors: Maged F Barsoum; Christopher Richard Jones
Original assignee: Constellation Designs LLC
Current assignee: Constellation Designs LLC
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: JP2010538502A; US20200145847A1; US8270511B2; US10701570B2; US10848990B2; US10694403B2; US20220286874A1; US20220295312A1; US7978777B2; US20210360444A1; US11871252B2; US11889326B2; US10149179B2; EP2153561A1; US10708794B2; US10887780B2; US20200137595A1; US20170374564A1; US20220295313A1; US11963019B2

Abstract

Un aparato (14) de comunicación, que comprende: un transmisor (14) que transmite señales a través de un canal (15) de comunicación que tiene una relación de señal a ruido de canal, SNR, donde el transmisor (14), comprende: un codificador (20) configurado para recibir bits de usuario y enviar bits codificados usando un código próximo a la capacidad y de acuerdo con una tasa de código; un asignador (22) configurado para asignar bits codificados a símbolos en una constelación de símbolos; y un modulador (24) configurado para generar una señal para transmisión a través del canal de comunicación usando símbolos generados por el asignador; en el que el transmisor se caracteriza porque la constelación de símbolos es una constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada, donde las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada logran una mayor capacidad de descodicación paralela que la capacidad de descodicación paralela que se logra usando una constelación M-aria que maximiza la distancia mínima, dmin, entre sus puntos de constelación para un rango de SNR dentro del cual opera el aparato de comunicación usando la constelación manipulada por desplazamiento de fase M- aria desigualmente espaciada.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para la señalización con constelaciones de capacidad optimizada

Antecedentes

La presente invención se refiere generalmente a sistemas de transmisión digital de ancho de banda y/o eficientes energéticamente, y más específicamente al uso de constelaciones separadas desigualmente que tienen una mayor capacidad.

El término "constelación" se usa para describir los posibles símbolos que pueden transmitirse por un sistema de comunicación digital típico. Un receptor intenta detectar los símbolos que se transmitieron al asignar una señal recibida a la constelación. La distancia mínima (dmin) entre los puntos de constelación es indicativa de la capacidad de una constelación a altas relaciones de señal a ruido (SNR). Por lo tanto, las constelaciones usadas en muchos sistemas de comunicación se diseñan para maximizar dmin. El aumento de la dimensionalidad de una constelación permite una distancia mínima mayor para la energía constante de constelación por dimensión. Por lo tanto, se han diseñado varias constelaciones multidimensionales con buenas propiedades de distancia mínima.

Los sistemas de comunicación tienen una capacidad máxima teórica, que se conoce como el límite de Shannon. Muchos sistemas de comunicación intentan usar códigos para aumentar la capacidad de un canal de comunicación. Se han logrado importantes ganancias de codificación mediante el uso de técnicas de codificación tales como los códigos turbo y los códigos LDPC. Las ganancias de codificación que pueden lograrse mediante el uso de cualquier técnica de codificación se limitan por la constelación del sistema de comunicación. Puede pensarse que el límite de Shannon se basa en una constelación teórica conocida como una distribución gaussiana, que es una constelación infinita donde los símbolos en el centro de la constelación se transmiten con mayor frecuencia que los símbolos en el borde de la constelación. Las constelaciones prácticas son finitas y transmiten los símbolos con iguales probabilidades, y por lo tanto, tienen capacidades que son menores que la capacidad gaussiana. Se piensa que la capacidad de una constelación representa un límite en las ganancias que pueden lograrse mediante el uso de la codificación al usar esa constelación.

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

Otros enfoques aumentan la dimensionalidad de una constelación o seleccionan un nuevo símbolo para transmitir al tomar en consideración los símbolos previamente transmitidos. Sin embargo, estas constelaciones aún se diseñaron según criterios de distancia mínima.

RICCARDO DE GAUDENZI ET AL, "Performance analysis of turbo-coded APSK modulations over Nonlinear Satellite Channels", IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, (20060906), vol. 5, no. 9, divulgan la investigación del rendimiento de la modulación digital de manipulación por desplazamiento de amplitud y fase M-aria (APSK) sobre canales de satélite no lineales típicos. Se estudia el efecto de la no linealidad del satélite y se presentan técnicas de pre y post compensación de distorsión para APSK codificado. Se analiza un simulador de sistema APSK codificado de extremo a extremo que incluye el modelo de canal de satélite y los subsistemas de sincronización y se compara su rendimiento con QAM codificado en rejilla estándar concatenado con códigos Reed-Solomon.

Breve descripción de la invención

Los sistemas y métodos se describen para construir una modulación de manera que la capacidad restringida entre un transmisor y un receptor se aproxima al límite de capacidad del canal gaussiano descrito por primera vez por Shannon [ref Shannon 1948]. Los sistemas de comunicaciones tradicionales emplean modulaciones que dejan una brecha significativa en la capacidad gaussiana de Shannon. Las modulaciones de la presente invención reducen, y en algunos casos, casi eliminan esta brecha. La invención no requiere mecanismos de codificación especialmente diseñados que tienden a transmitir algunos puntos de una modulación con más frecuencia que otros, sino más bien proporciona un método para ubicar los puntos (en un espacio unidimensional o multidimensional) con el fin de maximizar la capacidad entre la entrada y la salida de un asignador y desasignador de bits o símbolos respectivamente. La aplicación práctica del método permite a los sistemas transmitir los datos a una velocidad determinada por menos energía o transmitir los datos a una velocidad mayor para la misma cantidad de energía.

Una realización de la invención se cita en la reivindicación 1 y las reivindicaciones dependientes.

Una realización adicional de la invención se cita en la reivindicación 2 y las reivindicaciones dependientes.

