ES2573468T3

ES2573468T3 - Receptor y transmisor para retransmisión ARQ con esquema de reordenación que emplea múltiples versiones de redundancia

Info

Publication number: ES2573468T3
Application number: ES10159135.2T
Authority: ES
Inventors: Christian Wengerter; Alexander Golitschek Edler Von Elbwart; Eiko Seidel
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Corp of America
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Corp of America
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: CN101018111A; EP1313250A1; EP2197141B1; CN101018112A; JP2003348058A; US20030110436A1; ATE463895T1; EP1313247B1; JP2006101536A; JP4485596B2; EP2256983A3; US6798846B2; CN101018112B; JP2009290894A; DE60209986T2; WO2003043260A1; JP4482046B2; EP2197141A3; DE60235926D1; JP2009284541A

Abstract

Un aparato de transmision (100) para transmitir datos usando un proceso HARQ que aplica un esquema de modulacion de alto orden que tiene mas de dos bits por simbolo de datos, que comprende: una seccion de transmision que transmite datos usando una combinacion de una pluralidad de combinaciones, comprendiendo cada una de las combinaciones una version de redundancia de una pluralidad de versiones de redundancia y una version de constelacion de una pluralidad de versiones de constelacion de dicho esquema de modulacion, asignandose al menos una version de redundancia de la pluralidad de versiones de redundancia a mas de una de las versiones de constelacion; en el que cada una de las versiones de constelacion define al menos una de posiciones de bits en una secuencia de bits de dicho simbolo de datos que comprende una pluralidad de bits o valores logicos de los bits; y en el que una de las versiones de constelacion esta producida por al menos uno de intercambiar un bit con otro en la secuencia de bits que comprende una pluralidad de bits o invertir un valor logico de un bit en la secuencia de bits.

Description

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DESCRIPCION

Receptor y transmisor para retransmision ARQ con esquema de reordenacion que emplea multiples versiones de redundancia

La presente invencion se refiere a un metodo de retransmision ARQ en un sistema de comunicaciones. Ademas, la invention se refiere un receptor respectivo y a un transmisor.

Una tecnica comun en sistemas de comunicaciones con condiciones de canal no fiables y variables en el tiempo es corregir errores basandose en esquemas de petition de repetition automatica (ARQ) junto con una tecnica de correction de errores hacia adelante (FEC) llamada ARQ hibrida (HARQ). Si un error se detecta por un control de redundancia ciclica (CRC) utilizado comunmente, el receptor del sistema de comunicaciones pide al transmisor que envie information adicional (retransmision de paquetes de datos) para mejorar la probabilidad de decodificar correctamente el paquete erroneo.

Un paquete se codificara con la FEC antes de la transmision. Dependiendo del contenido de la retransmision y la forma en que los bits se combinan con informacion transmitida previamente, S. Kallel, Analysis of a type II hybrid ARQ scheme with code combining, IEEE Transactions on Communications. Vol. 38, n.° 8, agosto de 1990 y S. Kallel, R. Link, S. Bakhtiyari, Throughput performance of Memory ARQ schemes, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 48, n.° 3, mayo 1999, definen tres tipos diferentes de esquemas ARQ:

■ Tipo I: se descartan los paquetes erroneos recibidos y se retransmite y decodifica por separado una nueva copia del mismo paquete. No hay combination de versiones recibidas antes y despues de dicho paquete.

■ Tipo II: los paquetes erroneos recibidos no se descartan, sino que se combinan con retransmisiones adicionales para decodificacion posterior. Los paquetes retransmitidos tienen en ocasiones tasas de codification mas altas (ganancia de codificacion) y se combinan en el receptor con la informacion de software almacenada de transmisiones previas.

■ Tipo III: es el mismo que el Tipo III con la condition de que cada paquete retransmitido es ahora auto- codificable. Esto implica que el paquete transmitido es decodificable sin la combinacion con paquetes previos. Esto es util si algunos paquetes estan danados de tal forma que casi no se pueda reutilizar la informacion. Si todas las transmisiones llevan datos identificados, esto puede observarse como un caso especial llamado HARQ Tipo III con una sola version de redundancia.

Obviamente, los esquemas HARQ Tipo II y III son mas inteligentes y muestran una ganancia de rendimiento con respecto al Tipo I, porque proporcionan la capacidad de reutilizar informacion de paquetes erroneos recibidos previamente. Existen basicamente tres esquemas de reutilizar la redundancia de paquetes previamente transmitidos:

■ Combinacion de software

■ Combinacion de codigo

■ Combinacion de software y combinacion de codigo Combinacion de software

Empleando combinacion de software, los paquetes de retransmision llevan identica informacion en comparacion con la informacion previamente recibida. En este caso, los multiples paquetes recibidos se combinan en cualquiera de una base simbolo a simbolo o bit a bit como se desvela, por ejemplo, en D. Chase, Code combining: A maximum- likelihood decoding approach for combining an arbitrary number of noisy packets, IEEE Trans. Commun., Vol. COM- 33, pag. 385-393, mayo de 1985 o B.A. Harvey y S. Wicker, Packet Combining Systems based on the Viterbi Decoder, IEEE Transactions on Communications, Vol. 42, N.° 2/3/4, abril de 1994.

