Способ модуляции и демодуляции, устройство модуляции и устройство демодуляции
Настоящее изобретение относится к способам модуляции и демодуляции и может использоваться для многоуровневой квадратурной амплитудной модуляции и демодуляции. Достигаемый технический результат - уменьшение частоты ошибок. Устройство модуляции включает в себя схему кодирования Грея, в которую вводятся данные (2n+1) битов (где n - целое число, больше 1) и которая кодирует 2 бита входного сигнала из (2n+1) битов в код Грея в качестве сигнала для обеспечения возможности идентификации четырех квадрантов, схему кодирования, которая кодирует 3 бита входного сигнала из (2n+1) битов в качестве сигнала, указывающего одну из восьми подгрупп, представленных в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними подгруппами внутри квадранта становилось минимальным, и схему преобразования, которая отображает бинарные данные, кодированные схемой кодирования Грея и схемой кодирования на четыре квадранта. 4 н., 8 з.п. ф-лы, 12 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу модуляции и демодуляции, устройству модуляции и устройству демодуляции, и, в особенности, настоящее изобретение относится к способу многоуровневой квадратурной амплитудной модуляции и демодуляции, устройству модуляции и устройству демодуляции, в которых 22n+1 обеспечено в качестве многоуровневого значения (где n - целое, больше 1).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
До настоящего времени, в цифровых микроволновых системах связи были приняты системы модуляции и демодуляции: 32 уровневой квадратурной амплитудной модуляции (QAM) и 128 QAM. Кроме того, применение системы 32 QAM было предложено для использования в системе мобильной связи. Существует пример, в котором 32 QAM описана для стандартизации в качестве элемента адаптивной модуляции и кодирования. Более того, в цифровом телевидении (DVB) также имеется стандарт, использующий 32 QAM.
В качестве такой системы модуляции и демодуляции, например, Публикация Заявки на Патент Японии №2003-179657 (Патентный Документ 1) раскрывает конфигурацию, в которой требуемый откат генерируется путем управления амплитудой цифрового сигнала в каскаде перед модулятором с помощью адаптивной модуляции. Несмотря на это, данная конфигурация не характеризуется хорошим показателем частоты ошибок.
Публикация Заявки на Патент Японии №2-113753 (Патентный Документ 2) раскрывает конфигурацию схемы преобразования, способной использовать общую схему путем повторения восьми сигнальных точек как блок из 3 бит в схеме модуляции кода, которая может изменять многоуровневое значение между 16, 32 и 64. Однако преобразование основывается на определенной кодовой модуляции. Частота ошибок не может быть снижена до тех пор, пока не будет дополнительно применяться кодирование с исправлением ошибок.
Кроме того, Публикация Заявки на Патент Японии №11-205402 (Патентный Документ 3) раскрывает конфигурацию, в которой генерируется система 128 QAM, путем компоновки четырех систем 32 QAM на четырех квадрантах. Однако частота ошибок неудовлетворительна.
Кроме того, Публикация Заявки на Патент Японии №2001-127809 (Патентный Документ 4) и Публикация Заявки на Патент Японии №6-326742 (Патентный Документ 5) раскрывают преобразование многоуровневого кода в 32 QAM. При этом преобразование направлено на многоуровневый код. Частота ошибок не может быть снижена до тех пор, пока не будет дополнительно применяться кодирование с исправлением ошибок.
Четыре традиционных метода, описанные выше, конфигурированы на основе кодовой модуляции или на многоуровневом кодировании. В этих типах кодовой модуляции, количество информации, передаваемой посредством одного символа, снижается больше, чем в логарифм многоуровневого значения по основанию 2. Кроме того, эти способы преобразования не пригодны для приложения другого простого кодирования с исправлением ошибок.
В научных журналах существуют ссылки на технологию 32 QAM преобразования, раскрытую, например, в J.Smith, “Odd-Bit Quadrature Amplitude-Shift Keying, IEEE Trans. Commun., vol. 23, Issue 3, pp. 385-389, March 1975. (Непатентный Документ 1) и в P.K. Vitthaladevuni, and M.-S. Alouni, “Exact BER computation for the cross 32-QAM constellation,” Proc. ISCCS, pp. 643-646, 2004 (Непатентный Документ 2). На Фиг.10 представлено преобразование, описанное в Непатентных Документах 1, 2. В данном 32 QAM преобразовании, характеристика частоты ошибок P(γ) определяется выражением (1) как приблизительное выражение при Q(x)<<1, где γ определяет отношение мощности шума к мощности на несущей частоте.
(1)
Здесь
(2)
Хотя 32 QAM передает 5 битов одним символом, в преобразовании, использованном в Непатентных Документах 1, 2, как показано на Фиг.10, 4 бита из 5 являются симметричными по отношению к оси x, при этом невозможно применить дифференциальное кодирование по отношению к неопределенности фазы 90 градусов репродуцированной несущей частоты.
