ES2401505T3

ES2401505T3 - Proceso y disposición para turbo-ecualización con turbo-decodificación de señales

Info

Publication number: ES2401505T3
Application number: ES10182993T
Authority: ES
Inventors: André Fonseca Dos Santos
Original assignee: Vodafone Holding GmbH
Current assignee: Vodafone Holding GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2026-09-28

Abstract

Proceso para turbo ecualización con turbo decodificación de señales, en el cual se lleva a cabo una etapa de ecualización en cada iteración de turbo ecualizador y realizándose una etapadecodificador en cada iteración de turbo ecualizador, donde en cada iteración de turbo ecualizador sólo se lleva acabo una parte de la etapa de turbo decodificador, donde se completa una etapa de turbo decodificador, cuando han sido ejecutadas dos iteraciones de turboecualizador, donde para cada iteración de turbo ecualizador sólo se lleva a cabo una etapa de decodificador de componenteúnico, en particular una etapa de decodificador convolucional.

Description

Proceso y disposición para turbo-ecualización con turbo-decodificación de señales

[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para la turbo-ecualización con turbo decodificación de señales. Además, la presente invención se refiere a una disposición para turbo-ecualización con turbodecodificación de señales.

[0002] La utilización de un ecualizador que interactúa con un decodificador de canal ha sido frecuentemente aplicada a sistemas de comunicaciones que sufren de efectos de trayectorias múltiples y ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN).

[0003] Cuando un ecualizador itera de manera turbo (intercambio de información extrínseca) con el descodificador de canal, se denomina turbo-ecualización.

[0004] Cuando el ecualizador itera con un turbo decodificador, esto puede llamarse turbo ecualización con turbo decodificación combinadas.

[0005] El documento “Lee F.K.H et al, Parallel-Trellis Turbo Equalizers for Sparse Coded Transmission over Sparse Multipath Channels -ICC 2003, 2003 IEEE International conference on Communications, Anchorage 1115 mayo 2003, volumen 1 de 5 páginas, 2943-2947", describe un proceso para turbo-ecualización con turbo decodificación de señales, en donde se lleva a cabo una etapa, realizándose una etapa de decodificación en cada iteración de turbo ecualizador.

[0006] El programa convencional para un turbo ecualizador con turbo decodificación consiste en realizar una etapa de ecualización y varias iteraciones de turbo descodificación para cada iteración de turbo ecualizador. Un programa tal se describirá en detalle más adelante en relación a la figura 2. Resulta un inconveniente de la solución conocida que es muy compleja.

[0007] Por tanto un objeto de la presente invención es proporcionar un programa para turbo ecualización con turbo decodificación de complejidad reducida.

[0008] Este objeto se alcanza mediante el proceso con las características según la reivindicación independiente 1

[0009] Características y detalles adicionales de la presente invención son evidentes a partir de la descripción así como de los dibujos. Las características y detalles que son descritos en relación con el proceso de la presente invención también son aplicables a la disposición de la presente invención y al contrario.

[0010] La presente invención proporciona un programa para turbo ecualización con turbo decodificación de complejidad reducida.

[0011] De conformidad con un primer aspecto la invención se dirige a un proceso para turbo ecualización con turbo decodificación de señales como se indica en la reivindicación 1.

[0012] Un ecualizador turbo que es capaz de realizar una o más iteraciones de turbo ecualizador consta de una unidad de ecualizador y una unidad de decodificador que cooperan mutuamente. Un turbo decodificador está compuesto por dos decodificadores particularmente de convolución iterando mutuamente.

[0013] El anteriormente mencionado turbo ecualizador con turbo sistema de decodificación convencional que se representa en la figura 2, sería una iteración de ecualizador y una iteración de turbo decodificador (varias iteraciones entre dos unidades – decodificador de convolución), que se ejecutan para cada iteración de turbo ecualizador.

[0014] En contraposición, la presente invención se refiere a un proceso donde una iteración de ecualizador y una etapa de decodificador (convolucional) (solo una parte del turbo decodificador) se realizan para cada iteración de turbo ecualizador.

[0015] Se completa una etapa de turbo decodificador, cuando han sido ejecutadas dos iteraciones de turbo ecualizador.

[0016] De manera preferida, la información derivada a partir de la decodificación realizada en una iteración de turbo ecualizador está siendo utilizada para componer valores a-priori de turbo ecualizador (Ea) y como información a-priori de decodificador (i1, i2) utilizada en la iteración de turbo ecualizador subsiguiente.

[0017] De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, sólo una etapa decodificador de componente único, en particular una etapa de decodificador convolucional, de la etapa de decodificador turbo se lleva a cabo para cada iteración de ecualizador turbo.