En caso de emplear combinacion a nivel de simbolos, los paquetes retransmitidos tienen que llevar identicos simbolos de modulation a los paquetes erroneos transmitidos previamente. En este caso, los multiples paquetes recibidos se combinan a nivel de simbolo de modulacion. Una tecnica comun es la combinacion de relation maxima (MRC), tambien llamada combinacion de diversidad media (ADC), de los multiples simbolos recibidos, donde, despues de N transmisiones, la suma/media de los simbolos coincidentes se pone en memoria intermedia.

En caso de emplear combinacion a nivel de bit, los paquetes retransmitidos tienen que llevar bits identicos a los paquetes erroneos transmitidos previamente. En este punto, los multiples paquetes recibidos se combinan a nivel de bit despues de la demodulation. Los bits pueden mapearse sobre los simbolos de modulacion de la misma forma que en transmisiones previas del mismo paquete o pueden mapearse de forma diferente. En caso de que el mapeo sea el mismo que en transmisiones previas, tambien se puede aplicar combinacion a nivel de simbolos. Una tecnica de combinacion comun es la adicion de relaciones de probabilidad logaritmica calculada (LLR), especialmente si se usan los llamados Turbo Codigos para la FEC como se conoce, por ejemplo, a partir de C. Berrou, A. Glavieux, y P. Thitimajshima, Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes, Proc. ICC '93, Geneva,

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Suiza, pag. 1064-1070, mayo de 1993; S. Le Goff, A. Glavieux, C. Berrou, Turbo-Codes and High Spectral Efficiency Modulation, IEEE SUPERCOMM/ICC '94, Vol. 2, pag. 645-649, 1994; y A. Burr, Modulation and Coding for Wireless Communications, Pearson Education, Prentice Hall, ISBN 0-201-39857-5, 2001. En este punto, despues de N transmisiones, la suma de las LLR de los bits coincidentes se pone en memoria intermedia.

Combinacion de codigo

La combinacion de codigo concatena los paquetes recibidos para generar una nueva palabra codigo (tasa de codigos decreciente con numero de transmision creciente). Por lo tanto, el decodificador tiene que ser consciente de como combinar las transmisiones en cada instante de retransmision para realizar una decodificacion correcta (la tasa de codigos depende de las retransmisiones). La combinacion de codigo ofrece una mayor flexibilidad con respecto a la combinacion de software, puesto que la longitud de los paquetes retransmitidos se puede modificar para adaptarla a las condiciones de canal. Sin embargo, esto requiere transmitir mas datos significativos con respecto a la combinacion de software.

Combinacion de software y combinacion de codigo

En caso de que los paquetes retransmitidos lleven algunos simbolos/bits identicos a simbolos/bits previamente transmitidos y algunos simbolos-codigo/bits diferentes de estos, los simbolos-codigo/bits identicos se combinan usando combinacion de software como se describe en la seccion titulada “Combinacion de software", mientras que los simbolos-codigo/bits restantes se combinaran usando combinacion de codigo. En este punto, los requisitos de senalizacion seran similares a la combinacion de codigo.

Se ha mostrado en M. P. Schmitt, Hybrid ARQ Scheme employing TCM and Packet Combining, Electronics Letters Vol. 34, n° 18, septiembre de 1998, que la operacion HARQ para Modulacion Codificada Trellis (TCM) se puede mejorar reorganizando la constelacion de simbolos para las retransmisiones. La ganancia de rendimiento resulta entonces de maximizar las distancias euclidianas entre los simbolos mapeados sobre las retransmisiones, porque la redisposicion se ha realizado en una base en simbolos. Considerando esquemas de modulacion de orden alto (con simbolos de modulacion que transportan mas de dos bits) los metodos de combinacion que emplean combinacion de software tienen un inconveniente importante: las fiabilidades de bits dentro de simbolos combinados por software estaran en una relacion constante en todas las retransmisiones, es decir, los bits menos fiables de transmisiones previas recibidas seguiran siendo menos fiables despues de haber recibido mas transmisiones y, de forma analoga, los bits mas fiables de transmisiones previas recibidas seguiran siendo mas fiables despues de haber recibido mas transmisiones. En general, los esquemas HARQ no tienen en cuenta las variaciones en las fiabilidades de bits. Dichas variaciones degradan considerablemente el rendimiento del decodificador. Las variaciones se deben principalmente a dos razones.

En primer lugar, las fiabilidades de bits variables surgen de la limitation del mapeo bidimensional de constelacion de senales, donde los esquemas de modulacion que transportan mas de 2 bits por simbolo no pueden tener las mismas fiabilidades medias para todos los bits bajo el supuesto de que todos los simbolos se transmiten con igual probabilidad. El termino fiabilidades medias se entiende, en consecuencia, como la fiabilidad de un bit particular sobre todos los simbolos de una constelacion de senal.