Первым стандартизованным традиционным методом является стандарт цифрового телевидения (DVB) Европейского института стандартизации в области связи (ETSI), и следует отметить преобразование 32 QAM, раскрытое в EN 300 429 V1.2.1, «Digital Video Broadcasting (DVB); Framing Structure, Channel coding and modulation for cable systems», April 1998 (Непатентный Документ 3). На Фиг.11 представлено преобразование, описанное в Непатентном Документе 3. В данном преобразовании, характеристика частоты ошибок P(γ) описывается выражением (3) как приблизительное выражение при Q(x)<<1, где γ определяет отношение мощности шума к мощности на несущей частоте.
_ (3)
В преобразовании, описанном в Непатентном Документе 3, как показано на Фиг.11, 3 бита из 5 являются осесимметричными, а 2 бита из 3 бит являются квадратным сигналом. Таким образом, возможно применить дифференциальное кодирование по отношению к неопределенности фазы 90 градусов репродуцированной несущей частоты.
Вторым стандартизованным традиционным методом является стандарт Системы Персональных Мобильных Телефонов (PHS), (беспроводные телефонные системы второго поколения), и следует отметить преобразование 32 QAM, определенное Ассоциацией радиопромышленников и бизнесменов (ARIB), «second-generation cordless telephone system standards (first volume)/(second volume)» RCR STD-28-1/RCR STD-28-2, March 2002 (Непатентный Документ 4). На Фиг.12 представлено преобразование, описанное в Непатентном Документе 4. В данном преобразовании, частота ошибок P(γ) определяется выражением (4) как приблизительное выражение при Q(x)<<1, где γ определяет отношение мощности шума к мощности на несущей частоте.
_ (4)
В преобразовании, используемом в данном традиционном методе, как показано на Фиг.12, 3 бита из 5 битов являются симметричными относительно оси, а 2 бита являются обратно симметричными относительно оси. Поэтому, невозможно применить дифференциальное кодирование по отношению к неопределенности фазы 90 градусов репродуцированной несущей частоты.
В традиционных методах, раскрытых в Непатентных Документах 3, 4, из-за того, что среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками не становится минимальным, число ошибочных битов на ошибочный символ не обязательно становится минимальным. Таким образом, невозможно уменьшить частоту ошибок. Так как это является преобразованием, которое генерирует 3 или 4 ошибочных бита на 1 ошибочный символ, трудно уменьшить до минимума число ошибочных битов на один ошибочный символ.
Чтобы решить данную проблему, возможно улучшить частоту ошибок с методами, раскрытыми в Непатентных Документах 1, 2.
Однако, в методах, раскрытых в Непатентных Документах 1, 2, как показано на Фиг.10, крайний левый бит из верхних трех битов и из нижних 2 битов в бинарном сигнале равен «1» на положительной полуоси Y и обращается в «0» на отрицательной полуоси Y. Поэтому, можно иметь дело только с фазовой неопределенностью в 180 градусов, и для этой цели можно применить только дифференциальную операцию по модулю 2.
В общем, в многоуровневых QAM системах, в которых многоуровневое значение определяется нечетною степенью двойки, вероятность появления каждой сигнальной точки устанавливается равной и абсолютное значение фазы не передается. Таким образом, геометрическое упорядочивание сигнальных точек симметрично относительно 90 градусов, и фаза репродуцированной несущей частоты на принимающей стороне имеет неопределенность в 90 градусов. Это можно понять, как то, что сигнальные точки совмещаются при вращении на 90 градусов. Однако в методах, раскрытых в Непатентных Документах 1, 2, возможно применить только дифференциальную операцию по модулю 2. Таким образом, проблема в том, что только один бит будет вынужден пройти относительно неопределенности фаз 0 и 180 градусов из четырех фаз, но все сигналы не обязательно будут вынуждены пройти относительно неопределенности фаз 90 и 270 градусов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение выполнено с учетом проблем, которые имеются в описанных выше традиционных методах. В изобретении реализован способ модуляции и демодуляции, устройство модуляции и устройство демодуляции, которое минимизирует частоту ошибок и может быть применено к дифференциальным операциям по модулю 4.
В соответствии с настоящим изобретением, получен способ модуляции и демодуляции, в котором передаются данные(2n+1) битов, (где n - целое число, больше 1) и многоуровневое значение установлено на 2(2n+1), причем способ включает в себя: разделение сигнальных точек, упорядоченных в каждом из четырех квадрантов на 8 подгрупп, соответствующих 3 битам из данных из (2n+1) битов, причем четыре квадранта разделены синфазной осью и ортогональной осью, перпендикулярными друг другу; кодирование 3 битов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками в 8 подгруппах стало минимальным; и выполнение кодирования Грея для 2 битов из данных (2n+1) битов, в качестве сигнала, обеспечивающего идентификацию четырех квадрантов.