Una realización todavía adicional de la invención se cita en la reivindicación 17 y las reivindicaciones dependientes.

Otra realización de la invención se cita en la reivindicación 27 y las reivindicaciones dependientes.

Una realización adicional de la invención se cita en la reivindicación 29 y las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una ilustración conceptual de un sistema de comunicación de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 2 es una ilustración conceptual de un transmisor de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 3 es una ilustración conceptual de un receptor de acuerdo con una realización de la invención.

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

La Figura 4b es una ilustración conceptual de la capacidad de descodicación paralela de un canal.

La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra un proceso para obtener una constelación optimizada para la capacidad para su uso en un sistema de comunicación que tiene una tasa de código fija y un esquema de modulación de acuerdo con una realización de la invención.

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

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

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

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

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

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

Las Figuras 10a - 10d son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-4 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

La Figura 11a es una tabla de diseño de constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad conjunta.

La Figura 11b es una tabla de diseño de constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad de PD.

Las Figuras 12a - 12d son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-8 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

La Figura 13a es una tabla de diseño de constelaciones PAM-8 optimizadas para la capacidad conjunta.

La Figura 13b es una tabla de diseño de constelaciones PAM-8 optimizadas para la capacidad de PD.

Las Figuras 14a - 14d son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-16 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

La Figura 15a es una tabla de diseño de constelaciones PAM-16 optimizadas para la capacidad conjunta.

La Figura 15b es una tabla de diseño de constelaciones PAM-16 optimizadas para la capacidad de PD.

Las Figuras 16a - 16d son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-32 optimizada para la capacidad de PD y la capacidad conjunta versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

La Figura 17a es una tabla de diseño de constelaciones PAM-32 optimizadas para la capacidad conjunta.

La Figura 17b es una tabla de diseño de constelaciones PAM-32 optimizadas para la capacidad de PD.

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

La Figura 19 es un gráfico que muestra la ubicación de los puntos de constelación de las constelaciones PSK-32 optimizadas para la capacidad de PD.

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

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

Las Figuras 22a y 22b son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-4 optimizada para la capacidad de PD a través de un canal de desvanecimiento versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

Las Figuras 23a y 23b son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-8 optimizada para la capacidad de PD a través de un canal de desvanecimiento versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

Las Figuras 24a y 24b son gráficos de lugar que muestran la ubicación de los puntos de constelación de una constelación PAM-16 optimizada para la capacidad de PD a través de un canal de desvanecimiento versus la tasa de bits del usuario por dimensión y versus la SNR.

Descripción detallada de la invención

Con referencia ahora a los dibujos, se describen los sistemas de comunicación de acuerdo con las realizaciones de la invención que usan las constelaciones de señales, que tienen puntos separados desigualmente (es decir, conformadas 'geométricamente'). En varias realizaciones, las ubicaciones de los puntos conformados geométricamente se diseñan para proporcionar una medida de capacidad dada a una relación de señal a ruido (SNR) reducida en comparación con la SNR requerida por una constelación que maximiza dmin. En muchas realizaciones, las constelaciones se seleccionan para proporcionar una mayor capacidad en un intervalo predeterminado de relaciones de señal a ruido (SNR) de canal. Las medidas de capacidad de descodicación paralela (PD) se pueden usar en la selección de la ubicación de los puntos de constelación de acuerdo con las realizaciones de la invención. Las medidas de capacidad conjunta para la selección de la ubicación de los puntos de constelación no son realizaciones de la invención pero pueden ser útiles para comprender las realizaciones de la invención.

En muchas realizaciones, los sistemas de comunicación utilizan códigos próximos a la capacidad que incluyen, pero no se limitan a, códigos LDPC y Turbo. Como se describe adicionalmente más abajo, la optimización directa de los puntos de constelación de un sistema de comunicación que utiliza un código de canal próximo a la capacidad, puede producir diferentes constelaciones en dependencia de la SNR para la cual se optimizan. Por lo tanto, es poco probable que la misma constelación logre las mismas ganancias de codificación aplicadas en todas las tasas de código; es decir, la misma constelación no permitirá el mejor rendimiento posible en todas las tasas. En muchos casos, una constelación a una tasa de código puede lograr ganancias que no pueden lograrse a otra tasa de código. Los procesos para seleccionar las constelaciones de capacidad optimizada para lograr mayores ganancias de codificación basadas en una tasa de codificación específica de acuerdo con las realizaciones de la invención se describen más abajo. En una serie de realizaciones, los sistemas de comunicación pueden adaptar la ubicación de los puntos en una constelación en respuesta a las condiciones del canal, los cambios en la tasa de código y/o para cambiar la tasa de datos de usuario objetivo.

Sistemas de comunicación

Un sistema de comunicación de acuerdo con una realización de la invención se muestra en la Figura 1. El sistema de comunicación 10 incluye una fuente 12 que proporciona bits de usuario a un transmisor 14. El transmisor transmite símbolos a través de un canal a un receptor 16 mediante el uso de un esquema de modulación predeterminado. El receptor usa el conocimiento del esquema de modulación para descodicar la señal recibida desde el transmisor. Los bits descodificados se proporcionan a un dispositivo sumidero que se conecta al receptor.

Un transmisor de acuerdo con una realización de la invención se muestra en la Figura 2. El transmisor 14 incluye un codificador 20 que recibe los bits de usuario desde una fuente y codifica los bits de acuerdo con un esquema de codificación predeterminado. En varias realizaciones, se usa un código próximo a la capacidad, tal como un código turbo o un código LDPC. En otras realizaciones, pueden usarse otros esquemas de codificación para proporcionar una ganancia de codificación dentro del sistema de comunicación. Un asignador22 se conecta al codificador. El asignador asigna la salida de bits por el codificador a un símbolo dentro de una constelación de señales distribuidas geométricamente almacenada dentro del asignador. El asignador proporciona los símbolos a un modulador 24, que modula los símbolos para la transmisión a través del canal.