Empleando una constelacion de senales para un esquema de modulacion 16 QAM segun la figura 1 que muestra una constelacion de senales codificada Gray con un orden de mapeo de bits dado iiqii2q2, los bits mapeados sobre los simbolos difieren considerablemente uno de otro en fiabilidad media en la primera transmision del paquete. Con mas detalle, los bits ii y qi tienen una fiabilidad media alta, puesto que estos bits estan mapeados a espacios medios del diagrama de la constelacion de senales con las consecuencias de que su fiabilidad es independiente del hecho de si el bit transmite un uno o un cero.

En contraposition, los bits i2 y q2 tienen una fiabilidad media baja, puesto que su fiabilidad depende del hecho de si transmiten un uno o un cero. Por ejemplo, para el bit i2, se mapean unos a las columnas exteriores, mientras que se mapean ceros a las columnas interiores. Igualmente, para el bit q2, se mapean unos a las filas exteriores, mientras que se mapean ceros a las filas interiores.

Para las retransmisiones segunda y siguientes, las fiabilidades de los bits estaran en una relacion constante entre si, que se define por la constelacion de senales empleada en la primera transmision, es decir, los bits ii y qi siempre tendran una fiabilidad media mas alta que los bits h y q2 despues de cualquier numero de retransmisiones.

En segundo lugar, empleando en parte combinacion de software, se supone que todos los bits transmitidos tendran identica fiabilidad despues de la primera transmision. Incluso entonces, se introducirian variaciones en las fiabilidades de bits en las retransmisiones, porque incrementarian las fiabilidades de estos bits retransmitidos (y combinados por software), mientras que las fiabilidades de los bits no retransmitidos no cambiarian. Ademas, los bits no transmitidos en la primera transmision y transmitidos despues en retransmisiones (redundancia adicional de transmision) recalcan este efecto.

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En el documento WO 02/067491 A1 publicado se propone un metodo en el que, para mejorar el rendimiento del decodificador, seria bastante beneficioso tener iguales o casi iguales fiabilidades medias de bits despues de cada transmision recibida de un paquete. Por lo tanto, las fiabilidades de bits se personalizan sobre las retransmisiones de modo que se promedien las fiabilidades medias de bits. Esto se consigue eligiendo una primera y al menos una segunda constelacion de senales predeterminadas para las transmisiones, de tal manera que las fiabilidades medias combinadas de bits para los bits respectivos de todas las transmisiones sean casi iguales, es decir, los bits que hayan sido altamente fiables en la primera transmision se mapean de tal forma que sean menos fiables en la segunda transmision y viceversa.

Por lo tanto, la redisposicion de las constelaciones de senales da lugar a un mapeo de bits cambiado, donde las distancias euclidianas entre los simbolos de modulacion se pueden modificar de una retransmision a otra debido al movimiento de los puntos de constelacion. Como resultado, las fiabilidades medias de bits se pueden manipular de la forma deseada y promediar para incrementar el rendimiento del decodificador FEC en el receptor.

En la solucion propuesta anteriormente, los beneficios de la redisposicion de constelaciones se realizan con respecto al concepto de los esquemas de version de redundancia unica HARQ TIPO II/MI.

El documento “Enhanced HARQ Method with Signal Constellation Rearrangement" TSC-RAN WORKING GROUP 1 MEETING, n.° 19, 27 Febrero de 2001, describe un metodo HARQ hibrido con redisposicion de constelacion de senales para modulacion 16 QAM y 64 QAM. Promediando fiabilidades de bits transportadas por simbolos repetidamente transmitidos sobre retransmisiones, el sistema presenta una ganancia de rendimiento.

El documento WO 03/0197794 A, que forma la tecnica anterior segun el Articulo 54(3) EPC, desvela un metodo y aparato para implementar retransmisiones en un sistema de comunicaciones con peticion de repeticion automatica. Un paquete retransmitido asociado con la peticion de repeticion esta constituido por simbolos donde la modulacion se genera de forma diferente que en la transmision original.

El objetivo de la presente invencion es proporcionar un metodo de retransmision ARQ, transmisor y receptor, que evitan efectivamente la degradacion del rendimiento del decodificador producida por las variaciones en las fiabilidades de bits.

El objetivo se logra con un metodo, transmisor y receptor como se expone en las reivindicaciones independientes.

La invencion se basa en el reconocimiento de que los esquemas convencionales no consideran este contenido especifico (conjunto de bits) de cada transmision para reordenar los bits. Por lo tanto, para obtener una ganancia de rendimiento, la reordenacion se tiene que realizar dependiendo del contenido de cada version de redundancia transmitida. En consecuencia, se puede considerar que la invencion proporciona un esquema ARQ Tipo II/III usando multiples versiones de redundancia bajo consideracion del contenido de la version de redundancia transmitida. Esto da lugar a una ganancia significativa en el rendimiento del decodificador.

Para una mejor comprension de la invencion, las realizaciones preferidas, que se describiran a continuation con referencia a los dibujos anexos, muestran:

Figura 1: una constelacion ejemplar que ilustra un esquema de modulacion 16 QAM con simbolos de bits codificados Gray.

Figura 2: dos ejemplos de constelaciones de senales para un esquema de modulacion 16 QAM con simbolos de bits codificados Gray.

Figura 3: una secuencia de bits generada a partir de un codificador FEC de tasa 1/3.