Способ модуляции и демодуляции также включает: в случае, когда n больше 2, отнесение 2×(2n-2) битов в данных (2n+1) битов к сигнальным точкам в восьми подгруппах как (n-2) битов двух систем; и применение кодирования Грея к (n-2) битам двух систем независимо в направлении синфазной оси и в направлении ортогональной оси.
Более того, способ модуляции и демодуляции включает также: упорядочивание 2×(n-2) битов в подгруппы таким образом, чтобы (n-2) битов двух систем были одинаковыми на границе между подгруппами в одном квадранте.
Способ модуляции и демодуляции также включает: упорядочивание подгрупп в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы получить симметрию вращения на 90 градусов по отношению к точке пересечения синфазной оси и ортогональной оси.
Подгруппы в каждом из четырех квадрантов могут быть упорядочены таким образом, чтобы получить симметрию относительно синфазной оси и ортогональной оси.
В целом, для того чтобы минимизировать частоту ошибочных битов, требуется минимизировать среднее значение расстояния Хэмминга между соседними сигнальными точками для сигнальных точек, которые упорядочены геометрически. В расчет принимаются только соседние сигнальные точки, так как ошибки символов являются доминирующими в соседних символах с среде теплового шума.
Расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками может устанавливаться в «1» при использовании кода Грея в PSK, в котором «n» натуральное число и число фаз равно 2n. В QAM, в которой многоуровневое значение есть 22n, расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками может устанавливаться в «1» при применении кодирования кода Грея независимо для направлений синфазной оси и ортогональной оси. В этом случае, идентификация соседних сигнальных точек выполняется по расстоянию Хэмминга, равному 1, что соответствует 1 биту, и расстояние Хэмминга нельзя сделать меньше. Таким образом, это - минимальное значение.
С другой стороны, в QAM, в которой n - натуральное число больше 1 и многоуровневое значение есть 2(2n+1), так как код Грея невозможно применить простым образом, требуется проявить изобретательность для минимизации среднего расстояния Хэмминга между соседними сигнальными точками. В QAM, в которой многоуровневое значение есть 2(2n+1), многоуровневое значение описывается следующим идентичным выражением:
(5)
Вследствие этого в одном квадранте в настоящей QAM, в которой многоуровневое значение есть 2(2n+1), расположены восемь квадрантов со стороной. В настоящем изобретении достигнута минимизация частоты появления ошибочных битов путем минимизации среднего значения расстояния Хэмминга между подгруппами, со стороной каждая, и дальнейшим применением кода Грея внутри подгрупп в направлениях синфазной оси и ортогональной оси.
Путем выделения 2 битов из (2n+1) битов данных для передачи сигнала для обеспечения возможности идентификации квадранта становится возможным применить его к дифференциальной операции по модулю 4. В случаях, когда его можно применить только к дифференциальной операции по модулю 2 на принимающей стороне, только один бит сможет пройти относительно неопределенности фаз 0 и 180 градусов из четырех фаз, но все сигналы не смогут пройти относительно неопределенности фаз 90 и 270 градусов. С другой стороны, в случае, когда его можно применить к дифференциальной операции по модулю 4, только сигнал в 2 бита сможет пройти относительно всех фаз неопределенности четырех фаз на принимающей стороне.
Поскольку настоящее изобретение сконфигурировано так, как описано выше, возможно минимизировать частоту ошибок и применить его к дифференциальной операции по модулю 4.
Для снижения частоты ошибок, в системах QAM настоящего изобретения, в которых многоуровневое значение есть 2(2n+1), частота появления ошибочных битов минимизирована путем минимизации среднего значения расстояния Хэмминга между соседними сигнальными точками. Частота ошибочных битов P(γ) при применении дифференциального кодирования к симметрии вращения на 90 градусов в результате этого определяется следующим выражением, в котором «М» обозначает многоуровневое значение.
(6)
Случай, когда М=32, описывается следующим выражением:
В результате этого, частота ошибок оказывается лучше, чем в методах, раскрытых в Непатентных Документах 3, 4.
Что касается применения к дифференциальной операции по модулю 4, оно может быть адаптировано к дифференциальной операции по модулю 4 путем выделения 2 битов данных из (2n+1) битов для передачи сигнала для обеспечения возможности идентификации квадранта.
С другой стороны, частота P(γ) ошибочных битов в случае, когда дифференциальное кодирование не применяется к симметрии вращения на 180 градусов, описывается следующим выражением, в котором «М» обозначает многоуровневое значение.