Un receptor de acuerdo con una realización de la invención se ilustra en la Figura 3. El receptor 16 incluye un demodulador 30 que demodula una señal recibida a través del canal para obtener probabilidades de símbolos o bits. El desasignador usa el conocimiento de la constelación de símbolos conformada geométricamente usada por el transmisor para determinar estas probabilidades. El desasignador 32 proporciona las probabilidades a un descodicador 34 que descodica el flujo de bits codificado para proporcionar una secuencia de bits recibidos a un sumidero.

Constelaciones conformadas geométricamente

Los transmisores y receptores de acuerdo con las realizaciones de la invención utilizan constelaciones de símbolos conformadas geométricamente. En varias realizaciones, se usa una constelación de símbolos conformada geométricamente que optimiza la capacidad de la constelación. Más abajo se describen diversas constelaciones de símbolos conformadas geométricamente que pueden usarse de acuerdo con las realizaciones de la invención y las técnicas para obtener las constelaciones de símbolos conformadas geométricamente.

Selección de constelaciones conformadas geométricamente

La selección de una constelación conformada geométricamente para su uso en un sistema de comunicación de acuerdo con una realización de la invención puede depender de una variedad de factores que incluyen si la tasa de código es fija. En muchas realizaciones, una constelación conformada geométricamente se usa para reemplazar una constelación convencional (es decir, una constelación maximizada para dmin) en el asignador de transmisores y el desasignador de receptores dentro de un sistema de comunicación. La actualización de un sistema de comunicación implica la selección de una constelación y, en muchos casos, la actualización puede lograrse a través de una simple actualización de firmware. En otras realizaciones, una constelación conformada geométricamente se selecciona junto con una tasa de código para cumplir con los requisitos de rendimiento específicos, que pueden incluir, por ejemplo, factores tales como una tasa de bits específica, una potencia de transmisión máxima. Los procesos para seleccionar una constelación geométrica cuando se actualizan los sistemas de comunicación existentes y cuando se diseñan nuevos sistemas de comunicación se describen adicionalmente más abajo.

Actualización de los sistemas de comunicación existentes

Una constelación conformada geométricamente que proporciona una capacidad, que es mayor que la capacidad de una constelación maximizada para dmin, puede usarse en lugar de una constelación convencional en un sistema de comunicación de acuerdo con las realizaciones de la invención. En muchos casos, la sustitución de la constelación conformada geométricamente puede lograrse mediante una actualización de firmware o software de los transmisores y receptores dentro del sistema de comunicación. No todas las constelaciones conformadas geométricamente tienen una capacidad mayor que la de una constelación maximizada para dmin. Un enfoque para seleccionar una constelación conformada geométricamente que tenga una capacidad mayor que la de una constelación maximizada para dmin, es optimizar la forma de la constelación con respecto a una medida de la capacidad de la constelación para una SNR dada. Las medidas de capacidad que pueden usarse en el proceso de optimización pueden incluir, pero no se limitan a, la capacidad conjunta o la capacidad de descodicación paralela.

Capacidad conjunta y capacidad de descodicación paralela

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

c PD = Y t n x i-,Y )

1=0

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

Expresado de otra manera, la capacidad de PD de un canal puede observarse en términos de la información mutua entre los bits de salida del codificador (tal como un codificador LDPC) en el transmisor y las probabilidades calculadas por el desasignador en el receptor. La capacidad de PD se influencia tanto por la colocación de los puntos dentro de la constelación como por las asignaciones de etiquetado.

Con las iteraciones de propagación de creencias entre el desasignador y el descodicador, el desasignador ya no puede observarse como parte del canal, y la capacidad conjunta de la constelación se convierte en el límite conocido más estrecho en el rendimiento del sistema. Un diagrama que ilustra conceptualmente las porciones de un sistema de comunicación que se consideran parte del canal con el propósito de determinar la capacidad conjunta de una constelación se muestra en la Figura 4b. Las porciones del sistema de comunicación que se consideran parte del canal se indican por la línea fantasma 42. La capacidad conjunta del canal está dada por:

C^conjunta= I(X;Y)

La capacidad conjunta es una descripción de la capacidad alcanzable entre la entrada del asignador en el lado de transmisión del enlace y la salida del canal (que incluye, por ejemplo, los canales AWGN y de desvanecimiento). Los sistemas prácticos a menudo deben 'desasignar' las observaciones del canal antes de la descodicación. En general, esta etapa provoca alguna pérdida de capacidad. De hecho, puede probarse que C^g^ C^conjunta^ C^pd. Es decir, C^conjuntalimita por arriba la capacidad alcanzable por C^pd. Los métodos de la presente invención se motivan al considerar el hecho de que los límites prácticos para una capacidad de sistema de comunicación dada se limitan por C^conjuntay C^pd.

