En las comunicaciones digitales , un turbo ecualizador es un tipo de receptor que se utiliza para recibir un mensaje corrompido por un canal de comunicación con interferencia entre símbolos (ISI). Se aproxima al rendimiento de un receptor máximo a posteriori (MAP) a través de un mensaje iterativo que pasa entre un ecualizador de entrada suave y salida suave (SISO) y un decodificador SISO. [1] Está relacionado con los códigos turbo en el sentido de que un turbo ecualizador puede considerarse un tipo de decodificador iterativo si el canal se ve como un código convolucional no redundante.. Sin embargo, el turbo ecualizador es diferente de un código tipo turbo clásico en que el 'código de canal' no agrega redundancia y, por lo tanto, solo se puede usar para eliminar el ruido no gaussiano.
Historia
Los códigos turbo fueron inventados por Claude Berrou en 1990-1991. En 1993, los códigos turbo se introdujeron públicamente a través de un artículo que enumeraba a los autores Berrou , Glavieux y Thitimajshima . [2] En 1995 , Douillard , Jézéquel y Berrou aplicaron una nueva extensión del principio turbo a un ecualizador . [3] En particular, formularon el problema del receptor ISI como un problema de decodificación de código turbo, donde el canal se considera un código convolucional de tasa 1 y la codificación de corrección de errores es el segundo código. En 1997, Glavieux , Laot y Labat demostraron que se podía utilizar un ecualizador lineal en un marco de turbo ecualizador. [4] Este descubrimiento hizo que la ecualización turbo sea lo suficientemente eficiente desde el punto de vista computacional como para ser aplicada a una amplia gama de aplicaciones. [5]
Descripción general
Descripción general del sistema de comunicación estándar
Antes de hablar de los turbo ecualizadores, es necesario comprender el receptor básico en el contexto de un sistema de comunicación. Este es el tema de esta sección.
En el transmisor , los bits de información están codificados . La codificación agrega redundancia al mapear los bits de información a un vector de bits más largo: el vector de bits de código . Los bits codificadosluego se intercalan . El entrelazado permuta el orden de los bits de código resultando en bits . La razón principal para hacer esto es aislar los bits de información del ruido de ráfagas. A continuación, el mapeador de símbolos mapea los bitsen símbolos complejos . Estos símbolos digitales se convierten entonces en símbolos analógicos con un convertidor D / A . Por lo general, la señal se convierte luego para pasar frecuencias de banda mezclándola con una señal portadora . Este es un paso necesario para símbolos complejos. Entonces, la señal está lista para ser transmitida a través del canal .
En el receptor , las operaciones realizadas por el transmisor se invierten para recuperar, una estimación de los bits de información. El convertidor descendente vuelve a mezclar la señal a la banda base. El convertidor A / D luego muestrea la señal analógica, haciéndola digital. En este punto,se recupera. La señal es lo que se recibiría si se transmitieron a través del equivalente en banda base digital del canal más ruido . A continuación, se ecualiza la señal . El ecualizador intenta desentrañar el ISI en la señal recibida para recuperar los símbolos transmitidos. Luego emite los bitsasociado con esos símbolos. El vectorpuede representar decisiones difíciles en los bits o decisiones suaves. Si el ecualizador toma decisiones suaves, genera información relacionada con la probabilidad de que el bit sea un 0 o un 1. Si el ecualizador toma decisiones difíciles sobre los bits, cuantifica las decisiones de bits suaves y genera un 0 o un 1. Siguiente , la señal se desentrelaza, que es una transformación de permutación simple que deshace la transformación que ejecutó el entrelazador. Finalmente, los bits son decodificados por el decodificador. El decodificador estima de .
A continuación se muestra un diagrama del sistema de comunicación. En este diagrama, el canal es el canal de banda base equivalente, lo que significa que abarca el D / A, el convertidor ascendente, el canal, el convertidor descendente y el A / D.
Descripción general del ecualizador turbo
El diagrama de bloques de un sistema de comunicación que emplea un turbo ecualizador se muestra a continuación. El turbo ecualizador incluye el ecualizador, el decodificador y los bloques intermedios.