(8)
Случай, когда М=32, описывается следующим выражением:
Этот результат эквивалентен описанным в методах, раскрытых в Непатентных Документах 1, 2. Однако методы, раскрытые в этих Непатентных Документах, имеют дело только с фазами 0 и 180 градусов относительно неопределенности фазы четырех воспроизводимых несущих волн на 90 градусов, в то время как настоящее изобретение может учитывать все неопределенности фазы четырех воспроизводимых несущих волн.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 представлены диаграммы (a), (b), (c) и (d), каждая из которых иллюстрирует преобразование, в котором среднее расстояние Хэмминга между подгруппами минимизировано в соответствии с вариантом реализации способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения.
На Фиг.2 представлена диаграмма, отображающая преобразование между квадрантами в соответствии с вариантом осуществления способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения.
На Фиг.3 представлена диаграмма преобразования подгруппы в соответствии с вариантом осуществления способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения.
На Фиг.4 представлена диаграмма, отображающая симметрию между квадрантами в соответствии с вариантом осуществления способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения, (a) - диаграмма, отображающая симметрию вращения, а (b) - диаграмма, иллюстрирующая осевую симметрию.
На Фиг.5 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование симметрии вращения 128 QAM, которая использует преобразование, представленное на Фиг.1(a), 2, 3 и 4(a).
На Фиг.6 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование осевой симметрии 128 QAM, которая использует преобразование, представленное на Фиг.1(a), 2, 3 и 4(b).
На Фиг.7 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование осевой симметрии 128 QAM, которая использует преобразование, представленное на Фиг.1(d), 2, 3 и 4(b).
На Фиг.8 представлена диаграмма, иллюстрирующая вариант реализации устройств модуляции в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.9 представлена диаграмма, иллюстрирующая вариант реализации устройства демодуляции в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.10 представлена диаграмма примера традиционного преобразования.
На Фиг.11 представлена диаграмма примера другого традиционного преобразования.
На Фиг.12 представлена диаграмма примера еще одного традиционного преобразования.
НАИЛУЧШИЙ РЕЖИМ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже со ссылками на чертежи.
На Фиг.1 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование, в котором среднее расстояние Хэмминга между подгруппами минимизируется в соответствии с вариантом реализации способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения. Различают четыре вида преобразований для минимизации среднего расстояния Хэмминга между подгруппами. В этом отношении, другое преобразование для минимизации среднего расстояния Хэмминга может быть выполнено путем произвольной замены 3 битов преобразования, показанного на Фиг.1, одного другим или путем суммирования 1 с произвольным битом из трех битов с исключающим ИЛИ.
Как показано на Фиг.1, в способе модуляции и демодуляции в настоящем изобретении, сигнальные точки (символы в виде кружков на Фиг.1), расположенные в первом из четырех квадрантов, разделенные синфазной и ортогональной осями, перпендикулярными друг другу, разделены на 8 подгрупп, соответствующих 3 битам входных данных. Здесь показано кодирование 3 битов из (2n+1) битов, передаваемых системой многоуровневой модуляции и демодуляции (где «n» - целое число больше 1 и многоуровневое значение есть 2(2n+1), и кодирование выполняется для минимизации среднего расстояния Хэмминга между соседними сигнальными точками (представленными набором линий на рисунке). Таким образом, характеристика ошибочных битов становится самой лучшей. В этом случае, хотя на Фиг.1 показан только первый квадрант из четырех квадрантов и смежная с ним часть, сигнальные точки, упорядоченные в каждом из второго по четвертый квадрант, также разделены на 8 подгрупп для минимизации среднего расстояния Хэмминга между соседними сигнальными точками тем же способом.
На Фиг.2 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование между квадрантами в соответствии с вариантом реализации способа модуляции и демодуляции согласно настоящему изобретению.
Как показано на Фиг.2, в представленном варианте реализации способа модуляции и демодуляции, 2 бита в данных (2n+1) битов, предназначенных для передачи, выделяются сигналу для обеспечения возможности идентификации квадранта. В этом отношении, в настоящем варианте реализации, так как 2 бита подвергаются кодированию Грея между квадрантами, только один бит из двух битов различается.
Таким образом, так как 2 бита в данных (2n+1) битов, предназначенных для передачи, выделяются на сигнал для обеспечения возможности идентификации квадранта, то способ может быть применен к дифференциальной операции по модулю 4. В случае, когда способ может применяться только к дифференциальной операции по модулю 2 на принимающей стороне, только один бит сможет пройти относительно 0 и 180 градусов неопределенности фаз из четырех фаз, но все сигналы не смогут пройти относительно неопределенности фаз 90 и 270 градусов. С другой стороны, в случае, когда он может быть применен к дифференциальной операции по модулю 4, только сигнал в 2 бита сможет пройти относительно всех фаз неопределенности четырех фаз на принимающей стороне.
На Фиг.3 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразования внутри подгруппы в соответствии с вариантом реализации способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения.