Figure 4: una secuencia elegida para un sistema de transmision de tasa 1/2 generada a partir de la secuencia representada en la figura 3 con una indication de las fiabilidades de bits.

Figura 5: una secuencia de bits para la segunda transmision, donde los bits se desplazan dos a la derecha.

Figura 6: una secuencia de bits para la segunda transmision, donde las posiciones de bit se conmutan usando diferentes mapeadores.

Figura 7: una secuencia de bits para la primera version de redundancia de transmision 1 y un primer par de mapeador/intercalador.

Figura 8: una secuencia de bits para la segunda transmision para una version de redundancia 2 con el mismo mapeador/intercalador que para la primera transmision.

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Figura 9: una secuencia de bits para la segunda transmision para una version de redundancia 2 con mapeadores/intercaladores diferentes de los de la primera transmision,

Figura 10: secuencias de bits resultantes de combinaciones posibles de versiones de redundancia y mapeadores/intercaladores.

Figura 11: una primera realizacion de un sistema de comunicaciones en la que se realiza el metodo de la presente invencion.

Figura 12: una segunda realizacion de un sistema de comunicaciones en la que se realiza el metodo de la presente invencion.

Figura 13: un diagrama que indica el rendimiento de varias estrategias convencionales frente a la estrategia segun el metodo de la invencion.

A continuacion se describira el concepto de una relacion de probabilidad logaritmica (LLR) como una metrica para las fiabilidades de bits. En primer lugar se mostrara el calculo directo de las LLR de bits dentro de los simbolos mapeados para una sola transmision. Despues, el calculo de LLR se ampliara al caso de transmisiones multiples.

Transmision unica

La LLR media del /-esimo bit bn' bajo la condicion de que el simbolo sn se ha transmitido para una transmision por un canal con ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN) y simbolos de igual probabilidad produce:

imagen1

donde rn = sn indica el simbolo recibido medio bajo la condicion de que el simbolo sn se ha transmitido (caso AWGN), dn,m2 indica el cuadrado de la distancia euclidiana entre el simbolo recibido rn y el simbolo sm, y Es/No indica la relacion de senal a ruido observada.

Se puede ver por la ecuacion (1) que la LLR depende de la relacion de senal a ruido Es/No y las distancias euclidianas dnm entre los puntos de la constelacion de senales.

Transmisiones multiples

Considerando las transmisiones multiples, la LLR media despues de la k-esima transmision del /-esimo bit bn bajo la condicion de que los simbolos snw se han transmitidos por canales AWGN independientes y simbolos de igual probabilidad produce:

imagen2

donde j indica la j-esima transmision ((/-1)-esima retransmision). De forma analoga al caso de la transmision unica, las LLR medias dependen de las relaciones de senal a ruido y las distancias euclidianas en cada tiempo de transmision.

Para los expertos es claro que se puede obtener una aproximacion de las LLR por un calculo simplificado de las ecuaciones expuestas anteriormente.

A continuacion, se considerara de forma ejemplar el caso de un sistema 16 QAM que da lugar a 2 bits de alta fiabilidad y 2 bits de baja fiabilidad, donde, con respecto a los bits de baja fiabilidad, la fiabilidad depende de transmitir un uno o un cero (vease la figura 1). Por lo tanto, en general hay 2 niveles de fiabilidades donde el segundo nivel puede subdividirse adicionalmente.

Nivel 1 (Fiabilidad alta, 2 bits): mapeo de bits para unos (ceros) separados en el medio espacio real positivo (negativo) para los i bits y el medio espacio imaginario los q bits. En este punto, no hay diferencia si los unos se mapean al medio espacio positivo o negativo.

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Nivel 2 (Fiabilidad baja, 2 bits): se mapean unos (ceros) a columnas interiores (exteriores) para los i bits o a filas interiores (exteriores) para los q bits. Puesto que hay una diferencia para la LLR dependiendo del mapeo a las columnas y filas interiores (exteriores), el Nivel 2 se clasificado ademas en:

Nivel 2a: mapeo de in a columnas interiores y de qn a filas interiores, respectivamente.

Nivel 2b: mapeo invertido del Nivel 2a: mapeo de in a columnas exteriores y de qn a filas exteriores, respectivamente.

Para garantizar un proceso de promediado optimo sobre las transmisiones para todos los bits, los niveles de fiabilidades deben modificarse.

Hay que considerar que el orden de mapeo de bits es abierto antes de la transmision inicial, pero tiene que permanecer durante las retransmisiones, por ejemplo, mapeo de bits para transmision inicial: iigii2g2 ^ mapeo de bits en todas las retransmisiones: ii gi i2g2.

En la figura 2 se muestran algunos ejemplos de constelaciones posibles. Las fiabilidades de bits resultantes segun la figura 2 se exponen en la Tabla 1.

