Турбо-эквалайзер

В цифровой связи турбоэквалайзер каналом — это тип приемника, используемый для приема сообщения, искаженного связи с межсимвольной интерференцией (ISI). Он приближается к характеристикам максимального апостериорного приемника (MAP) за счет итеративной передачи сообщений между с мягким входом и выходом (SISO) эквалайзером и SISO-декодером. ^{[ 1 ]} Это связано с турбокодами в том смысле, что турбоэквалайзер можно рассматривать как тип итеративного декодера, если канал рассматривается как неизбыточный сверточный код . Однако турбо-эквалайзер отличается от классического турбо-подобного кода тем, что «канальный код» не добавляет избыточности и, следовательно, может использоваться только для удаления негауссова шума.

История

Турбокоды были изобретены Клодом Берру в 1990–1991 годах. В 1993 году турбокоды были публично представлены через статью, в которой были перечислены авторы Берру , Главье и Титимайшима . ^{[ 2 ]} применили к эквалайзеру новое расширение принципа турбо В 1995 году Дуйяр , Жезекель и Берру . ^{[ 3 ]} В частности, они сформулировали проблему приемника ISI как задачу декодирования турбокода, где канал рассматривается как сверточный код со скоростью 1, а кодирование с коррекцией ошибок является вторым кодом. В 1997 году Главье , Лаот и Лабат продемонстрировали, что линейный эквалайзер можно использовать в системе турбоэквалайзера. ^{[ 4 ]} Это открытие сделало турбо-уравнивание достаточно эффективным в вычислительном отношении, чтобы его можно было применять в широком спектре приложений. ^{[ 5 ]}

Обзор

Обзор стандартной системы связи

Прежде чем обсуждать турбоэквалайзеры, необходимо понять базовый приемник в контексте системы связи. Это тема данного раздела.

В передатчике информации биты кодируются . Кодирование добавляет избыточность путем сопоставления информационных битов. $a$ к более длинному битовому вектору – вектору кодового бита $b$ . Закодированные биты $b$ затем чередуются . Чередование меняет порядок битов кода. $b$ в результате получаются биты $c$ . Основная причина этого — изолировать биты информации от импульсного шума. Затем преобразователь символов отображает биты $c$ в сложные символы $x$ . Эти цифровые символы затем преобразуются в аналоговые с помощью цифро-аналогового преобразователя . Обычно сигнал затем преобразуется с повышением частоты в полосу пропускания путем смешивания его с сигналом несущей . Это необходимый шаг для сложных символов. После этого сигнал готов к передаче по каналу .

В приемнике операции, выполняемые передатчиком, меняются местами для восстановления. ${\hat {a}}$ , оценка информационных битов. Понижающий преобразователь преобразует сигнал обратно в базовую полосу. Затем аналого -цифровой преобразователь дискретизирует аналоговый сигнал, превращая его в цифровой. В этот момент, $y$ восстанавливается. Сигнал $y$ это то, что было бы получено, если бы $x$ передавались через цифровой аналоговый эквивалент канала плюс шум . Затем сигнал выравнивается . Эквалайзер пытается расшифровать ISI в принятом сигнале, чтобы восстановить переданные символы. Затем он выводит биты ${\hat {c}}$ связанные с этими символами. Вектор ${\hat {c}}$ может представлять собой жесткие решения по битам или мягкие решения. Если эквалайзер принимает мягкие решения, он выводит информацию, касающуюся вероятности того, что бит будет равен 0 или 1. Если эквалайзер принимает жесткие решения по битам, он квантует мягкие решения по битам и выводит либо 0, либо 1. Далее , сигнал подвергается обратному чередованию, что представляет собой простое преобразование перестановки, которое отменяет преобразование, выполненное перемежителем. Наконец, биты декодируются декодером. Оценки декодера ${\hat {a}}$ от ${\hat {b}}$ .

Схема системы связи показана ниже. На этой диаграмме канал представляет собой эквивалентный канал основной полосы частот, что означает, что он включает в себя цифро-аналоговый преобразователь, повышающий преобразователь, канал, понижающий преобразователь и аналого-цифровой преобразователь.

