Korektor turbo
W komunikacji cyfrowej korektor turbo jest rodzajem odbiornika używanego do odbierania wiadomości uszkodzonej przez kanał komunikacyjny z interferencją międzysymbolową (ISI). Zbliża się do wydajności maksimum a posteriori (MAP) poprzez iteracyjne przesyłanie wiadomości między korektorem soft-in soft-out (SISO) a dekoderem SISO. Jest to związane z kodami turbo w tym, że korektor turbo można uznać za rodzaj dekodera iteracyjnego, jeśli kanał jest postrzegany jako nienadmiarowy kod splotowy . Korektor turbo różni się jednak od klasycznego kodu podobnego do turbo tym, że „kod kanału” nie dodaje redundancji i dlatego może być używany tylko do usuwania szumu niegaussowskiego.
Historia
Kody Turbo zostały wynalezione przez Claude'a Berrou w latach 1990–1991. W 1993 r. kody turbo zostały wprowadzone publicznie za pośrednictwem artykułu wymieniającego autorów Berrou , Glavieux i Thitimajshima . W 1995 roku Douillard, Jézéquel i Berrou zastosowali nowatorskie rozszerzenie zasady turbo do korektora . W szczególności sformułowali problem odbiornika ISI jako problem dekodowania kodu turbo, w którym kanał jest uważany za kod splotowy o szybkości 1, a kodowanie z korekcją błędów jest drugim kodem. Glavieux w 1997 r , Laot i Labat wykazali, że korektor liniowy może być użyty w ramach turbo korektora. To odkrycie sprawiło, że wyrównywanie turbo stało się wystarczająco wydajne obliczeniowo, aby można je było zastosować w szerokim zakresie zastosowań.
Przegląd
Przegląd standardowego systemu komunikacji
Przed omówieniem turbo equalizerów konieczne jest zrozumienie podstawowego odbiornika w kontekście systemu komunikacyjnego. To jest temat tej sekcji.
W nadajniku kodowane są bity informacyjne . Kodowanie dodaje redundancji mapując bity informacji kodu . bity są następnie . Przeplatanie zmienia kolejność bitów kodu, daje w wyniku bity do . Głównym powodem takiego postępowania jest odizolowanie bitów informacji od szumu impulsowego. odwzorowuje bity na złożone symbole Te symbole cyfrowe są następnie konwertowane na symbole analogowe za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego . Zazwyczaj sygnał jest następnie przekształcany w górę, aby przejść przez częstotliwości pasma, mieszając go z sygnałem nośnym . Jest to niezbędny krok w przypadku złożonych symboli. Sygnał jest wtedy gotowy do przesłania przez kanał .
W odbiorniku operacje wykonywane przez nadajnik są odwracane w celu odzyskania . Konwerter w dół miksuje sygnał z powrotem do pasma podstawowego. Następnie przetwornik A/D próbkuje sygnał analogowy, czyniąc go cyfrowym. W tym momencie odzyskuje się Sygnał byłby taki, jaki zostałby odebrany, gdyby był transmitowany przez cyfrowy pasma podstawowego kanału plus szum . Sygnał jest następnie wyrównywany . Korektor próbuje rozwikłać ISI w odebranym sygnale, aby odzyskać transmitowane symbole. Następnie bity tymi symbolami. wektor może reprezentować trudne decyzje dotyczące bitów lub miękkie decyzje. Jeśli korektor podejmuje miękkie decyzje, wyprowadza informacje dotyczące prawdopodobieństwa, że bit będzie równy 0 lub 1. Jeśli korektor podejmuje trudne decyzje dotyczące bitów, kwantyzuje miękkie decyzje dotyczące bitów i wyprowadza 0 lub 1. Dalej , sygnał jest przeplatany odwrotnie, co jest prostą transformacją permutacyjną, która cofa transformację wykonaną przez element przeplatający. Na koniec bity są dekodowane przez dekoder. Dekoder szacuje z .
Schemat systemu komunikacji przedstawiono poniżej. Na tym diagramie kanał jest równoważnym kanałem pasma podstawowego, co oznacza, że obejmuje przetwornik cyfrowo-analogowy, przetwornik w górę, kanał, przetwornik w dół i przetwornik analogowo-cyfrowy.
Przegląd korektora turbo
Schemat blokowy systemu komunikacji wykorzystującego turbo korektor pokazano poniżej. Korektor turbo obejmuje korektor, dekoder i bloki pomiędzy nimi.
Różnica między korektorem turbo a korektorem standardowym polega na sprzężeniu zwrotnym z dekodera do korektora. Ze względu na strukturę kodu dekoder nie tylko szacuje bity informacyjne odkrywa nowe informacje o zakodowanych . Dekoder jest zatem w stanie wyprowadzać informacje zewnętrzne, o prawdopodobieństwie przesłania określonego strumienia bitów kodu. Informacje zewnętrzne to nowe informacje, które nie pochodzą z informacji wprowadzonych do bloku. następnie odwzorowywane z powrotem na informacje o przesyłanych symbolach wykorzystania w korektorze. Te zewnętrzne prawdopodobieństwa symboli podawane do korektora jako symboli a priori Korektor wykorzystuje te informacje a priori , jak również sygnał wejściowy oszacować zewnętrzne informacje o prawdopodobieństwie przesyłanych symboli. Informacje a priori podawane do korektora są inicjowane na 0, co oznacza, że wstępne oszacowanie przez standardowy odbiornik Informacje następnie odwzorowywane z powrotem na informacje o dekoder. Korektor turbo powtarza ten iteracyjny proces, aż do osiągnięcia kryterium zatrzymania.
Wyrównanie turbosprężarki w praktycznych układach
W praktycznych implementacjach wyrównywania turbo należy wziąć pod uwagę dodatkową kwestię. Informacje o stanie kanału CSI) ( na którym działa korektor, pochodzi z jakiejś techniki szacowania kanału, a zatem jest niewiarygodny. Po pierwsze, w celu poprawy niezawodności CSI, pożądane jest włączenie bloku estymacji kanału również do pętli wyrównywania turbo i analizowanie estymacji kanału ukierunkowanej na miękkie lub trudne decyzje w ramach każdej iteracji wyrównywania turbo. Po drugie, włączenie niepewności CSI do konstrukcji turbosprężarki prowadzi do bardziej niezawodnego podejścia ze znacznym wzrostem wydajności w praktycznych scenariuszach.
Linki zewnętrzne
- Turbo Equalization to elementarz magazynu Signal Processing Magazine dotyczący wyrównywania turbo. Ponieważ został napisany ogólnie dla społeczności zajmującej się przetwarzaniem sygnałów, jest stosunkowo przystępny.
- Turbo Equalization: Principles and New Results artykuł w czasopiśmie IEEE Transactions on Communications, który zawiera szczegółowe, jasne wyjaśnienie wyrównywania turbo.