Tabla 1

Constelacion: Bit ii Bit qi Bit i2 Bit q2

1: Fiabilidad alta (Nivel 1) Fiabilidad alta (Nivel 1) Fiabilidad baja (Nivel 2b) Fiabilidad baja (Nivel 2b)

2: Fiabilidad baja (Nivel 2a) Fiabilidad baja (Nivel 2a) Fiabilidad alta (Nivel 1) Fiabilidad alta (Nivel 1)

3: Fiabilidad baja (Nivel 2b) Fiabilidad baja (Nivel 2b) Fiabilidad alta (Nivel 1) Fiabilidad alta (Nivel 1)

4: Fiabilidad alta (Nivel 1) Fiabilidad alta (Nivel 1) Fiabilidad baja (Nivel ________2a)________ Fiabilidad baja (Nivel 2a)

A continuacion se supone que m indica el parametro de numero de transmision, indicando m=0 la primera transmision de un paquete en el contexto ARQ. b indica tambien el numero de bits que forman un simbolo en la entidad de mapeo. Normalmente, b puede ser cualquier numero entero, donde los valores usados mas a menudo para sistemas de comunicaciones son un entero potencia de 2.

Sin perdida de generalidad se puede suponer ademas que el numero de bits n que se utilizan como entrada al proceso de intercalacion es divisible por b, es decir, n es un multiplo entero de b. Los expertos en la materia percibiran que si este no fuese el caso, la secuencia de bits de entrada se puede completar facilmente con bits ficticios hasta que se cumpla la condicion anterior.

A continuacion se considerara un ejemplo de un esquema de transmision 16 QAM simple con mapeo Gray con tasa FEC ^ (Sn: bits sistematicos - Pn: bits de paridad), que se genera a partir de un codificador sistematico de tasa 1/3 (vease la figura 3) por calado. Se podria seleccionar una secuencia y ordenacion de bits como la representada en la figura 4 para la 1a transmision (TX). La figura 4 muestra la secuencia generada de la figura 3 con una indicacion de las fiabilidades de bits.

Un esquema HARQ Tipo III convencional simple con una sola version de redundancia transmitiria en todas las retransmisiones pedidas la secuencia identica (que tiene el mapeo identico Mi o intercalacion identica Ii. Por lo general, la 1a transmision no esta intercalada, sin embargo, la no intercalacion se puede considerar tambien como tener un intercalador con iguales flujos de entrada y salida. Esto da lugar, despues de combinar todas las transmisiones recibidas (y pedidas), a grandes variaciones de las fiabilidades de bits. Por ejemplo, Si y Pi serian altamente fiables (transmitidos n veces con alta fiabilidad), mientras que S2 y P4 serian menos fiables (transmitidos n veces con baja fiabilidad). Como se ha indicado anteriormente, esto degradara el rendimiento de decodificacion en el receptor.

El rendimiento de este esquema basico se puede incrementar conmutando las fiabilidades para las retransmisiones requeridas para promediar las fiabilidades para todos los bits transmitidos. Esto se puede lograr con varias implementaciones especificas diferentes, donde 2 posibles soluciones se ilustran a continuacion en la figura 5 y la figura 6. Esta tecnica se puede implementar intercalando los bits de forma diferente a la de la 1a transmision o utilizando diferentes reglas de mapeo para los simbolos de modulacion. Esto se denominara a continuacion usar un 2° mapeador M2 o un 2° intercalador I2.

La figura 5 muestra una secuencia de bits para la 2a transmision, donde, para fiabilidades de bits medias, los bits se desplazan 2 a la derecha usando diferentes intercaladores para transmision.

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La figura 6 muestra una secuencia de bits para la 2a transmision, donde, para fiabilidades de bits medias, las posiciones de bits se conmutan usando diferentes mapeadores para transmisiones.

En caso de usar 2 mapeadores (Mn) o intercaladores (/n) diferentes, todas las transmisiones sucesivas se mapean o intercalan despues de tal manera que ningun mapeador/intercalador se utilice 2 veces mas frecuentemente que el otro, por ejemplo:

Tabla 2

TX: Estrategia 1 Estrategia 2

1: /1/M1 /1/M1

2: /2/M2 /1/M2

3: /1/M1 /1/M2

4: /2/M2 /1/M1

5: /1/M1 /1/M1

6: /2/M2 /1/M2

7: /1/M1 /1/M2

Se debera observar que para QAM 16 el uso de 4 mapeadores diferentes proporciona un mejor rendimiento, y usar 2 mapeadores proporciona una solucion suboptima. Se eligen 2 mapeadores para que el ejemplo siga siendo simple.

Se puede ver por la tabla anterior que los rendimientos de la estrategia 1 y 2 son iguales o similares, por lo tanto, no supone ninguna diferencia elegir el mapeador/intercalador M1/I1 o M2/I2 para la 3a TX (transmision). Sin embargo, para la 4a TX hay que tener cuidado de elegir el mapeador/intercalador complementario con respecto a la 3a TX.

Un esquema HARQ Tipo III simple de la tecnica anterior con multiples versiones de redundancia retransmits los bits sistematicos en la 2a TX mas los bits de paridad adicionales, que no se han transmitido en la primera TX. Por razones de sencillez, el ejemplo se elige de tal manera que el numero de bits por transmisiones se mantenga constante, y exactamente 2 transmisiones pueden transportar todos los bits codificados (sistematicos y de paridad). Para garantizar retransmisiones auto-codificables, se retransmitiran todos los bits sistematicos. Sin embargo, los expertos en la materia apreciaran que tambien se puede usar retransmisiones no auto-decodificables para llevar a cabo la invencion.

