Турбо эквалайзер - Turbo equalizer

В цифровые коммуникации, а турбо эквалайзер это тип приемник используется для получения сообщения, поврежденного канал связи с межсимвольная интерференция (ISI). Он приближается к производительности максимум апостериори (MAP) приемник через итеративный передача сообщений между soft-in soft-out (SISO) эквалайзер и декодер SISO.[1] Это связано с турбокоды в том, что турбо-эквалайзер может считаться типом итеративного декодера, если канал рассматривается как нерезервный. сверточный код. Однако турбо-эквалайзер отличается от классического турбо-подобного кода тем, что «код канала» не добавляет избыточности и поэтому может использоваться только для удаления негауссовского шума.

История

Турбо коды были изобретены Клод Берру в 1990–1991 гг. В 1993 г. турбокоды были представлены публично через список авторов Берроу, Glavieux, и Thitimajshima.[2] В 1995 году новое расширение принципа турбо было применено к эквалайзеру. Дуйяр, Jézéquel, и Берроу.[3] В частности, они сформулировали проблему приемника ISI как проблему декодирования турбокода, где канал рассматривается как сверточный код со скоростью 1, а кодирование с исправлением ошибок является вторым кодом. В 1997 г. Glavieux, Лаот, и Лабат продемонстрировали, что линейный эквалайзер может использоваться в структуре турбо эквалайзера.[4] Это открытие сделало турбо-эквализацию достаточно эффективной в вычислительном отношении, чтобы ее можно было применять в широком спектре приложений.[5]

Обзор

Обзор стандартной системы связи

Прежде чем обсуждать турбо-эквалайзеры, необходимо понять основной приемник в контексте системы связи. Это тема этого раздела.

На передатчик, Информация биты находятся закодированный. Кодирование добавляет избыточности путем сопоставления информационных битов в более длинный битовый вектор - битовый вектор кода . Закодированные биты тогда чередующийся. Чередование меняет порядок битов кода в результате биты . Основная причина для этого - изолировать информационные биты от импульсного шума. Затем преобразователь символов отображает биты в сложные символы . Эти цифровые символы затем преобразуются в аналоговые символы с Цифро-аналоговый преобразователь. Обычно сигнал тогда преобразованный пропускать полосы частот, смешивая их с перевозчик сигнал. Это необходимый шаг для сложных символов. После этого сигнал готов к передаче через канал.

На приемник, операции, выполняемые передатчиком, меняются местами для восстановления , оценка информационных битов. В понижающий преобразователь микширует сигнал обратно до основной полосы частот. В Аналого-цифровой преобразователь затем дискретизирует аналоговый сигнал, делая его цифровым. На этой точке, восстанавливается. Сигнал это то, что было бы получено, если были переданы через цифровые основная полоса эквивалент канала плюс шум. Тогда сигнал уравновешенный. Эквалайзер пытается разгадать ISI в полученном сигнале для восстановления переданных символов. Затем он выводит биты связанные с этими символами. Вектор может представлять жесткие решения по битам или мягкие решения. Если эквалайзер принимает мягкие решения, он выводит информацию, касающуюся вероятности того, что бит равен 0 или 1. Если эквалайзер принимает жесткие решения по битам, он квантует мягкие битовые решения и выводит либо 0, либо 1. Далее , сигнал подвергается обратному перемежению, что является простым преобразованием перестановки, которое отменяет преобразование, выполненное перемежителем. Наконец, биты декодируются декодером. Декодер оценивает из .

Схема системы связи показана ниже. На этой схеме канал является эквивалентным каналом основной полосы частот, что означает, что он включает ЦАП, повышающий преобразователь, канал, понижающий преобразователь и АЦП.

COMMblockdiagram.png

Обзор турбо-эквалайзера

Блок-схема системы связи, использующей турбо-эквалайзер, показана ниже. Турбоэквалайзер включает в себя эквалайзер, декодер и блоки между ними.

TEQUdiagram.png

Разница между турбо-эквалайзером и стандартным эквалайзером заключается в обратной связи от декодера к эквалайзеру. Благодаря структуре кода декодер не только оценивает информационные биты. , но он также обнаруживает новую информацию о закодированных битах . Таким образом, декодер может выводить внешнюю информацию, о вероятности передачи определенного потока битов кода. Внешняя информация - это новая информация, которая не выводится из информации, вводимой в блок. Эта внешняя информация затем отображается обратно в информацию о переданных символах. для использования в эквалайзере. Вероятность этих внешних символов, , поступают в эквалайзер как априори вероятности символа. Эквалайзер использует это априори информация, а также входной сигнал для оценки информации о внешней вероятности переданных символов. В априори информация, поступающая в эквалайзер, инициализируется значением 0, что означает, что начальная оценка сделанные турбоэквалайзером идентичны оценке, сделанной стандартным ресивером. Информация затем отображается обратно в информацию о для использования декодером. Турбоэквалайзер повторяет этот итерационный процесс до тех пор, пока не будет достигнут критерий остановки.