Как показано на Фиг.3, в способе модуляции и демодуляции рассматриваемого варианта реализации, в случае, когда значение n в (2n+1) битах, предназначенных для передачи, превышает 2, 2×(n-2) бита из (2n+1) битов относятся к сигнальным точкам восьми подгрупп как (n-2) битов двух систем. Затем к каждому из (n-2) бит двух систем применяется кодирование Грея независимо в направлениях синфазной оси и ортогональной оси. В этом отношении, в настоящем варианте реализации, пример, в котором 2 бита (=2×(3-2)) в квадранте при n=3, соответственно, выделяются направлениям синфазной оси и ортогональной оси, упомянут и проиллюстрирован на чертеже. Однако в том случае, когда n=2, n=4, 5, 6,…, соответственно, 2, 3, 4 бита отсутствует такое назначение битов. Кроме того, в случае, когда назначаются на каждое из направлений синфазной оси и ортогональной оси, аналогичным образом тому, как показано на Фиг.3. Только один бит используется для идентификации каждой подгруппы, и среднее расстояние Хэмминга сигнальных точек в восьми подгруппах становится минимальным. Таким образом, характеристика частоты ошибочных битов может быть сделана наилучшей.
Более того, как показано на Фиг.3, в случае, когда кодирование Грея применяется к каждому из направлений синфазной оси и ортогональной оси, по отношению к (2-n) битам двух систем, 2×(n-2) бита упорядочиваются в подгруппах таким образом, чтобы (n-2) бита двух систем были одинаковы на границе между подгруппами. Поэтому (n-2) битов двух систем являются одинаковыми между подгруппами, и ошибочные биты не возникают, даже при появлении символьных ошибок.
На Фиг.4 представлены диаграммы, иллюстрирующие симметрию между квадрантами в соответствии с вариантом реализации способа модуляции и демодуляции настоящего изобретения. На Фиг.4(a) представлена диаграмма симметрии вращения, а на Фиг.4(b) - диаграмма осевой симметрии.
Как показано на Фиг.4(a) представленного варианта реализации, можно считать, что восемь подгрупп внутри квадранта упорядочены внутри каждого квадранта так, чтобы получить симметрию вращения на 90 градусов по отношению к точке пересечения синфазной оси и ортогональной оси. Здесь, в подгруппах, обозначаемых номерами от 1 до 8 на рисунке, сигнал, указывающий подгруппу, кодируется, как показано на Фиг.1, а сигнал внутри подгруппы кодируется, как показано на Фиг.3.
Как показано на Фиг.4(b), можно считать, что восемь подгрупп внутри квадранта упорядочены в каждом квадранте так, чтобы получить симметрию по отношению к синфазной оси и к ортогональной оси. Здесь, в подгруппах, обозначаемых номерами от 1 до 8 на рисунке, сигнал, указывающий подгруппу, кодируется, как показано на Фиг.1, а сигнал внутри подгруппы кодируется, как показано на Фиг.3.
Пример действительного преобразования способом модуляции и демодуляции, описанным выше, будет описан ниже.
На Фиг.5 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование симметрии вращения 128 QAM с использованием преобразования, представленного на Фиг.1(a), 2, 3 и 4(a).
Как показано на Фиг.5, в случае, когда преобразование симметрии вращения 128 QAM с использованием преобразования, представленного на Фиг.1(a), 2, 3 и 4(a) выполняется, то расстояние Хэмминга между сигнальными точками внутри подгруппы становится равным «1». Далее, среднее значение расстояния Хэмминга между восемью подгруппами становится минимальным. Более того, 2 бита назначаются квадрантам как сигнал квадранта и подвергаются кодированию Грея, и расстояние Хэмминга между квадрантами также минимизируется.
Поэтому, преобразование, представленное на Фиг.5, является преобразованием, в котором (2n-1) бита упорядочены осесимметрично, среднее значение расстояния Хэмминга между соседними сигнальными точками минимизировано, и частота ошибочных битов минимизирована. Далее, в многоуровневой системе QAM, в которой многоуровневое значение есть нечетная степень двойки, поскольку возможности появления каждой сигнальной точки установлены равными и абсолютная фаза не передается нормально, геометрическое упорядочивание сигнальных точек характеризуется симметрией 90 градусов, а фаза репродуцированной несущей волны на принимающей стороне имеет неопределенность в 90 градусов. С другой стороны, в описываемом примере, из-за того, что восемь подгрупп внутри квадранта упорядочены в каждом квадранте таким образом, чтобы появилась симметрия вращения на 90 градусов по отношению к точке пересечения синфазной оси и ортогональной оси, возможно применить дифференциальное кодирование по отношению к неопределенности фазы в 90 градусов репродуцированной несущей волны.
На Фиг.6 представлена диаграмма, иллюстрирующая преобразование осевой симметрии 128 QAM с использованием преобразования, представленного на Фиг.1(a), 2, 3 и 4(b).
Как показано на Фиг.6, при применении преобразования осевой симметрии 128 QAM с использованием преобразования, представленного на Фиг.1(a), 2, 3 и 4(b), расстояние Хэмминга между сигнальными точками внутри подгруппы принимает значение «1».