La figura 7 muestra una secuencia de bits para la ia TX como RV1 y M1VI11.

En los esquemas convencionales con multiples versiones de redundancia - no considerando las variaciones en las fiabilidades de bits, es decir, teniendo un solo mapeador/intercalador como se representa en la secuencia de bits para la secuencia de la 2a transmision RV2 y Mi2/Ii2 en la figura 8 - surge un problema similar al de los esquemas con una sola version de redundancia. Los bits sistematicos de baja fiabilidad de la ia TX seran de baja fiabilidad en la 2a transmision.

Utilizando 2 mapeadores/intercaladores (vease la figura 9), el promediado se realizara con respecto a los bits sistematicos. Sin embargo, despues de 2 transmisiones, el promediado de las fiabilidades solamente es posible para los bits transmitidos dos veces hasta entonces (en este ejemplo, los bits sistematicos). En la 3a TX se puede elegir la version de redundancia para transmitir RV1 o RV2 (el rendimiento para ambas posibilidades debera ser muy similar).

El ejemplo antes descrito con 2 versiones de redundancia (RV1 y RV2) proporciona basicamente 4 combinaciones de versiones de redundancia y mapeadores/intercaladores (vease la Tabla 3 y la figura 10):

________Tabla 3________

Combinaciones posibles

______RV1 e /i1/Mi1______

______RV1 e /2VM21______

______RV2 e /i2/Mi2______

RV2 e /22/M22

A continuation, el conjunto de bits transmitidos en la ia TX se etiquetaran RV1 (version de redundancia 1) y el conjunto de bits transmitidos en la 2a TX se etiquetaran RV2. Ademas, los mapeadores/intercaladores estan unidos a las versiones de redundancia por un subindice. En el ejemplo mostrado el patron de intercaladores y el mapeo para /nVMn1 e /n2/Mn2 (n = 1, 2) son iguales, que es un caso especial, porque las posiciones de los bits sistematicos y de paridad estan alineadas entre si en ambas versiones de redundancia.

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Segun la presente invencion, el mapeador/intercalador se tiene que seleccionar segun la version de redundancia elegida para promediar las fiabilidades de los bits sistematicos y de paridad. Esto es lo contrario al caso de una sola version de redundancia, por lo que la tercera transmision puede seleccionar cualquier mapeador/intercalador.

A continuacion se propone una estrategia para seleccionar el mapeador/intercalador dependiendo de la version de redundancia transmitida para promediar todas las fiabilidades de bits.

1a TX

Supongase que se seleccionan las combinaciones RVi y Ii1/Mi1 se selecciona para la 1a TX - tambien se podria seleccionar cualquier otra combinacion para la ia transmision (suponiendo un rendimiento igual/similar considerando una sola transmision).

2a TX

En la 2a TX se debera transmitir la version de redundancia restante (en este caso RV2), donde las fiabilidades para todos los bits que ya se han transmitido en la ia TX (en este caso todos bits sistematicos) tienen que promediarse, es decir, los bits sistematicos de baja fiabilidad tienen que ser ahora de alta fiabilidad. Esto se consigue transmitiendo RV2 con I22/M22.

3a TX

Para la 3a TX se tiene libertad sobre que version de redundancia transmitir, sin embargo, se tiene que combinar con un mapeador/intercalador que todavia no se haya elegido para esta version de redundancia, es decir, RVi y I2VM2'1 en la estrategia 1 y RV2 e Ii2/Mi2 en la estrategia 2. Esto garantiza el promediado de los bits de paridad, que se transmiten en el conjunto actual de bits.

4a TX

Para la 4a TX hay que seleccionar la combinacion que queda. Esto garantiza el promediado del conjunto restante de bits de paridad y asegura transmitir el conjunto de bits de paridad, que se han transmitido una vez hasta ahora.

5a TX y otras

El proceso de promediado se termina despues de la 4a TX. Por lo tanto, hay una libre eleccion de version de redundancia y combinacion de mapeador/intercalador. Para las TX siguientes hay que considerar las reglas aplicadas a las TX 1-4.

Tabla 4

TX: Estrategia 1 Estrategia 2

1: RVi e Ii1/Mi1 RVi e I1i/M1i

2: RV2 e I22/M22 RV2 e I22/M22

3: RVi e I2VM21 RV2 e Ii2/Mi2

4: RV2 e Ii2/Mi2 RVi e I2i/M2i

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En el ejemplo ofrecido, las posiciones de los bits sistematicos para ambas versiones de redundancia RVi y RV2 (considerando el mismo mapeador/intercalador) son iguales (vease la figura 10). Este no suele ser el caso (especialmente para diferentes tasas de codificacion) y es claro que es una simplificacion. El ejemplo mostrado tiene la finalidad de mostrar el procedimiento general, que se puede ampliar facilmente a casos mas generales indicados a continuacion.

El metodo propuesto no se limita a 2 versiones de redundancia. En su lugar, se puede ampliar a cualquier numero N de versiones de redundancia, que se seleccionan para transmision consecutiva y repeticion despues de N transmisiones como en un esquema HARQ Tipo M/IM general con N versiones de redundancia.