Турбо-эквализация в практических системах

В практических реализациях турбо-эквализации необходимо учитывать дополнительную проблему. В информация о состоянии канала (CSI) Работа эквалайзера связана с каким-то методом оценки канала и, следовательно, ненадежна. Во-первых, чтобы повысить надежность CSI, желательно включить блок оценки канала также в цикл турбокоррекции и проанализировать оценку канала, управляемую мягким или жестким решением, в каждой итерации турбокоррекции.[6][7] Во-вторых, включение неопределенности CSI в конструкцию турбо-эквалайзера приводит к более надежному подходу со значительным увеличением производительности в практических сценариях.[8][9]

Рекомендации

  1. ^ Koetter, R .; Singer, A.C .; Тухлер, М. (2004). «Турбо-эквализация». Журнал IEEE Signal Processing Magazine. 21 (1): 67–80. Bibcode:2004ISPM ... 21 ... 67 тыс.. Дои:10.1109 / MSP.2004.1267050.
  2. ^ Берру, Клод; Главье, Ален; Thitimajshima, Punya (1993). «Кодирование и декодирование с исправлением ошибок, близкое к пределу Шеннона: Турбокоды. 1». Ошибка предела Шеннона - исправление. 2. п. 1064. Дои:10.1109 / ICC.1993.397441. ISBN  0-7803-0950-2.
  3. ^ Дуйяр, Катрин; Жезекель, Мишель; Берроу, Клод (1995). «Итеративная коррекция межсимвольной интерференции: турбоэквализация» (PDF). Европейские транзакции в области телекоммуникаций. 6 (5): 507. Дои:10.1002 / ett.4460060506.
  4. ^ Glavieux, A .; Лаот, К. и Лабат, Дж. (1997). «Турбо-эквализация по частотно-избирательному каналу». Proc. Int. Symp. Турбо-коды, Брест, Франция. С. 96–102. CiteSeerX  10.1.1.143.6389.
  5. ^ Tüchler, M .; Koetter, R. & Singer, A.C. (2002). «Турбо-уравнение: принципы и новые результаты». Транзакции IEEE по коммуникациям. 50 (5): 754–767. CiteSeerX  10.1.1.16.8619. Дои:10.1109 / tcomm.2002.1006557.
  6. ^ Нефедов, Н .; Pukkila, M .; Visoz, R .; Бертет, А. (2003). «Итеративное обнаружение данных и оценка канала для усовершенствованных систем TDMA». Транзакции IEEE по коммуникациям. 51 (2): 141. Дои:10.1109 / TCOMM.2003.809218.
  7. ^ Park, S.Y .; Канг, К. (2004). «Итеративный MAP-приемник с уменьшенной сложностью для подавления помех в системах пространственного мультиплексирования на основе OFDM». IEEE Transactions по автомобильной технологии. 53 (5): 1316. Дои:10.1109 / TVT.2004.832383.
  8. ^ Нисар, Мухаммад Датский; Утчик, Вольфганг (2011). «Минимаксное устойчивое выравнивание каналов с априорной информацией». Транзакции IEEE при обработке сигналов. 59 (4): 1734. Bibcode:2011ITSP ... 59.1734N. Дои:10.1109 / TSP.2010.2101068.
  9. ^ Калантарова, Наргиз; Козат, Сулейман С .; Эрдоган, Альпер Т. (2011). «Надежная турбоквалификация при неопределенности канала». 2011 IEEE Radio and Wireless Symposium. п. 359. Дои:10.1109 / RWS.2011.5725469. ISBN  978-1-4244-7687-9.

внешняя ссылка

  • Турбо-эквализация учебник журнала Signal Processing Magazine по турбоквалификации. Поскольку он был написан для сообщества обработки сигналов в целом, он относительно доступен.
  • Турбо-уравнение: принципы и новые результаты статья журнала IEEE Transactions on Communications, в которой предлагается подробное и ясное объяснение турбоквалификации.

Смотрите также