터보 이퀄라이저

디지털 통신에서 터보 이퀄라이저는 ISI(Intersymbol Interference)를 사용하는 통신 채널에 의해 손상된 메시지를 수신하기 위해 사용되는 수신기의 일종입니다.Soft-In Soft-out(SISO; 소프트인 소프트아웃) 이퀄라이저와 SISO ^[1]디코더 사이를 통과하는 반복 메시지를 통해 최대 사후(MAP) 수신기의 성능에 접근합니다.채널이 비장 컨볼루션코드로 간주될 경우 터보 이퀄라이저가 반복 디코더의 한 종류로 간주될 수 있다는 점에서 터보 코드와 관련이 있습니다.터보 이퀄라이저는 기존의 터보 코드와는 다르지만, '채널 코드'는 용장성을 추가하지 않으므로 비가우스 노이즈를 제거하는 데만 사용할 수 있습니다.

역사

터보 코드는 클로드 베루에 의해 1990-1991년에 발명되었다.1993년, 터보 코드는 저자인 Berrou, Glavieux,^[2] Titimajshima를 나열한 논문을 통해 공개되었다.1995년에 Douillard, Jézéquel 및 Berrou에 ^[3]의해 터보 원리의 새로운 확장이 이퀄라이저에 적용되었습니다.특히 ISI 수신기 문제를 터보 코드 복호화 문제로 공식화했는데, 여기서 채널은 레이트 1의 컨볼루션 코드, 오류 정정 부호화는 제2의 코드이다.1997년 Glavieux, Laot 및 Labat는 터보 이퀄라이저 ^[4]프레임워크에서 선형 이퀄라이저를 사용할 수 있음을 증명했습니다.이 발견을 통해 터보 이퀄라이제이션은 다양한 애플리케이션에 ^[5]적용할 수 있을 정도로 계산적으로 효율화되었습니다.

개요

표준 통신 시스템 개요

터보 이퀄라이저에 대해 설명하기 전에 통신 시스템의 맥락에서 기본 수신기를 이해할 필요가 있습니다.이것이 이 섹션의 주제입니다.

송신기에서는, 정보 비트가 부호화된다.부호화는 정보 $비트$ a ${displaystyle$ a $}$ 를 $a$ 더 긴 비트 벡터(코드 비트 $벡터$ b ${displaystyle$ b $b$ 에 매핑함으로써 용장성을 추가합니다.다음으로 $b$ 된 비트b(\ $displaystyle$ b)가 $b$ 인터리브됩니다.인터리빙을 사용하면 $코드$ 비트b(\ $displaystyle$ b $)$ 의 $b$ 순서가 변경되어 $비트$ c(\ $displaystyle$ c $c$ 가 됩니다.이렇게 하는 주된 이유는 정보 비트를 버스트 노이즈로부터 보호하기 위해서입니다.그런 다음 기호 매퍼는 $비트$ c ${displaystyle$ c $}$ 를 $c$ 복잡한 $기호$ x ${displaystyle$ x $x$ 에 매핑합니다.그런 다음 D/A 변환기를 사용하여 이러한 디지털 기호를 아날로그 기호로 변환합니다.일반적으로 신호는 반송파 신호와 혼합하여 대역 주파수를 통과하도록 업 변환됩니다.이것은 복잡한 심볼에 필요한 단계입니다.그러면 신호가 채널을 통해 전송될 준비가 됩니다.

수신기에서 송신기에 의해 수행된 조작은 정보 비트의 추정치인 $^$ ${\displaystyle$ {a ${\hat {a}}$ 을(를 ${\hat {a}}$ ${\hat {a}}$ 하기 위해 반전됩니다.다운 컨버터는 신호를 베이스밴드로 되돌립니다.그런 다음 A/D 변환기가 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털로 만듭니다. $이$ 시점에서 $y$ 는 $y$ 회복됩니다 $.$ 신호 $y$ 는 x ${displaystyle$ x $}$ 가 $y$ $x$ 채널 플러스 노이즈와 동등한 디지털 베이스밴드를 통해 $x$ 될 때 수신되는 $y$ 입니다.그러면 신호가 균등해집니다.이퀄라이저는, 수신한 신호내의 ISI 를 해제해, 송신된 기호를 회복하려고 합니다.그런 다음 이러한 기호와 관련된 ${\hat {c}}$ ${\hat {c}}$ c $^(\$ 를 출력합니다. ${\hat {c}}$ c $^(\$ {c $})$ 는 $\hat{c}$ 비트 또는 소프트 결정을 나타내는 경우가 있습니다.이퀄라이저는 소프트판정을 하면 비트가 0 또는 1일 확률에 관한 정보를 출력한다.이퀄라이저가 비트에 대해 어려운 결정을 내리면 소프트 비트 결정을 양자화하여 0 또는 1 중 하나를 출력합니다.다음으로 신호는 인터리버가 실행한 변환을 취소하는 단순한 순열 변환입니다.마지막으로 비트를 디코더로 복호화한다.디코더는 $b$ 에서 ${\hat {a}}$ $displaystyle을 추정$ 합니다 ${\hat {a}}$ ${\hat {b}}$