[0018] Preferiblemente, los valores a-priori de turbo de ecualización (Ea) que han sido derivados a partir de una iteración de turbo ecualizador previa se utilizan junto con una señal (r) recibida de un canal de señalización para calcular información de turbo ecualizador extrínseca (Ee).

[0019] Durante una etapa de turbo decodificador se realizan dos etapas de decodificador, cada etapa de decodificador realiza sólo una parte de una etapa de turbo decodificador por cada iteración de turbo ecualización, de manera que la etapa primera y la segunda etapa de decodificador se llevan a cabo en diferentes iteraciones de turbo ecualizador, por lo que las dos etapas de decodificador están conectadas a través de las iteraciones de turbo ecualizador.

[0020] El principio de la presente invención es un programa nuevo y de baja complejidad para turbo ecualización con turbo decodificación convolucional. En cada iteración de turbo ecualizador, sólo se ejecuta un decodificador de componente único del turbo código. Los decodificadores de componentes están conectados preferentemente a través de las iteraciones de turbo ecualizador, ventajosamente de tal manera que cuando dos iteraciones de turbo ecualizador se ejecutan, se realiza una iteración de turbo decodificación completa. Por lo tanto, la principal diferencia de este sistema en comparación con la existente turbo ecualización con turbo decodificación que se describe en relación a la figura 2, es que el esfuerzo principal se usado en el algoritmo de ecualizador en cada iteración de turbo ecualizador. La ventaja de la presente invención se basa en la reducción de la complejidad, ya que no es necesario realizar varias iteraciones de turbo decodificación por cada iteración de turbo ecualizador.

[0021] De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona una disposición para turbo ecualización con turbo decodificación de señales, comprendiendo dicha disposición una unidad de ecualizador y comprendiendo además una unidad descodificadora única para realizar sólo una parte de una iteración de turbo decodificación por cada iteración de turbo ecualizador, estando dicha unidad de decodificador interpuesta entre la salida y una entrada de la unidad de ecualizador, estando interpuesta dicha unidad de decodificador interpuesta entre dos iteraciones de turbo ecualizador, donde una iteración de turbo ecualizador se incluye en la ejecución de una unidad de ecualizador y una unidad de decodificador.

[0022] De manera ventajosa el bucle entre la salida y una entrada de la unidad de ecualizador es una iteración de dicha unidad de ecualizador.

[0023] Preferiblemente, la disposición comprende, además, una segunda unidad de decodificador para realizar sólo una parte de una iteración de turbo decodificación, estando interpuesta dicha segunda unidad de decodificador entre la salida y una entrada de la unidad de ecualizador, por lo que las dos unidades de decodificador están conectadas a través de las iteraciones de la unidad de ecualizador.

[0024] Ventajosamente, de manera adicional la disposición comprende una segunda unidad de decodificador para realizar sólo una parte de una iteración de turbo decodificación, donde la primera unidad de decodificador y la segunda unidad de decodificador, se establecen en diferentes iteraciones de turbo ecualizador, con lo que las dos unidades del descodificador están conectados a través de las iteraciones de la unidad de ecualizador.

[0025] La ventaja de esta disposición es su baja complejidad. Las simulaciones muestran que el esquema propuesto puede alcanzar el mismo rendimiento asintótico que el convencional, como se representa en la figura 2. El punto de saturación (punto de saturación se define aquí como el número de iteraciones con alguna ganancia de tasa de error de bit (BER) está presente. En otras palabras: no es posible ningún ganancia de BER con más iteraciones que el punto de saturación) de la turbo ecualizador con turbo decodificación convencional es menor que en el esquema propuesto de acuerdo con la presente invención. Esto significa que el nuevo esquema precisa realizar más iteraciones de turbo ecualizador que el programa convencional. Este hecho debe ser tenido en cuenta en la complejidad de cálculo final después de realizar todas las iteraciones. El nuevo programa tiene una menor complejidad por iteración, sin embargo, realiza más iteraciones para alcanzar el mismo rendimiento. Se verá en las siguientes secciones que -especialmente cuando se utilizan algoritmos de ecualización de baja complejidad en el decodificador turbo – el programa propuesto es significativamente menos complejo.

[0026] A continuación se describirá la invención con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales

La figura 1 muestra un transmisor y un canal de trayectorias múltiples, aplicables tanto a soluciones conocidas en la técnica, como a las soluciones de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 ilustra la ecualización convencional con turbo decodificación convencional;

La figura 3 representa la ecualización con turbo decodificación de acuerdo con la presente invención;

La figura 4 muestra el rendimiento de la BER de las turbo ecualizaciones con turbo decodificación convencional y novedosa respectivamente; y

La figura 5 muestra una comparación de complejidad entre la nueva turbo ecualización con turbo decodificación y la convencional.

