Турбо-эквалайзер

В цифровой связи , A турбо эквалайзер представляет собой тип приемника используется для приема сообщения , поврежденного каналом связи с межсимвольной интерференцией (ISI). Он приближается к производительности максимального апостериорного приемника (MAP) за счет итеративной передачи сообщений между эквалайзером с программным входом и выходом (SISO) и декодером SISO. ^[1] Это связано с турбокодами в том смысле, что турбо-эквалайзер может считаться типом итеративного декодера, если канал рассматривается как сверточный код без избыточности.. Однако турбо-эквалайзер отличается от классического турбо-подобного кода тем, что «код канала» не добавляет избыточности и, следовательно, может использоваться только для удаления негауссовского шума.

История [ править ]

Турбокоды были изобретены Клодом Берроу в 1990–1991 годах. В 1993 году , турбо - коды были введены публично через документ с перечнем авторов Берру , Glavieux и Thitimajshima . ^[2] В 1995 годе новое расширение принципа турбо было применено к эквалайзеру по Douillard , Jezequel 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 году Главье , Лаот, а Лабат продемонстрировал, 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 диапазоне приложений. ^[5]

Обзор [ править ]

Обзор стандартной системы связи [ править ]

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

В передатчике , информационные биты будут закодированы . Кодирование добавляет избыточности, отображая информационные биты в более длинный битовый вектор - битовый вектор кода . Закодированные биты затем перемежаться . Чередование меняет порядок кодовых битов, в результате чего получаются биты . Основная причина для этого - изолировать информационные биты от импульсного шума. Затем преобразователь символов преобразует биты в сложные символы . Эти цифровые символы затем преобразуются в аналоговые символы с помощью цифро-аналогового преобразователя . Обычно сигнал затем преобразуется с повышением частоты до частот полосы пропускания путем смешивания его с ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle b}$ ${\ displaystyle b}$ ${\ displaystyle b}$ ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle x}$ несущий сигнал. Это необходимый шаг для сложных символов. После этого сигнал готов к передаче по каналу .

В приемнике операции, выполняемые передатчиком, меняются местами для восстановления оценки информационных битов. Преобразователь с понижением частоты микширует сигнал обратно до основной полосы частот. Затем аналого-цифровой преобразователь производит выборку аналогового сигнала, делая его цифровым. На данный момент восстанавливается. Сигнал - это то, что было бы получено, если бы он был передан через цифровой эквивалент основной полосы частот канала плюс шум . Затем сигнал выравнивается . Эквалайзер пытается распутать ISI в принятом сигнале, чтобы восстановить переданные символы. Затем он выводит биты ${\ Displaystyle {\ шляпа {а}}}$ ${\ displaystyle y}$ ${\ displaystyle y}$ ${\ displaystyle x}$ ${\ displaystyle {\ hat {c}}}$ 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 от . ${\ displaystyle {\ hat {c}}}$ ${\ Displaystyle {\ шляпа {а}}}$ ${\ displaystyle {\ hat {b}}}$

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.

Обзор турбо-эквалайзера [ править ]

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

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 также обнаруживает новую информацию о закодированных битах . Следовательно, декодер может выводить внешнюю информацию о вероятности того, что был передан некоторый поток битов кода. Внешняя информация - это новая информация, не полученная в результате ввода информации в блок. Эта внешняя информация затем преобразуется обратно в информацию о переданных символах для использования в эквалайзере. Эти внешние вероятности символа подаются в эквалайзер как априорные вероятности символа. Эквалайзер использует это ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle b}$ ${\ displaystyle {\ tilde {b}}}$ ${\ displaystyle x}$ ${\ displaystyle {\ tilde {x}}}$ априорная информация, а также входной сигнал для оценки внешней вероятностной информации о переданных символах. Априорная информация подается на эквалайзер инициализируется в 0, что означает , что первоначальная оценка сделана турбо эквалайзера идентична оценкой , сделанной с помощью стандартного приемника. Затем информация преобразуется обратно в информацию для использования декодером. Турбоэквалайзер повторяет этот итерационный процесс до тех пор, пока не будет достигнут критерий остановки. ${\ displaystyle y}$ ${\ Displaystyle {\ шляпа {а}}}$ ${\ displaystyle {\ hat {x}}}$ ${\ displaystyle b}$

Турбо-эквализация в практических системах [ править ]

В практических реализациях турбо-эквализации необходимо учитывать дополнительную проблему. Информация о состоянии канала (CSI) , с которой работает эквалайзер, поступает из некоторого метода 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 наличия неопределенности CSI в конструкцию турбоэквалайзера приводит к более надежному подходу со значительным увеличением производительности в практических сценариях. ^[8]^[9]