Обзор турбо-эквалайзера

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

Разница между турбо-эквалайзером и стандартным эквалайзером заключается в контуре обратной связи от декодера к эквалайзеру. Благодаря структуре кода декодер не только оценивает биты информации $a$ , но он также обнаруживает новую информацию о закодированных битах $b$ . Таким образом, декодер может выводить внешнюю информацию, ${\tilde {b}}$ о вероятности того, что был передан определенный поток кодовых битов. Внешняя информация — это новая информация, которая не получена из информации, введенной в блок. Эта внешняя информация затем преобразуется обратно в информацию о переданных символах. $x$ для использования в эквалайзере. Эти внешние вероятности символов, ${\tilde {x}}$ , подаются в эквалайзер как априорные вероятности символов. Эквалайзер использует эту априорную информацию, а также входной сигнал. $y$ для оценки внешней вероятностной информации о переданных символах. Априорная информация , подаваемая в эквалайзер, инициализируется значением 0, что означает, что первоначальная оценка ${\hat {a}}$ сделанная турбоэквалайзером идентична оценке, сделанной штатным ресивером. Информация ${\hat {x}}$ затем отображается обратно в информацию о $b$ для использования декодером. Турбоэквалайзер повторяет этот итерационный процесс до тех пор, пока не будет достигнут критерий остановки.

Турбоуравнивание в практических системах

В практических реализациях турбовыравнивания необходимо учитывать дополнительную проблему. Информация о состоянии канала (CSI) , с которой работает эквалайзер, исходит из некоторой методики оценки канала и, следовательно, ненадежна. Во-первых, чтобы повысить надежность CSI, желательно включить блок оценки канала также в цикл турбокомпенсации и анализировать оценку канала, направленную на мягкое или жесткое решение, в пределах каждой итерации турбокомпенсации. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Во-вторых, включение неопределенности CSI в конструкцию турбоэквалайзера приводит к более надежному подходу со значительным увеличением производительности в практических сценариях. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Ссылки

^ Коттер, Р.; Певица, AC; Тухлер, М. (2004). «Турбо-выравнивание». Журнал обработки сигналов IEEE . 21 (1): 67–80. Бибкод : 2004ISPM...21...67K . дои : 10.1109/MSP.2004.1267050 . S2CID 14036611 .
^ Берру, Клод; Главье, Ален; Титимаджшима, Пунья (1993). «Ближайший к Шеннону предел кодирования и декодирования с исправлением ошибок: Турбо-коды. 1». Материалы ICC '93 - Международной конференции IEEE по коммуникациям . Том. 2. С. 1064–1070. дои : 10.1109/ICC.1993.397441 . ISBN 0-7803-0950-2 . S2CID 17770377 .
^ Дуйяр, Кэтрин; Жезекель, Мишель; Берру, Клод (1995). «Итеративная коррекция межсимвольных помех: турбовыравнивание» (PDF) . Европейские сделки по телекоммуникациям . 6 (5): 507. doi : 10.1002/ett.4460060506 .
^ Главье, А.; Лаот К. и Лабат Дж. (1997). «Турбо-выравнивание по частотно-избирательному каналу». Учеб. Межд. Симп. Турбо Коды, Брест, Франция . стр. 96–102. CiteSeerX 10.1.1.143.6389 .
^ Тюхлер, М.; Кеттер, Р. и Сингер, AC (2002). «Турбоуравнивание: принципы и новые результаты». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619 . дои : 10.1109/tcomm.2002.1006557 .
^ Нефедов Н.; Пуккила, М.; Висоз, Р.; Берте, АО (2003). «Итеративное обнаружение данных и оценка канала для современных систем TDMA». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 51 (2): 141. doi : 10.1109/TCOMM.2003.809218 .
^ Парк, Ю.Ю.; Канг, CG (2004). «Итеративный MAP-приемник пониженной сложности для подавления помех в системах пространственного мультиплексирования на основе OFDM». Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 53 (5): 1316. doi : 10.1109/TVT.2004.832383 . S2CID 32816930 .
^ Нисар, Мухаммад Датский; Утчик, Вольфганг (2011). «Минимаксное надежное априорное информационное выравнивание каналов». Транзакции IEEE по обработке сигналов . 59 (4): 1734. Бибкод : 2011ITSP...59.1734N . дои : 10.1109/TSP.2010.2101068 . S2CID 15803557 .
^ Калантарова, Наргиз; Козат Сулейман С.; Эрдоган, Альпер Т. (2011). «Надежное турбовыравнивание в условиях неопределенности канала». Симпозиум IEEE по радио и беспроводной связи 2011 г. п. 359. дои : 10.1109/RWS.2011.5725469 . ISBN 978-1-4244-7687-9 .