Selección de una constelación que tiene una capacidad óptima

Las constelaciones conformadas geométricamente de acuerdo con las realizaciones de la invención pueden diseñarse para optimizar las medidas de capacidad de descodicación en paralelo. Un proceso para seleccionar los puntos, y el etiquetado, de una constelación conformada geométricamente para su uso en un sistema de comunicación que tiene una tasa de código fija de acuerdo con una realización de la invención se muestra en la Figura 5. El proceso 50 comienza con la selección (52) de un tamaño de constelación apropiado M y una capacidad deseada por dimensión r|. En la realización ilustrada, el proceso implica una verificación (52) para asegurar que el tamaño de la constelación puede soportar la capacidad deseada. En el caso de que el tamaño de la constelación pueda soportar la capacidad deseada, entonces el proceso optimiza iterativamente la constelación M-aria para la capacidad especificada. La optimización de una constelación para una capacidad especificada a menudo implica un proceso iterativo, ya que la constelación óptima depende de la SNR en la que opera el sistema de comunicación. La SNR de la constelación óptima para dar una capacidad requerida no se conoce a priori. A lo largo de la descripción de la presente invención, la SNR se define como la relación entre la energía de constelación promedio por dimensión y la energía de ruido promedio por dimensión. En la mayoría de los casos, la capacidad puede configurarse para igualar la tasa de bits de usuario objetivo por símbolo por dimensión. En algunos casos, la adición de cierto margen de implementación en la parte superior de la tasa de bits de usuario objetivo podría resultar en un sistema práctico que puede proporcionar la tasa de usuario requerida a una velocidad menor. El margen depende del código. El siguiente procedimiento podría usarse para determinar la capacidad objetivo que incluye cierto margen en la parte superior de la tasa de usuario. En primer lugar, el código (por ejemplo, LDPC o Turbo) puede simularse junto con una constelación convencional separada igualmente. En segundo lugar, a partir de los resultados de la simulación puede encontrarse la SNR real de operación a la tasa de error requerida. En tercer lugar, puede calcularse la capacidad de la constelación convencional en esa SNR. Finalmente, una constelación conformada geométricamente puede optimizarse para esa capacidad.

En la realización ilustrada, el lazo de optimización iterativo implica seleccionar una estimación inicial de la SNR en la cual es probable que el sistema funcione (es decir, SNRentrada). En varias realizaciones, la estimación inicial es la SNR requerida mediante el uso de una constelación convencional. En otras realizaciones, pueden usarse otras técnicas para seleccionar la SNR inicial. Luego, se obtiene una constelación M-aria al optimizar (56) la constelación para maximizar una medida de capacidad seleccionada en la estimación inicial de la SNRentrada. A continuación, se describen varias técnicas para obtener una constelación optimizada para una estimación de la SNR dada.

Se determina (57) la SNR en la cual la constelación M-aria optimizada proporciona la capacidad deseada por dimensión n (SNRsalida). Se determina (58) si la SNRsalida y la SNRentrada han convergido. En la realización ilustrada, la convergencia se indica por la SNRsalida igual a la SNRentrada. En varias realizaciones, la convergencia puede determinarse en base a la diferencia entre la SNRsalida y la SNR que es menor que un umbral predeterminado. Cuando la SNRsalida y la SNRentrada no han convergido, el proceso realiza otra iteración que selecciona la SNRsalida como la nueva SNRentrada (55). Cuando la SNRsalida y la SNRentrada han convergido, se ha optimizado la medida de capacidad de la constelación. Como se explica en más detalle a continuación, las constelaciones de capacidad optimizada a bajas SNR son constelaciones conformadas geométricamente que pueden lograr ganancias de rendimiento significativamente más altas (medidas como la reducción en la SNR mínima requerida) que las constelaciones que maximizan dmin.

El proceso ilustrado en la Figura 5 puede maximizar la capacidad de PD o la capacidad conjunta de una constelación M-aria para una SNR dada. Aunque el proceso ilustrado en la Figura 5 muestra la selección de una constelación M-aria optimizada para la capacidad, podría usarse un proceso similar que termina tras la generación de una constelación M-aria donde la brecha de la SNR a la capacidad gaussiana en una capacidad dada es un margen predeterminado menor que la brecha de la SNR de una constelación convencional, por ejemplo 0.5 dB. Alternativamente, pueden usarse otros procesos que identifican las constelaciones M-arias que tienen una capacidad mayor que la capacidad de una constelación convencional de acuerdo con las realizaciones de la invención. Una constelación conformada geométricamente de acuerdo con las realizaciones de la invención puede lograr una capacidad mayor que la capacidad de una constelación que maximiza dmin sin tener la capacidad óptima para el intervalo de la SNR dentro del cual opera el sistema de comunicación.

Notamos que las constelaciones diseñadas para maximizar la capacidad conjunta también pueden ser particularmente adecuadas para códigos con símbolos sobre GF(q), o con descodicación de múltiples etapas. Por el contrario, las constelaciones optimizadas para la capacidad de PD podrían adaptarse mejor al caso más común de códigos con símbolos sobre GF(2).

Optimización de la capacidad de una constelación m-aria en una SNR dada

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

El proceso de optimización típicamente encuentra la constelación que proporciona la mayor capacidad de PD o capacidad conjunta en una SNR dada. El proceso de optimización en sí, a menudo implica un proceso numérico iterativo que, entre otras cosas, considera varias constelaciones y selecciona la constelación que proporciona la mayor capacidad en una SNR dada. En otras realizaciones, también puede encontrarse la constelación que requiere que la SNR mínima proporcione una capacidad de PD o capacidad conjunta requerida. Esto requiere ejecutar el proceso de optimización de forma iterativa como se muestra en la Figura 5.

Las restricciones de optimización en las ubicaciones de los puntos de constelación pueden incluir, pero no se limitan a, los límites inferior y superior en la ubicación de los puntos, la energía pico a promedio de la constelación resultante, y la media cero en la constelación resultante. Esto puede mostrar fácilmente que una constelación óptima a nivel mundial tendrá una media cero (sin componente DC). La inclusión explícita de una restricción de media cero ayuda a la rutina de optimización a converger más rápidamente. Excepto en los casos donde la búsqueda exhaustiva de todas las combinaciones de ubicaciones de puntos y etiquetas sea posible, este no siempre será necesariamente el caso de que las soluciones sean demostrablemente óptimas a nivel mundial. En los casos donde es posible realizar una búsqueda exhaustiva, la solución proporcionada por el optimizador no lineal es, de hecho, óptima a nivel mundial.