Далее, расстояние Хэмминга между восемью подгруппами становится минимальным значением в качестве среднего значения. Более того, 2 бита, выделенные квадрантам в виде сигнала квадранта, подвергаются кодированию Грея, и расстояние Хэмминга между квадрантами также минимизируется.
Таким образом, преобразование, представленное на Фиг.6, является преобразованием, в котором, в случае, когда (2n-1) битов упорядочены таким образом, чтобы соблюдалась симметрия относительно оси, среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками минимизируется и частота ошибочных битов также минимизируется.
На Фиг.7 представлена диаграмма, иллюстрирующая осесимметричное преобразование 128 QAM, использующее преобразование, представленное на Фиг.1(d), 2, 3 и 4(b).
Как показано на Фиг.7, в случае, когда выполняется осесимметричное преобразование 128 QAM, использующее преобразование, представленное на Фиг.1(d), 2, 3 и 4(b), расстояние Хэмминга между сигнальными точками внутри подгруппы становится равным «1». Кроме того, расстояние Хэмминга между восемью подгруппами становится минимальным по среднему значению. Далее, 2 бита назначаются квадрантам как сигнал квадранта и подвергаются кодированию Грея, и расстояние Хэмминга между квадрантами также минимизируется.
Вследствие этого, преобразование, представленное на Фиг.7, является преобразованием, в котором, в случае, когда (2n-1) битов упорядочены таким образом, чтобы соблюдалась симметрия относительно оси, среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками минимизируется и частота ошибочных битов также минимизируется.
Далее приводится описание устройства модуляции и демодуляции, для реализации способа модуляции и демодуляции, описанного выше.
На Фиг.8 представлена диаграмма, иллюстрирующая конструктивное исполнение устройства модуляции, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на Фиг.8, настоящий вариант осуществления представляет собой устройство модуляции, в котором (2n+1) битов данных (где «n» целое число, больше 1) поступает на вход, и в котором данные отображаются на четыре квадранта путем установки многоуровневого значения на 2(2n+1) и модулируются. Устройство модуляции сформировано из схемы 100 последовательно/параллельного преобразования, первой схемы 101 кодирования Грея, схемы 102 кодирования, второй схемы 103 кодирования Грея, схемы 104 преобразования и схемы 105 модуляции.
Когда входной сигнал 11, состоящий из (2n+1) битов данных, вводится в схему 100 последовательно/параллельного преобразования, схема 100 последовательно/параллельного преобразования выводит этот входной сигнал 11 в виде параллельных отдельных сигналов из 2 бит, 3 бит и 2×(n-1) бит.
Когда сигнал из первых 2 бит параллельных сигналов с выхода схемы 100 последовательно/параллельного преобразования вводится в схему 101 кодирования Грея, схема 101 кодирования Грея преобразует входной сигнал из 2 битов в код Грея, имеющий одно из четырех значений, для обеспечения возможности идентификации четырех квадрантов, на которые отображаются передаваемые данные, и выводит его как сигнал 12 квадрантов.
Когда сигнал из следующих 3 битов параллельных сигналов с выхода схемы 100 последовательно/параллельного преобразования вводится в схему 102 кодирования, схема 102 кодирования кодирует сигнал из 3 бит как сигнал, указывающий одну из восьми подгрупп, представленную в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними подгруппами внутри квадранта стало минимальным, и выводит его как сигнал 13 подгруппы.
Затем оставшиеся (n-1) бит двух систем параллельных сигналов, с выхода схемы 100 последовательно/параллельного преобразования вводятся в схему 103 кодирования Грея, которая приводит в соответствие входные 2-битные сигналы с сигнальными точками внутри восьми подгрупп, подвергает каждый бит двух систем, описанных выше, независимому кодированию Грея в направлении синфазной оси и ортогональной оси и выводит сигнал 14 внутри подгруппы.
Сигнал 12 квадранта с выхода схемы 101 кодирования Грея, сигнал 13 подгруппы с выхода схемы 102 шифрования и сигнал 14 внутри подгруппы с выхода схемы 103 кодирования Грея вводятся в схему 104 преобразования; схема 104 преобразования преобразует эти кодированные бинарные данные в фазовую плоскость, состоящую из четырех квадрантов, и выводит их как модулированные данные 15.
Когда модулированные данные 15, выведенные из схемы 104 преобразования, вводятся в схему 105 модуляции, схема 105 модуляции выводит эти модулированные данные как модулированную волну 16.
Способ модуляции, описанный выше, реализуется путем использования устройства модуляции, сконфигурированного, как описано выше. Это обеспечивает способ преобразования, направленный на снижение частоты ошибочных битов, так как сигнал квадранта подвергается кодированию Грея, сигнал подгруппы минимизирует среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками, сигнал внутри подгруппы также подвергается кодированию Грея, и среднее расстояние Хэмминга до смежных сигнальных точек внутри квадранта становится минимальным. В этом случае, необходимость дифференциального кодирования допускает выбор квадрантов с симметрией вращения или осевой симметрией.