Дальнейшее чтение

Коттер, Р.; Певица, AC; Тухлер, М. (2004). «Турбоуравнивание» (PDF) . Журнал обработки сигналов IEEE . 21 (1): 67–80. Бибкод : 2004ISPM...21...67K . дои : 10.1109/MSP.2004.1267050 . S2CID 14036611 . — грунтовка по турбовыравниванию. Поскольку он был написан для сообщества специалистов по обработке сигналов в целом, он относительно доступен.
Тухлер, М.; Коттер, Р.; Певица, AC (2002). «Турбоуравнивание: принципы и новые результаты» (PDF) . Транзакции IEEE в области коммуникаций . 50 (5): 754–767. дои : 10.1109/TCOMM.2002.1006557 . — предлагает подробное и понятное объяснение турбо-уравнивания.

См. также

Эквалайзер (связь)

[1] Коттер, Р.; Певица, AC; Тухлер, М. (2004). «Турбо-выравнивание». Журнал обработки сигналов IEEE . 21 (1): 67–80. Бибкод : 2004ISPM...21...67K . дои : 10.1109/MSP.2004.1267050 . S2CID 14036611 .

[2] Берру, Клод; Главье, Ален; Титимаджшима, Пунья (1993). «Ближайший к Шеннону предел кодирования и декодирования с исправлением ошибок: Турбо-коды. 1». Материалы ICC '93 - Международной конференции IEEE по коммуникациям . Том. 2. С. 1064–1070. дои : 10.1109/ICC.1993.397441 . ISBN 0-7803-0950-2 . S2CID 17770377 .

[3] Дуйяр, Кэтрин; Жезекель, Мишель; Берру, Клод (1995). «Итеративная коррекция межсимвольных помех: турбовыравнивание» (PDF) . Европейские сделки по телекоммуникациям . 6 (5): 507. doi : 10.1002/ett.4460060506 .

[4] Главье, А.; Лаот К. и Лабат Дж. (1997). «Турбо-выравнивание по частотно-избирательному каналу». Учеб. Межд. Симп. Турбо Коды, Брест, Франция . стр. 96–102. CiteSeerX 10.1.1.143.6389 .

[5] Тюхлер, М.; Кеттер, Р. и Сингер, AC (2002). «Турбоуравнивание: принципы и новые результаты». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619 . дои : 10.1109/tcomm.2002.1006557 .

[6] Нефедов Н.; Пуккила, М.; Висоз, Р.; Берте, АО (2003). «Итеративное обнаружение данных и оценка канала для современных систем TDMA». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 51 (2): 141. doi : 10.1109/TCOMM.2003.809218 .

[7] Парк, Ю.Ю.; Канг, CG (2004). «Итеративный MAP-приемник пониженной сложности для подавления помех в системах пространственного мультиплексирования на основе OFDM». Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 53 (5): 1316. doi : 10.1109/TVT.2004.832383 . S2CID 32816930 .

[8] Нисар, Мухаммад Датский; Утчик, Вольфганг (2011). «Минимаксное надежное априорное информационное выравнивание каналов». Транзакции IEEE по обработке сигналов . 59 (4): 1734. Бибкод : 2011ITSP...59.1734N . дои : 10.1109/TSP.2010.2101068 . S2CID 15803557 .

[9] Калантарова, Наргиз; Козат Сулейман С.; Эрдоган, Альпер Т. (2011). «Надежное турбовыравнивание в условиях неопределенности канала». Симпозиум IEEE по радио и беспроводной связи 2011 г. п. 359. дои : 10.1109/RWS.2011.5725469 . ISBN 978-1-4244-7687-9 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]