La diferencia entre un turbo ecualizador y un ecualizador estándar es el bucle de retroalimentación del decodificador al ecualizador. Debido a la estructura del código, el decodificador no solo estima los bits de información, pero también descubre nueva información sobre los bits codificados . Por lo tanto, el decodificador puede generar información extrínseca,sobre la probabilidad de que se transmita un determinado flujo de bits de código. La información extrínseca es información nueva que no se deriva de la entrada de información al bloque. Esta información extrínseca se vuelve a asignar a la información sobre los símbolos transmitidos.para usar en el ecualizador. Estas probabilidades de símbolos extrínsecos,, se introducen en el ecualizador como probabilidades de símbolo a priori . El ecualizador utiliza esta información a priori , así como la señal de entrada.para estimar información de probabilidad extrínseca sobre los símbolos transmitidos. La información a priori alimentada al ecualizador se inicializa a 0, lo que significa que la estimación inicialrealizado por el turbo ecualizador es idéntica a la estimación realizada por el receptor estándar. La información luego se asigna de nuevo a la información sobre para su uso por el decodificador. El turbo ecualizador repite este proceso iterativo hasta que se alcanza un criterio de parada.
Turbo ecualización en sistemas prácticos
En las implementaciones prácticas de ecualización de turbo, es necesario considerar un tema adicional. La información de estado del canal (CSI) con la que opera el ecualizador proviene de alguna técnica de estimación de canal y, por lo tanto, no es confiable. En primer lugar, con el fin de mejorar la fiabilidad del CSI, es deseable incluir el bloque de estimación de canal también en el bucle de turbo ecualización y analizar la estimación de canal dirigida por decisión suave o dura dentro de cada iteración de turbo ecualización. [6] [7] En segundo lugar, incorporar la presencia de incertidumbre CSI en el diseño del turbo ecualizador conduce a un enfoque más robusto con ganancias de rendimiento significativas en escenarios prácticos. [8] [9]
Referencias
- ^ Koetter, R .; Cantante, AC; Tuchler, M. (2004). "Turbo ecualización". Revista de procesamiento de señales IEEE . 21 (1): 67–80. Código Bibliográfico : 2004ISPM ... 21 ... 67K . doi : 10.1109 / MSP.2004.1267050 .
- ^ Berrou, Claude; Glavieux, Alain; Thitimajshima, Punya (1993). "Codificación y decodificación de corrección de errores del límite de Shannon: Turbo-códigos. 1". Error de límite cercano a Shannon: corrección . 2 . pag. 1064. doi : 10.1109 / ICC.1993.397441 . ISBN 0-7803-0950-2.
- ^ Douillard, Catherine; Jézéquel, Michel; Berrou, Claude (1995). "Corrección iterativa de interferencia entre símbolos: Turboecualización" (PDF) . Transacciones europeas de telecomunicaciones . 6 (5): 507. doi : 10.1002 / ett.4460060506 .
- ^ Glavieux, A .; Laot, C. y Labat, J. (1997). "Turbo ecualización sobre un canal selectivo de frecuencia". Proc. En t. Symp. Turbo Codes, Brest, Francia . págs. 96-102. CiteSeerX 10.1.1.143.6389 .
- ^ Tüchler, M .; Koetter, R. y Singer, AC (2002). "Turbo ecualización: principios y nuevos resultados". Transacciones IEEE sobre comunicaciones . 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619 . doi : 10.1109 / tcomm.2002.1006557 .
- ^ Nefedov, N .; Pukkila, M .; Visoz, R .; Berthet, AO (2003). "Detección de datos iterativos y estimación de canales para sistemas TDMA avanzados". Transacciones IEEE sobre comunicaciones . 51 (2): 141. doi : 10.1109 / TCOMM.2003.809218 .
- ^ Park, SY; Kang, CG (2004). "Receptor MAP iterativo de complejidad reducida para la supresión de interferencias en sistemas de multiplexación espacial basados en OFDM". Transacciones IEEE sobre tecnología vehicular . 53 (5): 1316. doi : 10.1109 / TVT.2004.832383 .
- ^ Nisar, Muhammad Danish; Utschick, Wolfgang (2011). "Minimax Robust a Priori Information Aware Channel Equalization". Transacciones IEEE sobre procesamiento de señales . 59 (4): 1734. Bibcode : 2011ITSP ... 59.1734N . doi : 10.1109 / TSP.2010.2101068 .
- ^ Kalantarova, Nargiz; Kozat, Suleyman S .; Erdogan, Alper T. (2011). "Robusta ecualización de turbo bajo incertidumbres de canal". Simposio inalámbrico y de radio IEEE 2011 . pag. 359. doi : 10.1109 / RWS.2011.5725469 . ISBN 978-1-4244-7687-9.
enlaces externos
- Turbo Equalization, un manual de la revista Signal Processing sobre turbo ecualización. Dado que fue escrito para la comunidad de procesamiento de señales en general, es relativamente accesible.
- Turbo Ecualización: Principios y nuevos resultados un artículo de la revista IEEE Transactions on Communications que ofrece una explicación clara y detallada de la turbo ecualización.
Ver también
- Ecualizador (comunicaciones)