Los procesos descritos anteriormente proporcionan ejemplos de la manera en que puede obtenerse una constelación conformada geométricamente que tiene una mayor capacidad con relación a una capacidad convencional para su uso en un sistema de comunicación que tiene una tasa de código fija y un esquema de modulación. Las ganancias reales que pueden lograrse mediante el uso de constelaciones que se optimizan para la capacidad en comparación con las constelaciones convencionales que maximizan dmin se consideran a continuación.

Ganancias logradas por las constelaciones optimizadas separadas geométricamente

Se cree que la capacidad teórica máxima que puede lograrse mediante cualquier método de comunicación es la capacidad gaussiana, C^g, que se define como:

Cg = ^ Io92{1 SNR)

Donde la relación de señal a ruido (SNR) es la relación entre la energía de la señal esperada y la energía del ruido esperado. La brecha que queda entre la capacidad de una constelación y la C^gpuede considerarse como una medida de la calidad de un diseño de constelación dado.

La brecha en la capacidad entre un esquema de modulación convencional en combinación con un codificador teóricamente óptimo puede observarse con referencia a las Figuras 6a y 6b. La Figura 6a incluye un gráfico 60 que muestra una comparación entre la capacidad gaussiana y la capacidad de PD de las constelaciones PAM-2, 4, 8, 16 y 32 convencionales que maximizan dmin, las brechas 62 existen entre el trazo de la capacidad gaussiana y la capacidad de PD de las diversas constelaciones PAM. La Figura 6b incluye un gráfico 64 que muestra una comparación entre la capacidad gaussiana y la capacidad conjunta de las constelaciones PAM-2, 4, 8, 16 y 32 convencionales que maximizan dmin, las brechas 66 existen entre el trazo de la capacidad gaussiana y la capacidad conjunta de las diversas constelaciones PAM. Estas brechas en la capacidad representan la medida en que las constelaciones PAM convencionales no llegan a obtener la capacidad teórica máxima, es decir, la capacidad gaussiana.

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

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

Con referencia a la Figura 8a, la ganancia de codificación lograda mediante el uso de una constelación optimizada para la capacidad de PD puede apreciarse mediante la comparación de la brecha de la SNR a una tasa de bits de usuario por dimensión de 2.5 bits para la PAM-32. Una tasa de bits de usuario por dimensión de 2.5 bits para un sistema que transmite 5 bits por símbolo constituye una tasa de código de 1/2. A esa tasa de código, la constelación optimizada para la capacidad de PD proporciona una ganancia de codificación adicional de aproximadamente 1.5 dB en comparación con la constelación Pa M-32 convencional.

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

Constelaciones PAM de capacidad optimizada

Los sistemas de comunicación que utilizan constelaciones PAM unidimensionales (ID) o constelaciones PAM ortogonalizadas 2D que están optimizadas para la capacidad no son realizaciones de la invención actualmente reivindicada pero pueden ser útiles para comprender las realizaciones de la invención reivindicada. Mediante el uso de los procesos descritos anteriormente, pueden generarse gráficos de lugar de las constelaciones PAM optimizadas para la capacidad que muestran la ubicación de los puntos dentro de las constelaciones PAM versus la SNR. Los gráficos de lugar de las constelaciones PAM-4, 8, 16 y 32 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta, y las tablas de diseño correspondientes a varias tasas de bits de usuario típicas por dimensión se ilustran en las Figuras 10a - 17b. Los gráficos de lugar y las tablas de diseño muestran las ubicaciones de los puntos de constelación PAM-4,8,16,32 y las etiquetas de la SNR de baja a alta correspondientes a un intervalo de eficiencia espectral de baja a alta.

En la Figura 10a, un gráfico de lugar 100 muestra la ubicación de los puntos de las constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad conjunta representada contra la capacidad alcanzada. Un gráfico de lugar similar 105 que muestra la ubicación de los puntos de las constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad conjunta representadas contra la SNR se incluye en la Figura 10b. En la Figura 10c se grafica la ubicación de los puntos para la PAM-4 optimizada para la capacidad de PD contra la capacidad alcanzable, y en la Figura 10d se grafica la ubicación de los puntos para la PAM-4 para la capacidad de PD contra la SNR. A bajas SNR, las constelaciones PAM-4 optimizadas para la capacidad de PD tienen sólo 2 puntos únicos, mientras que las constelaciones optimizadas para la capacidad conjunta tienen 3. A medida que aumenta la SNR, cada optimización proporciona finalmente 4 puntos únicos. Este fenómeno se describe explícitamente en la Figura 11a y la Figura 11b donde se capturan cortes verticales de las Figuras 10ab y 10cd en tablas que describen algunos diseños de interés de las constelaciones PAM-4. Los cortes de la SNR seleccionados representan los diseños que alcanzan las capacidades = {0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5} bits por símbolo (bps). Dado que la PAM-4 puede proporcionar como máximo log2(4) = 2 bps, estos puntos de diseño representan sistemas con tasas de código de información R = {1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4} respectivamente.

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

Información similar se presenta en las Figuras 14abcd, y 15ab que proporcionan gráficos de lugar y tablas de diseño para constelaciones pAM-16 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta. Igualmente, las Figuras 16abcd, 17ab proporcionan gráficos de lugar y tablas de diseño para constelaciones PAM-32 optimizadas para la capacidad de PD y la capacidad conjunta.