통신 시스템의 그림은 다음과 같습니다.이 그림에서 채널은 동등한 베이스밴드채널로 D/A, 업컨버터, 채널, 다운컨버터 및 A/D를 포함합니다.

터보 이퀄라이저 개요

터보 이퀄라이저를 사용하는 통신 시스템의 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.터보 이퀄라이저에는 이퀄라이저, 디코더 및 그 사이의 블록이 포함됩니다.

터보 이퀄라이저와 표준 이퀄라이저의 차이는 디코더에서 이퀄라이저로의 피드백 루프입니다.코드의 구조에 따라 디코더는 $정보$ 비트 $a$ 를 추정할 뿐만 아니라 코드화된 $비트$ b에 대한 새로운 정보도 $검출$ 합니다 $b$ 따라서 디코더는 특정 코드 비트스트림이 전송되었을 가능성에 대한 외부 ${\tilde {b}}$ b $~\$ 를 ${\tilde {b}}$ 출력할 수 있습니다.외부 정보는 블록에 입력된 정보에서 파생되지 않은 새로운 정보입니다.이 외부 정보는 전송된 $기호$ x $(\displaystyle$ x $)$ 에 $x$ 대한 정보로 다시 매핑되어 이퀄라이저에 사용됩니다.이러한 외부 기호 ${\tilde {x}}$ x ~ ${\$ 는 선험 기호 확률로 등화기에 입력됩니다.이퀄라이저는 이 $선행$ 정보와 입력 $신호$ y\ $displaystyle$ y를 $y$ 사용하여 전송된 기호에 대한 외부 확률 정보를 추정합니다.이퀄라이저에 공급되는 priori 정보는 0으로 초기화됩니다.즉, 터보 이퀄라이저에 의해 작성된 $^(\displaystyle\hat{$ a})의 ${\hat {a}}$ 초기 ${\hat {a}}$ 는 표준 수신기에 의해 작성된 추정치와 동일합니다.그런 다음 x $(\$ ${\hat {x}}$ 가 ${\hat {x}}$ 디코더에서 사용할 b $(\displaystyle$ b $)$ 에 $b$ 대한 정보에 다시 매핑됩니다.터보 이퀄라이저는 정지 기준에 도달할 때까지 이 프로세스를 반복합니다.

실제 시스템에서의 터보 등화

실제 터보 이퀄라이제이션 구현에서는 추가적인 문제를 고려해야 합니다.이퀄라이저가 동작하는 Channel State Information(CSI; 채널스테이트 정보)은 일부 채널 추정 기술에 근거하고 있기 때문에 신뢰할 수 없습니다.우선 CSI의 신뢰성을 향상시키기 위해 채널 추정 블록을 터보 등화 루프에도 포함하여 각 터보 등화 ^[6]^[7]반복 내에서 소프트 또는 하드 결정 지시 채널 추정을 해석하는 것이 바람직하다.둘째, CSI 불확실성의 존재를 터보 이퀄라이저 설계에 통합하면 실제 ^[8]^[9]시나리오에서 상당한 성능 향상을 수반하는 보다 견고한 접근법이 도출된다.