Ссылки [ править ]

^ Koetter, R .; Певица, AC; Тухлер, М. (2004). «Турбо-эквализация». Журнал обработки сигналов IEEE . 21 (1): 67–80. Bibcode : 2004ISPM ... 21 ... 67K . DOI : 10.1109 / MSP.2004.1267050 .
^ 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. DOI : 10,1109 / ICC.1993.397441 . ISBN 0-7803-0950-2.
^ Дуйяр, Кэтрин; Жезекель, Мишель; Берру, Клод (1995). «Итеративная коррекция межсимвольных помех: турбо-эквализация» (PDF) . Европейские транзакции в области телекоммуникаций . 6 (5): 507. DOI : 10.1002 / ett.4460060506 .
^ 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 .
^ Tüchler, M .; Koetter, R. и Singer, AC (2002). «Турбо-уравнение: принципы и новые результаты». Транзакции IEEE по коммуникациям . 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619 . DOI : 10.1109 / tcomm.2002.1006557 .
^ Нефедов, Н .; Pukkila, M .; Visoz, R .; Бертет, АО (2003). «Итеративное обнаружение данных и оценка канала для усовершенствованных систем TDMA». Транзакции IEEE по коммуникациям . 51 (2): 141. DOI : 10,1109 / TCOMM.2003.809218 .
^ Парк, SY; Канг, CG (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. DOI : 10,1109 / TVT.2004.832383 .
^ Нисар, Мухаммад Датский; Утчик, Вольфганг (2011). «Минимаксное устойчивое выравнивание каналов с априорной информацией». Транзакции IEEE по обработке сигналов . 59 (4): 1734. Bibcode : 2011ITSP ... 59.1734N . DOI : 10.1109 / TSP.2010.2101068 .
^ Калантарова, Наргиз; Козат, Сулейман С .; Эрдоган, Альпер Т. (2011). «Надежная турбоквалификация в условиях неопределенности канала». 2011 IEEE Radio and Wireless Symposium . п. 359. DOI : 10,1109 / RWS.2011.5725469 . ISBN 978-1-4244-7687-9.

Внешние ссылки [ править ]

Turbo Equalization - учебник журнала Signal Processing Magazine о турбо-эквализации. Поскольку он был написан для сообщества обработки сигналов в целом, он относительно доступен.
Turbo Equalization: Principles and New Results Статья в журнале IEEE Transactions on Communications, в которой предлагается подробное и ясное объяснение турбоквалификации.

См. Также [ править ]

Эквалайзер (связь)

[1] Koetter, R .; Певица, AC; Тухлер, М. (2004). «Турбо-эквализация». Журнал обработки сигналов IEEE . 21 (1): 67–80. Bibcode : 2004ISPM ... 21 ... 67K . DOI : 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. DOI : 10,1109 / ICC.1993.397441 . ISBN 0-7803-0950-2.

[3] Дуйяр, Кэтрин; Жезекель, Мишель; Берру, Клод (1995). «Итеративная коррекция межсимвольных помех: турбо-эквализация» (PDF) . Европейские транзакции в области телекоммуникаций . 6 (5): 507. DOI : 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. и Singer, AC (2002). «Турбо-уравнение: принципы и новые результаты». Транзакции IEEE по коммуникациям . 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619 . DOI : 10.1109 / tcomm.2002.1006557 .

[6] Нефедов, Н .; Pukkila, M .; Visoz, R .; Бертет, АО (2003). «Итеративное обнаружение данных и оценка канала для усовершенствованных систем TDMA». Транзакции IEEE по коммуникациям . 51 (2): 141. DOI : 10,1109 / TCOMM.2003.809218 .

[7] Парк, SY; Канг, CG (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. DOI : 10,1109 / TVT.2004.832383 .

[8] Нисар, Мухаммад Датский; Утчик, Вольфганг (2011). «Минимаксное устойчивое выравнивание каналов с априорной информацией». Транзакции IEEE по обработке сигналов . 59 (4): 1734. Bibcode : 2011ITSP ... 59.1734N . DOI : 10.1109 / TSP.2010.2101068 .

[9] Калантарова, Наргиз; Козат, Сулейман С .; Эрдоган, Альпер Т. (2011). «Надежная турбоквалификация в условиях неопределенности канала». 2011 IEEE Radio and Wireless Symposium . п. 359. DOI : 10,1109 / RWS.2011.5725469 . ISBN 978-1-4244-7687-9.

[1]