Introducción y descripción del estado de la técnica

[0027] Desde la invención del ecualizador turbo se ha dedicado un gran esfuerzo en diferentes algoritmos para Salida única Entrada única (SISO) y Múltiple Entrada Múltiple Salida (MIMO) de sistemas de antena. El estado de la técnica utiliza un ecualizador (SISO o MIMO) de Entrada tenue Salida tenue (SfISfO) con turbo decodificador (como en la figura 2). En el sistema convencional, es necesario realizar varias iteraciones de turbo decodificación turbo para cada iteración de turbo ecualizador, lo cual es ineficiente en términos de complejidad de cálculo.

[0028] La figura 1 muestra un sistema de transmisión SISO que se utiliza para ilustrar el turbo ecualizador con turbo decodificación convencional y el propuesto; la extensiones al caso MIMO son fácilmente dedicibles.

[0029] Los bits de información bk, k = {1, ... k, ... K} se codifica mediante un turbo PCC (código de convolución paralelo). La salida del primer componente codificador 1 del turbo código está compuesta por bits de sistema bk y los bits de paridad Xk1. La salida del segundo componente de codificador 2 del código turbo se compone por los bist de sistema bk y los bits de paridad Xk2. Las salida de ambos codificadores 1, 2 son multiplexadas (MUX), generándose los símbolos codificados Xn, n = {1, ..., n, ..., N}, donde N es el tamaño de longitud de la trama. Los símbolos codificados se intercalan y modulan mediante un modulador 3. Por ejemplo, se puede utilizar un modulador BPSK. Sin embargo, la solución de acuerdo con la presente invención se puede aplicar a cualquier tipo de modulación. Los bits codificados y modulados se transmiten a través de un canal de trayectoria múltiple

4.

Turbo ecualizador convencional

[0030] La figura 2 muestra el turbo ecualizador con turbo decodificación convencional como se ha mencionado en la parte de introducción de la descripción. Antes de describir el sistema con mayor detalle, se definirán diversas cantidades:

-: r es el vector recibido del canal de trayectoria múltiple;

-: Ea es la información a priori del ecualizador;

-: Ee es la información extrínseca del ecualizador;

-: LC es la información de canal del decodificador;

-: i1 es la información extrínseca para los bits de información en la salida del decodificador de convolución 1;

-: i2 es la información extrínseca para los bits de información en la salida del decodificador de convolución 2;

-: p1 es la información extrínseca de los bits de paridad x1;

-: p2 es la información extrínseca de los bits de paridad x2

[0031] La unidad de ecualizador 5 tiene dos entradas: r y su información a priori Ea, que es igual a cero en la primera iteración. El ecualizador 5 calcula la información extrínseca Ee que es desintercalada por nl-1 que se utiliza como una estimación de LC. LC se utiliza como entrada de la unidad de decodificador 1 y su versión desintercalada 7, se utiliza como entrada de la unidad de decodificador 2. Sólo la parte correspondiente a los bits de información se desintercalada alimenta al decodificador 2. Los bits de paridad no son desintercalados, aunque no se muestra explícitamente en la figura 2. El descodificador 1 calcula p1 e i1. El decodificador convolucional 2 calcula p2 e i2. Después de varias iteraciones de turbo descodificador, la suma de i1 e i2 es multiplexada (MUX) con p1 y p2 para componer Ea. Con la información a priori proporcionada por el decodificador turbo, el ecualizador puede calcular un nuevo y más fiable Ee para alimentar al decodificador. Este proceso se repite varias veces hasta que la i2 de salida es suficientemente fiable para realizar decisiones difíciles.

El concepto conforme a la presente invención

[0032] La idea del nuevo programa es evitar el uso de varias iteraciones de turbo decodificación por iteración de turbo ecualizador. Solo se utiliza un decodificador de componente único (decodificador convolucional) del turbo decodificador en cada iteración de turbo ecualizador. La información extrínseca del decodificador convolucional actual se utiliza para componer los valores a priori del ecualizador y como información a priori del otro decodificador de componente utilizado en la siguiente iteración.

[0033] Por tanto, por cada iteración solo se utiliza un decodificador convolucional único.

[0034] No obstante, los dos decodificadores de convolución están conectadas a través de las iteraciones como en un turbo decodificador.