레퍼런스

^ Koetter, R.; Singer, A.C.; Tuchler, M. (2004). "Turbo equalization". IEEE Signal Processing Magazine. 21 (1): 67–80. Bibcode:2004ISPM...21...67K. doi:10.1109/MSP.2004.1267050.
^ Berrou, Claude; Glavieux, Alain; Thitimajshima, Punya (1993). "Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo-codes. 1". Near Shannon Limit Error – Correcting. Vol. 2. p. 1064. doi:10.1109/ICC.1993.397441. ISBN 0-7803-0950-2.
^ Douillard, Catherine; Jézéquel, Michel; Berrou, Claude (1995). "Iterative Correction of Intersymbol-Interference: Turbo-Equalization" (PDF). European Transactions on Telecommunications. 6 (5): 507. doi:10.1002/ett.4460060506.
^ Glavieux, A.; Laot, C. & Labat, J. (1997). "Turbo equalization over a frequency selective channel". Proc. Int. Symp. Turbo Codes, Brest, France. pp. 96–102. CiteSeerX 10.1.1.143.6389.
^ Tüchler, M.; Koetter, R. & Singer, A.C. (2002). "Turbo Equalization: Principles and New Results". IEEE Transactions on Communications. 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619. doi:10.1109/tcomm.2002.1006557.
^ Nefedov, N.; Pukkila, M.; Visoz, R.; Berthet, A.O. (2003). "Iterative data detection and channel estimation for advanced TDMA systems". IEEE Transactions on Communications. 51 (2): 141. doi:10.1109/TCOMM.2003.809218.
^ Park, S.Y.; Kang, C.G. (2004). "Complexity-Reduced Iterative MAP Receiver for Interference Suppression in OFDM-Based Spatial Multiplexing Systems". IEEE Transactions on Vehicular Technology. 53 (5): 1316. doi:10.1109/TVT.2004.832383.
^ Nisar, Muhammad Danish; Utschick, Wolfgang (2011). "Minimax Robust a Priori Information Aware Channel Equalization". IEEE Transactions on Signal Processing. 59 (4): 1734. Bibcode:2011ITSP...59.1734N. doi:10.1109/TSP.2010.2101068.
^ Kalantarova, Nargiz; Kozat, Suleyman S.; Erdogan, Alper T. (2011). "Robust turbo equalization under channel uncertainties". 2011 IEEE Radio and Wireless Symposium. p. 359. doi:10.1109/RWS.2011.5725469. ISBN 978-1-4244-7687-9.

외부 링크

터보 이퀄라이제이션 - 터보 이퀄라이제이션에 관한 신호 처리 매거진 입문서.일반적으로 신호 처리 커뮤니티용으로 작성되었기 때문에 비교적 접근이 용이합니다.
Turbo Equalization: 원칙과 새로운 결과 - IEEE Transactions on Communications 저널 기사에서는 Turbo Equalization에 대한 상세하고 명확한 설명을 제공합니다.

「」를 참조해 주세요.

이퀄라이저(통신)

[1] Koetter, R.; Singer, A.C.; Tuchler, M. (2004). "Turbo equalization". IEEE Signal Processing Magazine. 21 (1): 67–80. Bibcode:2004ISPM...21...67K. doi:10.1109/MSP.2004.1267050.

[2] Berrou, Claude; Glavieux, Alain; Thitimajshima, Punya (1993). "Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo-codes. 1". Near Shannon Limit Error – Correcting. Vol. 2. p. 1064. doi:10.1109/ICC.1993.397441. ISBN 0-7803-0950-2.

[3] Douillard, Catherine; Jézéquel, Michel; Berrou, Claude (1995). "Iterative Correction of Intersymbol-Interference: Turbo-Equalization" (PDF). European Transactions on Telecommunications. 6 (5): 507. doi:10.1002/ett.4460060506.

[4] Glavieux, A.; Laot, C. & Labat, J. (1997). "Turbo equalization over a frequency selective channel". Proc. Int. Symp. Turbo Codes, Brest, France. pp. 96–102. CiteSeerX 10.1.1.143.6389.

[5] Tüchler, M.; Koetter, R. & Singer, A.C. (2002). "Turbo Equalization: Principles and New Results". IEEE Transactions on Communications. 50 (5): 754–767. CiteSeerX 10.1.1.16.8619. doi:10.1109/tcomm.2002.1006557.

[6] Nefedov, N.; Pukkila, M.; Visoz, R.; Berthet, A.O. (2003). "Iterative data detection and channel estimation for advanced TDMA systems". IEEE Transactions on Communications. 51 (2): 141. doi:10.1109/TCOMM.2003.809218.

[7] Park, S.Y.; Kang, C.G. (2004). "Complexity-Reduced Iterative MAP Receiver for Interference Suppression in OFDM-Based Spatial Multiplexing Systems". IEEE Transactions on Vehicular Technology. 53 (5): 1316. doi:10.1109/TVT.2004.832383.

[8] Nisar, Muhammad Danish; Utschick, Wolfgang (2011). "Minimax Robust a Priori Information Aware Channel Equalization". IEEE Transactions on Signal Processing. 59 (4): 1734. Bibcode:2011ITSP...59.1734N. doi:10.1109/TSP.2010.2101068.

[9] Kalantarova, Nargiz; Kozat, Suleyman S.; Erdogan, Alper T. (2011). "Robust turbo equalization under channel uncertainties". 2011 IEEE Radio and Wireless Symposium. p. 359. doi:10.1109/RWS.2011.5725469. ISBN 978-1-4244-7687-9.

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