Bajo el supuesto de que m indica la version de mapeador/intercalador real (m=1... M), el numero de mapeadores/intercaladores por version de redundancia podria ser cualquier numero entero M (dando lugar como maximo NM mapeadores/intercaladores diferentes, donde N indica el numero total de versiones de redundancia y M el numero de mapeadores/intercaladores por version de redundancia), donde las reglas de mapeo o patrones de intercaladores no estan disenadas necesariamente para realizar un promediado perfecto de fiabilidades. Segun el ejemplo de la Tabla 4, el metodo general se expone en la Tabla 5, donde (como se ha mencionado anteriormente) todos los Imn/Mmn podrian tener diferentes reglas de mapeo o patrones de intercaladores.

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Tabla 5

TX: Combinacion

1: RVi e /1i/M1i

2: RV2 e /2i/M2i

3: RV3 e /3i/M3i

N: RVn e /iN/MiN

N+1: RVi e /21/M21

2N: RVN e /2N/M2N

N(M-1)+1: RVi e /m1/Mm1

NM: RVn e /mN/MmN

Como se muestra en el ejemplo, los mapeadores/intercaladores Imn/Mmn podrian ser los mismos para todas las versiones de redundancia n, es dedr, los mapeadores/intercaladores son independientes de n: Im/Mm (en total M mapeadores/intercaladores diferentes). Las reglas de mapeo o patrones de intercaladores se podrian elegir de tal manera que el proceso de promediado para los bits sistematicos y los bits de paridad sea tan bueno como sea posible. Cualquier par de mapeadores/intercaladores Imn/Mmn, Ikj/Mkj podria tener la misma regla de mapeo o patron de intercaladores.

Preferentemente, el numero M de mapeadores/intercaladores se podria elegir segun el numero de niveles de fiabilidad de bits producidos por el esquema de modulacion. Como alternativa, el numero M de mapeadores/intercaladores se podria elegir segun el doble del numero de niveles de fiabilidad de bits producidos por el esquema de modulacion.

La figura 11 muestra una primera realizacion ejemplar de un sistema de comunicaciones en la que se emplea el metodo que subyace a la invencion.

En el transmisor 100 se obtiene una secuencia de bits de un codificador de correccion de error hacia delante (FEC) (no representado) y despues se introduce en un intercalador 110 y un inversor de bits logico 120. El intercalador 1l0 y el inversor de bits logico 120 son funciones de la version de redundancia y/o la version de mapeador/intercalador m y modifican la secuencia de bits de entrada. Despues, la secuencia de bits se introduce en el mapeador/modulador 130 que es la entidad de mapeo. El mapeador usa normalmente una de las constelaciones de senales representadas en la figura 2 y mapea los bits sobre un simbolo que se transmite por el canal de comunicacion 200. El canal de comunicacion es normalmente un canal de comunicaciones por radio que experimenta condiciones de canal no fiables y variables en el tiempo.

Los patrones usados por los mapeadores, intercaladores e inversores se almacenan en el transmisor y el receptor o almacenan en el transmisor y se envian al receptor.

En el receptor 300, los simbolos complejos se introducen primero en un desmapeador/demodulador 330 que demodula los simbolos recibidos a una secuencia de dominio de bits correspondiente (por ejemplo, la secuencia de LLR). Esta secuencia se introduce posteriormente en un inversor logico 320 y despues en un desintercalador 310 del que sale la secuencia de dominio de bits obtenida.

El intercalador y el desintercalador funcionan segun la tecnica conocida de intercalacion/desintercalacion aplicando una permutacion pseudo-aleatoria o aleatoria determinada de las secuencias de bits o simbolos de entrada, es decir, cambian las posiciones de los bits o simbolos dentro de una secuencia. En la realizacion antes descrita, el intercalador (y el desintercalador) son un (des)intercalador de bits intra-simbolo que cambia la posicion de los bits que forman un simbolo en el mapeador/desmapeador.

El inversor de bits logico funciona segun una tecnica conocida de invertir el valor logico de un bit, es decir, convierte un valor logico bajo en un valor logico alto, y viceversa. En una realizacion practica de un receptor que funciona con relaciones de probabilidad logaritmica, esta operacion de inversion es equivalente a una inversion de signo de la relacion de probabilidad logaritmica.

Si se lanza una retransmision por una peticion de repeticion automatica concedida por un detector de error (no representado) con el resultado de que otro paquete de datos se transmite desde el transmisor 100, los paquetes de datos erroneos previamente recibidos se combinan en el desmapeador/demodulador 330 con los paquetes de datos

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retransmitidos. Debido a la modificacion de la secuencia de bits por el intercalador y el inversor de bits logico, las fiabilidades medias de bits se promedian dando lugar a un rendimiento incrementado en el receptor.

Como un enfoque alternativo, en la segunda realizacion mostrada en la figura 12, el patron para intercalar/desintercalar la secuencia de bits antes de enviarla al mapeador se deja constante, es decir, no cambia en funcion de la version de redundancia n. En su lugar, se cambian las reglas para mapear los bits sobre un simbolo, lo que corresponde a introducir secuencias de bits en el mapeador dependiendo solamente de la version de redundancia n y cambiar simplemente las reglas de mapeo de bit a simbolo.