Constelaciones PSKde capacidad optimizada

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

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

Notamos ahora que el lugar de los puntos para la PSK-32 optimizada para PD en la Figura 19 junto con la brecha de la curva de capacidad gaussiana para la PSK-32 optimizada en la Figura 18 implica una metodología de diseño potencial. Específicamente, el diseñador podría lograr un rendimiento equivalente o mejor que el permitido por las PSK-4,8,16 tradicionales mediante el uso de sólo la PSK-32 optimizada junto con un único parámetro de sintonización que controle dónde deberían seleccionarse los puntos de la constelación en el lugar de la Figura 19. Dicho enfoque acoplaría un código de canal adaptativo de alta tasa que podría variar su tasa, por ejemplo, la tasa 4/5 para lograr una eficiencia espectral total (código más modulación PSK-32 optimizada) de 4 bits por símbolo, bajar hasta 1/5 para lograr una eficiencia espectral total de 1 bit por símbolo. Tal sistema de modulación y codificación adaptativo podría funcionar esencialmente en el flujo continuo óptimo representado por el contorno más a la derecha de la Figura 18.

Diseño de tasa adaptativa

En el ejemplo anterior, se describió el uso adaptativo espectral de la PSK-32. Técnicas similares a esta pueden aplicarse para otras constelaciones de capacidad optimizada a través del enlace entre un transmisor y un receptor. Por ejemplo, en el caso donde un sistema implementa la calidad de servicio, es posible indicar a un transmisor que aumente o disminuya la eficiencia espectral a demanda. En el contexto de la invención actual, una constelación de capacidad optimizada diseñada precisamente para la eficiencia espectral objetivo puede cargarse en el asignador de transmisión junto con una selección de tasa de código que cumple con el objetivo de tasa de usuario final. Cuando ocurre tal cambio de tasa de modulación/código, podría propagarse un mensaje al receptor de manera que el receptor, en anticipación al cambio, podría seleccionar una configuración de desasignador/descodicador para coincidir con la nueva configuración del lado de transmisión.

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

Constelaciones QAM conformadas geométricamente

Las constelaciones de modulación de amplitud en cuadratura (QAM) pueden construirse mediante la ortogonalización de las constelaciones PAM en componentes en fase y cuadratura QAM. Las constelaciones construidas de esta manera pueden ser atractivas en muchas aplicaciones ya que tienen desasignadores de baja complejidad. Como se señaló anteriormente, los sistemas de comunicación que utilizan constelaciones PAM ortogonalizadas 2D que están optimizadas para la capacidad no son realizaciones de la invención actualmente reivindicada pero pueden ser útiles para comprender las realizaciones de la invención reivindicada.

En la Figura 21 proporcionamos un ejemplo, que no es objeto de las reivindicaciones y se presenta solo con fines ilustrativos de una constelación de modulación de amplitud en cuadratura construida a partir de una constelación de modulación de amplitud de pulso. La constelación ilustrada se construyó mediante el uso de una constelación PAM-8 optimizada para la capacidad de PD a la tasa de bits de usuario por dimensión de 1.5 bits (corresponde a una SNR de 9.0 dB) (ver la Figura 13b). Los pares de etiqueta y punto en esta constelación PAM-8 son {(000, -1.72), (001, -0.81), (010, 1.72), (011, -0.62), (100, 0.62), (101, 0.02), (110, 0.81), (111, -0.02)}. La examinación de la Figura 21 muestra que la construcción de la constelación QAM se logra al replicar un conjunto completo de puntos PAM-8 en la dimensión en cuadratura para cada uno de los 8 puntos PAM-8 en la dimensión en fase. El etiquetado se logra al asignar las etiquetas PAM-8 al intervalo LSB en la dimensión en fase y al intervalo MSB en la dimensión en cuadratura. El producto exterior 8x8 resultante forma una QAM-64 altamente estructurada para la cual pueden construirse desasignadores de muy baja complejidad. Debido a la ortogonalidad de los componentes en fase y en cuadratura, las características de capacidad de la constelación QAM-64 resultante son idénticas a las de la constelación PAM-8 en una base por dimensión.

Optimización de la constelación N-dimensional

En lugar de diseñar constelaciones en 1-D (PAM, por ejemplo) y luego extender a 2-D (QAM), es posible tomar ventaja directa en la etapa de optimización del grado de libertad adicional presentado por una dimensión espacial extra. En general, es posible diseñar constelaciones N-dimensionales y las etiquetas asociadas, tales procesos no son objeto de las reivindicaciones y se presentan solo con fines ilustrativos. La complejidad de la etapa de optimización crece exponencialmente en el número de dimensiones, al igual que la complejidad del desasignador del receptor resultante. Tales construcciones simplemente requieren más “tiempo de ejecución” para producir.

Constelaciones de capacidad optimizada para los canales de desvanecimiento

Procesos similares a los descritos anteriormente pueden usarse para diseñar constelaciones de capacidad optimizada para los canales de desvanecimiento, tales procesos no son objeto de las reivindicaciones y se presentan solo con fines ilustrativos. Los procesos son esencialmente los mismos, con la excepción de que la manera en que se calcula la capacidad se modifica para tener en cuenta el canal de desvanecimiento. Un canal de desvanecimiento puede describirse mediante el uso de la siguiente ecuación:

donde X es la señal transmitida, N es una señal de ruido gaussiano blanco aditivo y a(t) es la distribución de desvanecimiento, que es una función del tiempo.