На Фиг.9 представлена диаграмма, иллюстрирующая вариант осуществления устройства демодуляции, в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на Фиг.9, настоящий вариант осуществления представляет собой устройство демодуляции для демодуляции передаваемых данных, которые отображены на четыре квадранта путем установки многоуровневого значения в 2(2n+1) с (2n+1) битами (где n - целое число больше 1) и модулированы. Устройство демодуляции сформировано из схемы 205 демодуляции, схемы 204 обратного преобразования, первой схемы 201 декодирования Грея, схемы 202 декодирования, второй схемы 203 декодирования Грея и схемы 200 параллельно/последовательного преобразования.
Схема 205 демодуляции принимает модулированную волну 26 и выводит ее как данные 25 демодуляции.
Когда данные 25 демодуляции выводятся из схемы 205 демодуляции и вводятся в схему 204 обратного преобразования, схема 204 обратного преобразования разделяет данные 25 демодуляции на сигнал 22 квадранта, сигнал 23 подгруппы и сигнал 24 внутри подгруппы, которые отображаются на двумерную фазовую плоскость, и выводит их.
Схема 201 декодирования Грея распознает сигнал 22 квадранта с выхода схемы 204 обратного преобразования и выделяет 2 бита для обеспечения возможности идентификации четырех квадрантов из 4-значного кода Грея и их вывода.
Когда сигнал 23 подгруппы, имеющий восемь значений и выведенный из схемы 204 обратного преобразования, вводится в схему 202 декодирования, схема 202 декодирования идентифицирует смежную подгруппу внутри квадранта, выделяет и выводит 3 бита.
Когда сигнал 24 внутри подгруппы, выведенный из схемы 204 обратного преобразования, вводится в схему 203 декодирования Грея, схема 203 декодирования Грея идентифицирует сигнальную точку внутри подгруппы, подвергает декодированию Грея 2×(n-2) битов в направлении синфазной оси и в направлении ортогональной оси и выводит их.
Когда параллельные сигналы, состоящие из 2 битов, выведенные из схемы 201 декодирования Грея 201, 3 бита, выведенные из схемы 202 декодирования, и 2×(n-2) битов, выведенные из схемы 203 декодирования Грея, вводятся в схему 200 параллельно/последовательного преобразования, схема 200 параллельно/последовательного преобразования выводит последовательный выходной сигнал 21 из (2n+1) битов.
Способ демодуляции, описанный выше, реализуется путем использования устройства демодуляции, сконфигурированного, как описано выше. Он определяет способ преобразования, обеспечивающий наилучшую частоту ошибочных битов, так как сигнал квадранта подвергается кодированию Грея, сигнал подгруппы минимизирует среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками, сигнал внутри подгруппы также подвергается кодированию Грея, и среднее расстояние Хэмминга до смежной сигнальной точки внутри квадранта становится минимальным. В этом случае, необходимость дифференциального кодирования допускает выбор квадрантов с симметрией вращения или осевой симметрией.
1. Способ модуляции и демодуляции, при котором передаются данные (2n+1) битов (где «n» целое число, больше 1), и многоуровневое значение установлено в 2(2n+1), причем способ содержит: разделение сигнальных точек, упорядоченных в каждом из четырех квадрантов на 8 подгрупп, соответствующих 3 битам из данных (2n+1) битов, причем четыре квадранта разделены синфазной осью и ортогональной осью, перпендикулярными друг другу; кодирование 3 битов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними сигнальными точками в 8 подгруппах стало минимальным; выполнение кодирования Грея для 2 битов из данных (2n+1) битов, в качестве сигнала, обеспечивающего возможность идентификации четырех квадрантов.
2. Способ модуляции и демодуляции по п.1, дополнительно содержащий: в случае, когда «n» превышает 2, отнесение 2×(n-2) битов в данных (2n+1) битов к сигнальным точкам в восьми подгруппах как (n-2) битов двух систем; и применение кодирования Грея к (n-2) битам двух систем независимо в направлении синфазной оси и ортогональной оси.
3. Способ модуляции и демодуляции по п.2, дополнительно содержащий: упорядочивание 2×(n-2) битов в подгруппы таким образом, чтобы (n-2) бита из двух систем были одинаковыми на границе между подгруппами в одном квадранте.
4. Способ модуляции и демодуляции по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий упорядочивание подгрупп в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы получить симметрию вращения на 90° по отношению к точке пересечения синфазной оси и ортогональной оси.
5. Способ модуляции и демодуляции по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий упорядочивание подгрупп в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы они стали симметричными по отношению к синфазной оси и ортогональной оси.