En otra variante, no mostrada explicitamente en las figuras, se puede usar una combinacion de los dos enfoques antes descritos, es decir, el mapeador/intercalador y el inversor dependen de la version de redundancia n y la version de mapeador/intercalador m.

La figura 13 muestra el resultado de una simulation que mide la tasa de errores de trama para un esquema de modulation 16 QAM que emplea una tasa de codigos 1/2 para dos metodos HARQ convencionales y una posible implementation del metodo segun la presente invention. Para este ejemplo, la estrategia 2 de la tabla 6 siguiente se compara con dos estrategias convencionales. Es obvio a partir de la figura 13 que el metodo segun la invencion ofrece prestaciones superiores a los metodos convencionales.

Tabla 6

Esquema de transmision: Convencional 1 (usando mapeo identico para todas las transmisiones) Convencional 2 (alternando entre mapeos independientemente de la version de redundancia) Estrategia 2 (segun la Tabla 3:[P1])

1. TX: RVi y mapeo 1 RV1 y M1 RV1 y M1

2. TX: RV2 y M1 RV2 y M2 RV2 y M2

3. TX: RVi y M1 RV1 y M1 RV1 y M2

4. TX: RV2 y M1 RV2 y M2 RV2 y M1

En la tabla, se enumeran las versiones de redundancia usadas (RVn) y mapeos (Mm) para metodos simulados, donde los mapeos Mi1=M21=M1 y Mi2=M22=M2 son segun la Tabla 4 [P2] (es decir, identicos mapeos usados para ambas versiones de redundancia). M1 corresponde a la constelacion 1 y M2 corresponde a la constelacion 2 en la figura 2.

Aunque el metodo antes descrito se ha descrito usando senales codificadas Gray y un esquema de modulacion QAM, es claro para los expertos en la materia que se puede usar igualmente otros esquemas de codification y modulacion adecuados, por ejemplo modulacion PSK para obtener los beneficios de la invencion.

Claims

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10

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40

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50

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de transmision (100) para transmitir datos usando un proceso HARQ que aplica un esquema de modulacion de alto orden que tiene mas de dos bits por simbolo de datos, que comprende:

una seccion de transmision que transmite datos usando una combinacion de una pluralidad de combinaciones, comprendiendo cada una de las combinaciones una version de redundancia de una pluralidad de versiones de redundancia y una version de constelacion de una pluralidad de versiones de constelacion de dicho esquema de modulacion, asignandose al menos una version de redundancia de la pluralidad de versiones de redundancia a mas de una de las versiones de constelacion;

en el que cada una de las versiones de constelacion define al menos una de posiciones de bits en una secuencia de bits de dicho simbolo de datos que comprende una pluralidad de bits o valores logicos de los bits; y en el que una de las versiones de constelacion esta producida por al menos uno de intercambiar un bit con otro en la secuencia de bits que comprende una pluralidad de bits o invertir un valor logico de un bit en la secuencia de bits.
2. El aparato de transmision de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente: una seccion de reorganizacion (110, 120, 130) que reorganiza la secuencia de bits que comprende una pluralidad de bits de acuerdo con una version de constelacion de la una de las combinaciones, para producir una secuencia de bits reorganizada.
3. El aparato de transmision de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que comprende adicionalmente: una seccion de reorganizacion (110, 120, 130) que funciona para al menos uno de intercambiar un bit con otro en la secuencia de bits que comprende una pluralidad de bits e invertir un valor logico de un bit en la secuencia de bits.
4. El aparato de transmision de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha seccion de transmision transmite primeros datos usando una de las combinaciones y transmite segundos datos usando otra de las combinaciones.
5. El aparato de transmision de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha seccion de transmision transmite datos usando la primera combinacion de las combinaciones y retransmite datos usando la segunda combinacion de las combinaciones.
6. Un aparato de recepcion (300) para recibir datos transmitidos usando un proceso HARQ que aplica un esquema de modulacion de alto orden que tiene mas de dos bits por simbolo de datos, que comprende una seccion de recepcion que recibe datos usando una combinacion de una pluralidad de combinaciones, comprendiendo cada una de las combinaciones una version de redundancia de una pluralidad de versiones de redundancia y una version de constelacion de una pluralidad de versiones de constelacion de dicho esquema de modulacion, asignandose al menos una version de redundancia de la pluralidad de versiones de redundancia a mas de una de las versiones de constelacion;

en donde cada una de las versiones de constelacion define al menos una de posiciones de bits en una secuencia de bits de dicho simbolo de datos que comprende una pluralidad de bits o valores logicos de los bits; y en donde una de las versiones de constelacion esta producida por al menos uno de intercambiar un bit con otro en la secuencia de bits que comprende una pluralidad de bits o invertir un valor logico de un bit en la secuencia de bits.
7. El aparato de recepcion de acuerdo con la reivindicacion 6, que comprende adicionalmente:

una seccion de demodulacion (300) que demodula los datos recibidos.
8. Un sistema de transmision que comprende:

un aparato de transmision de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 y un aparato de recepcion de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7.