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

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

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (14) de comunicación, que comprende:

un transmisor (14) que transmite señales a través de un canal (15) de comunicación que tiene una relación de señal a ruido de canal, SNR, donde el transmisor (14), comprende:

un codificador (20) configurado para recibir bits de usuario y enviar bits codificados usando un código próximo a la capacidad y de acuerdo con una tasa de código;

un asignador (22) configurado para asignar bits codificados a símbolos en una constelación de símbolos; y un modulador (24) configurado para generar una señal para transmisión a través del canal de comunicación usando símbolos generados por el asignador;

en el que el transmisor se caracteriza porque la constelación de símbolos es una constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada, donde las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada logran una mayor capacidad de descodicación paralela que la capacidad de descodicación paralela que se logra usando una constelación M-aria que maximiza la distancia mínima, dmin, entre sus puntos de constelación para un rango de SNR dentro del cual opera el aparato de comunicación usando la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada.

2. Un aparato (16) de comunicación, que comprende:

un receptor (16) que recibe señales a través de un canal (15) de comunicación que tiene una relación de señal a ruido de canal, SNR, en el que el receptor comprende:

un demodulador (30) configurado para demodular una señal recibida a través del canal de comunicación;

un desasignador (32) configurado para estimar probabilidades a partir de la señal demodulada usando una constelación de símbolos; y

un descodicador (34) que está configurado para estimar bits descodicados a partir de las probabilidades generadas por el desasignador (32) basándose en un código próximo a la capacidad que tiene una tasa de código;

en el que el receptor se caracteriza porque la constelación de símbolos es una c constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada, donde las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada logran una mayor capacidad de descodicación paralela que la capacidad de descodicación paralela que se logra mediante el uso de una constelación M-aria que maximiza la distancia mínima, dmin, entre sus puntos de constelación para un rango SNR dentro del cual opera el aparato de comunicación usando la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada.

3. El aparato (16) de comunicación de la reivindicación 2, en el que:

el receptor genera una medida de calidad y solicita que un transmisor utilice un par de tasa de código/constelación optimizada de capacidad alternativa en un codificador (20) y un asignador (22), donde el par de tasa de código/constelación optimizada de capacidad alternativa se selecciona con base en la medida de calidad; y el receptor recibe una señal para intercambiar en el emparejamiento complementario en el desasignador/descodicador.

4. El aparato (16) de comunicación de la reivindicación 3, en el que el par de tasa de código/constelación optimizada de capacidad alternativa comprende una constelación tradicional que maximiza la distancia mínima, dmin, entre los puntos de constelación de la constelación de símbolos.

5. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que las ubicaciones de los puntos de constelación se adaptan en respuesta a las condiciones del canal, cambios en la tasa de código y/o para cambiar la tasa de datos del usuario objetivo.

6. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación precedente, en el que las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación de símbolos maximizan la capacidad de descodicación paralela en una SNR dada.

7. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación de símbolos se obtienen optimizando las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelación para aumentar la capacidad de descodicación paralela en una SNR dada.

8. El aparato (14; 16) de comunicación de la reivindicación 7, en el que las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelación de la constelación de símbolos se optimizaron sujetos a restricciones de optimización que incluyen al menos una de:

límites inferior y superior en la ubicación del punto;

energía pico a promedio de la constelación resultante; y

siendo cero la media de los puntos de constelación.

9. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que la constelación de símbolos se selecciona junto con la tasa de código para cumplir con un requisito de energía de transmisión máxima.

10. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que el canal es un canal de ruido gaussiano blanco aditivo.

11. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que las ubicaciones de los puntos de constelación dentro de la constelación de símbolos varían dependiendo de la tasa de usuario.

12. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que la constelación de símbolos proporciona una capacidad de descodicación paralela dada a una SNR que es 0.5 dB menor en comparación con una constelación de símbolos que maximiza dmin.

13. El aparato (14) de comunicación de la reivindicación 1, en el que la constelación de símbolos comprende 16 puntos de constelación y la SNR del canal es mayor que 8.4 dB y menor que 14.8 dB.

14. El aparato (14) de comunicación de la reivindicación 1, en el que la constelación comprende uno cualquiera de: 4 puntos de constelación;

8 puntos de constelación;

16 puntos de constelación; y

32 puntos de constelación.

15. El aparato (14; 16) de comunicación de cualquier reivindicación anterior, en el que el código próximo a la capacidad es un código de Verificación de paridad de Baja Densidad, LDPC o un código Turbo.

16. Un sistema que comprende un aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1 y un aparato de comunicación de acuerdo con la reivindicación 2.

17. Una señal transmitida a través de un canal de comunicación con una relación de señal a ruido de canal, SNR, que comprende:

símbolos modulados usando un esquema de modulación, donde los símbolos se seleccionan de una constelación de símbolos;

en la que la constelación de símbolos se caracteriza porque comprende una constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada, donde las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada logran una mayor capacidad de descodicación paralela que la capacidad de descodicación paralela que se logra utilizando una constelación M-aria que maximiza la distancia mínima, dmin, entre sus puntos de constelación en el canal de SNR.

18. La señal de la reivindicación 17, en la que las ubicaciones de los puntos de constelación se adaptan en respuesta a las condiciones del canal, cambios en la tasa de código y/o para cambiar la tasa de datos del usuario objetivo.

19. La señal de la reivindicación 17 o la reivindicación 18, en la que las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación de símbolos maximizan la capacidad de descodicación paralela en una SNR dada.

20. La señal de cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en la que las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación de símbolos se obtienen optimizando las ubicaciones y el etiquetado de puntos de constelación para aumentar la capacidad de descodicación paralela en una SNR dada.

21. La señal de la reivindicación 20, en la que las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelación de la constelación de símbolos se optimizaron sujetos a restricciones de optimización que incluyen al menos una de: límites inferior y superior en la ubicación del punto;

energía pico a promedio de la constelación resultante; y

siendo cero la media de los puntos de constelación.