6. Устройство модуляции, на вход которого подаются данные (2n+1) битов (где «n» целое число, больше 1) и в котором данные отображаются на четыре квадранта путем установки многоуровневого значения на 2(2n+1) и модулируются, причем устройство модуляции содержит: первую схему кодирования Грея, которая кодирует 2 бита входного сигнала из (2n+1) битов в код Грея, в качестве сигнала, обеспечивающего возможность идентификации четырех квадрантов; схему кодирования, которая кодирует 3 бита входного сигнала из (2n+1) битов в качестве сигнала, указывающего одну из восьми подгрупп, представленных в каждом из четырех квадрантов, таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними подгруппами внутри квадранта стало минимальным;
схему преобразования, которая отображает бинарные данные, кодированные первой схемой кодирования Грея и схемой кодирования на четыре квадранта.
7. Устройство модуляции по п.6, дополнительно содержащее:
вторую схему кодирования Грея, которая устанавливает соотношение между 2×(n-2) битами в данных из (2n+1) битов с сигнальными точками в восьми подгруппах в виде (n-2) битов двух систем в случае, когда «n» превышает 2, и подвергает кодированию Грея (n-2) битов двух систем независимо в направлении синфазной оси и ортогональной оси четырех квадрантов; схему преобразования, которая отображает бинарные данные, кодированные второй схемой кодирования Грея, на подгруппу.
8. Устройство модуляции по п.7, в котором схема преобразования упорядочивает 2×(n-2) битов в подгруппу таким образом, чтобы (n-2) битов двух систем были одинаковыми на границе между подгруппами в одном квадранте.
9. Устройство модуляции по любому из пп.6-8, в котором схема преобразования упорядочивает подгруппы в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы получить симметрию вращения на 90° по отношению к точке пересечения синфазной оси и ортогональной оси.
10. Устройство модуляции по любому из пп.6-8, в котором схема преобразования упорядочивает подгруппы в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы получить симметрию по отношению к синфазной оси и ортогональной оси.
11. Устройство демодуляции для демодуляции передаваемых данных, причем передаваемые данные представляют собой данные, в которых данные (2n+1) битов (где «n» целое число, больше 1) отображены на четыре квадранта, путем установки многоуровневого значения на 2(2n+1) и модулированы для передачи; 2 бита входного сигнала из (2n+1) битов подвергнуты кодированию Грея в качестве сигнала, обеспечивающего возможность идентификации четырех квадрантов, 3 бита входного сигнала из (2n+1) битов, отличные от упомянутых 2 битов, кодированы в качестве сигнала, указывающего восемь подгрупп, представленных в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними подгруппами в квадранте стало минимальным; причем бинарные данные, кодированные таким образом, отображены на четыре квадранта и модулированы, причем устройство демодуляции содержит: схему декодирования Грея, которая выделяет упомянутые 2 бита для обеспечения возможности идентификации четырех квадрантов из передаваемых данных; схему декодирования, которая выделяет упомянутые 3 бита, указывающие восемь подгрупп, представленных в каждом из четырех квадрантов из передаваемых данных.
12. Устройство демодуляции для демодуляции передаваемых данных; причем передаваемые данные представляют собой данные, в которых данные (2n+1) битов (где «n» целое число, больше 1) отображены на четыре квадранта, путем установки многоуровневого значения на 2(2n+l) и модулированы для передачи; 2 бита входного сигнала из (2n+1) битов подвергнуты кодированию Грея в качестве сигнала, обеспечивающего возможность идентификации четырех квадрантов, 3 бита входного сигнала из (2n+1) битов, отличные от упомянутых 2 битов, кодированы в качестве сигнала, указывающего восемь подгрупп, представленных в каждом из четырех квадрантов таким образом, чтобы среднее расстояние Хэмминга между соседними подгруппами в квадранте стало минимальным; 2×(n-2) бита входного сигнала из (2n+1) битов, отличных от упомянутых 2 битов и 3 битов, связаны с сигнальными точками в восьми подгруппах как (n-2) бита двух систем, (n-2) бита двух систем подвергнуты кодированию Грея независимо в направлении синфазной оси и направлении ортогональной оси четырех квадрантов; причем бинарные данные, кодированные таким образом, отображены на четыре квадранта и модулированы, при этом устройство демодуляции содержит:
первую схему декодирования Грея, которая выделяет упомянутые 2 бита для обеспечения возможности идентификации четырех квадрантов из передаваемых данных; схему декодирования, которая выделяет упомянутые 3 бита, указывающие восемь подгрупп, представленных в каждом из четырех квадрантов из передаваемых данных;
вторую схему декодирования Грея, которая идентифицирует сигнальную точку внутри подгруппы из передаваемых данных и подвергает декодированию Грея 2×(n-2) бита в направлении синфазной оси и направлении ортогональной оси.