22. La señal de cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, en la que el canal es un canal de ruido gaussiano blanco aditivo.

23. La señal de cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, en la que las ubicaciones de los puntos de constelación dentro de la constelación de símbolos varían dependiendo de la tasa de usuario.

24. La señal de cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, en la que la constelación de símbolos proporciona una capacidad de descodicación paralela dada a una SNR que es 0.5 dB menor en comparación con una constelación de símbolos que maximiza dmin.

25. La señal de la reivindicación 17, en la que la constelación de símbolos comprende 16 puntos de constelación y la SNR del canal es mayor que 8.4 dB y menor que 14.8 dB.

26. La señal de la reivindicación 17, en la que la constelación comprende uno cualquiera de:

4 puntos de constelación;

8 puntos de constelación;

16 puntos de constelación; y

32 puntos de constelación.

27. Un método que comprende:

transmitiendo, mediante un transmisor (14), información por:

codificar (20) bits de usuario y emitir bits codificados usando un código próximo a la capacidad y de acuerdo con una tasa de código;

asignar (22) bits codificados a símbolos en una constelación de símbolos;

modular (24) una señal para su transmisión a través del canal de comunicación usando símbolos generados por el asignador;

transmitir la señal a través de un canal (15) de comunicación en una relación de señal a ruido de canal, SNR, donde: los símbolos se seleccionan de una constelación de símbolos que es una constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada, y

las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada logran una mayor capacidad de descodicación paralela que la capacidad de descodicación paralela que se logra usando una constelación M-aria que maximiza la distancia mínima, dmin, entre sus puntos de constelación en el canal de SNR.

28. El método (14) de la reivindicación 27, que comprende además recibir, mediante un receptor (16), señales moduladas utilizando el esquema de modulación manipulada por desplazamiento de fase a través del canal (15) de comunicación, en el que la recepción comprende:

demodular una señal modulada usando el esquema de modulación manipulada por desplazamiento de fase recibido a través del canal de comunicación;

estimar las probabilidades a partir de la señal demodulada usando la constelación de símbolos; y

estimar los bits descodicados a partir de las probabilidades generadas por el desasignador (32).

29. Un método que comprende:

recibir, mediante un receptor (16), señales a través de un canal (15) de comunicación que tiene una relación señal/ruido de canal, SNR, mediante:

demodular (30) una señal recibida a través del canal de comunicación;

estimar (32) probabilidades a partir a partir de la señal demodulada usando una constelación de símbolos; y estimar (34) bits descodicados a partir de las probabilidades (32) con base en un código próximo a la capacidad que tiene una tasa de código;

en el que la constelación de símbolos es una constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada, donde las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación manipulada por desplazamiento de fase M-aria desigualmente espaciada logran una mayor capacidad de descodicación paralela que la capacidad de descodicación paralela que se logra usando una constelación M-aria que maximiza la distancia mínima, dmin, entre sus puntos de constelación en el canal de SNR.

30. El método de la reivindicación 29, que comprende además:

el receptor (16) que genera una medida de calidad y solicita que un transmisor (14) use un par de tasa de código/constelación optimizada de capacidad alternativa en un codificador (20) y un asignador (32), donde el par de tasa de código/constelación optimizada de capacidad alternativa se selecciona con base en la medida de calidad; y recibir, por parte del receptor (16), una señal para intercambiar el emparejamiento complementario en los módulos desasignador (32)/descodicador (34) del receptor.

31. El método de la reivindicación 30, en el que el par de tasa de código/constelación optimizada de capacidad alternativa comprende una constelación tradicional que maximiza la distancia mínima, dmin, entre los puntos de constelación de la constelación de símbolos.

32. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 31, en el que las ubicaciones de los puntos de constelación se adaptan en respuesta a las condiciones de canal, cambios en la tasa de código y/o a un cambio en la tasa de datos de usuario objetivo.

33. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 32, en el que las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación de símbolos maximizan la capacidad de descodicación paralela en una SNR dada.

34. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 33, en el que las etiquetas y ubicaciones de los puntos de constelación de la constelación de símbolos se obtienen optimizando las ubicaciones y el etiquetado de puntos de constelación para aumentar la capacidad de descodicación paralela en una SNR dada.

35. El método de la reivindicación 34, en el que las ubicaciones y el etiquetado de los puntos de constelación de la constelación de símbolos se optimizaron sujetos a restricciones de optimización que incluyen al menos una de: límites inferior y superior en la ubicación del punto;

energía pico a promedio de la constelación resultante; y

siendo cero la media de los puntos de constelación.

36. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 35, en el que la constelación de símbolos se selecciona junto con la tasa de código para cumplir con un requisito de energía de transmisión máxima.

37. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 36, en el que el canal es un canal de ruido gaussiano blanco aditivo.

38. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 37, en el que las ubicaciones de los puntos de constelación dentro de la constelación de símbolos varían dependiendo de la tasa de usuario.

39. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 38, en el que la constelación de símbolos proporciona una capacidad de descodicación paralela dada a una SNR que es 0.5 dB menor en comparación con una constelación de símbolos que maximiza dmin.

40. El método de la reivindicación 27, en el que la constelación de símbolos comprende 16 puntos de constelación y la SNR de canal es mayor que 8.4 dB y menor que 14.8 dB.

41. El método de la reivindicación 27, en el que la constelación comprende uno cualquiera de:

4 puntos de constelación;

8 puntos de constelación;

16 puntos de constelación; y

32 puntos de constelación.

42. El método de cualquiera de las reivindicaciones 27 a 41, en el que el código próximo a la capacidad es un código de Verificación de Paridad de Baja Densidad, LDPC o un código Turbo.