[0035] La figura 3 representa el programa propuesto. En primer lugar, los símbolos recibidos, r, del canal y la información a priori de ecualizador, Ea, que es igual a cero en la primera iteración, alimenta la unidad de

5 ecualizador 5 para calcular la información extrínseca EC. La información extrínseca de ecualizador, Ee, se desintercalada (6) y se utiliza como una estimación de LC. La primera unidad de decodificador convolucional 1 calcula i1 y p1. Los valores de i1 y p1 son multiplexados (MUX) e intercalados (8) para componer Ea.

[0036] En la segunda iteración, la información extrínseca del ecualizador 5 se utiliza como información de canal para la unidad de descodificador 2, y la información extrínseca i1 tomada del decodificador 1 en la iteración

10 anterior se usa como una información a priori para el decodificador 2. El decodificador de 2 calcula la información extrínseca p2 e i2. La suma de i1 con i2 es multiplexada (MUX) con p1 y p2 para componer la información a priori de ecualizador.

[0037] De la misma manera, en la tercera iteración de la información a priori de ecualizador 5 está compuesta por la suma de i1 con i2 multiplexada con p1 y p2. El mismo algoritmo se repite para cada iteración i, i = {1, ... i, ... I}.

15 [0038] La tabla 1 muestra el algoritmo del turbo ecualizador con turbo decodificación propuesto. En la tabla 1, el valor de q(i) indica que el decodificador q se decodifica en la iteración i, q igual a 1 significa que el código del componente 1 es decodificado en la iteración l, q igual a 2 significa que el código del componente 2 es decodificado en la iteración i. El operador E ( ) significa la ejecución del algoritmo de ecualización para calcular Ee. El operador D ( ) significa la ejecución del algoritmo de decodificación para calcular iq (i) y pq (i) y n1 ( ) y n-1( ) son, respectivamente,

20 los operadores de intercalado y desintercalado, donde los subíndices 1 se refieren a la intercalación entre el turbo codificador y el canal de trayectoria múltiple. n2 ( ) y n2-1( ) son, respectivamente, el intercalado y desintercalado con respecto a la intercalación de turbo código.

Tabla 1

Aquí el operador n2 ( ) se aplica solamente a los índices relativos a los bits de información de LC. Los bits de paridad no se intercalan.

5 La ventaja del concepto según la invención

[0039] La ventaja de este sistema es su baja complejidad. Las simulaciones muestran que el esquema propuesto puede alcanzar el mismo rendimiento asintótico que el convencional. El punto de saturación (punto de saturación se define aquí como el número de iteraciones en el que está presente ganancia de tasa de error de bit (BER). En otras palabras: no es posible ninguna ganancia de BER con más iteraciones que el punto de 10 saturación del turbo ecualizador convencional con turbo descodificación es más bajo que el esquema propuesto.

[0040] Esto significa que el esquema novedoso de acuerdo con la presente invención precisa realizar más iteraciones de turbo ecualizador que el programa convencional. Este hecho debe ser tenido en cuenta en el cálculo final de complejidad después de realizar todas las iteraciones. El nuevo programa tiene una complejidad menor por iteración, sin embargo, realiza más iteraciones para alcanzar el mismo rendimiento. Se verá en las siguientes secciones que cuando en turbo decodificador se utilizan algoritmos de ecualización de canal de baja complejidad, el esquema propuesto es significativamente menos complejo.

Aplicación del concepto conforme a la presente invención

[0041] El nuevo programación se puede aplicar a cualquier detector iterando con un decodificador turbo. Las simulaciones muestran que para un sistema SISO que utiliza un conocido ecualizador a posteriori máxima (MAP), el rendimiento asintótico del nuevo programa y el del convencional es el mismo. No obstante, el nuevo esquema no trae consigo una reducción de la complejidad para este caso específico, ya que utiliza un ecualizador de alta complejidad (MAP). Sin embargo, cuando se utiliza un ecualizador MMSE, para el caso SISO y MIMO, el esquema propuesto es considerablemente menos complejo que el convencional.

[0042] A continuación se presenta un ejemplo de un caso MIMO. Se utiliza una transmisión de portadora única con la adición de un prefijo cíclico. Dos transmisores con una sola antena transmiten en el mismo intervalo de tiempo y frecuencia. El receptor consta de dos antenas. El algoritmo utilizado en el ecualizador se encuentra en el dominio de frecuencia de ecualizador MIMO MMSE, que es conocido en la técnica y, por tanto, no se describe con mayor detalle. El código turbo, de tasa de código igual a ©, se compone de dos códigos de convolución recursiva con generadores [7r, 5]. El algoritmo Log-MAP se utiliza para decodificar los códigos de componente. Por razones de simplicidad se utiliza un modulador BPSK. Cada usuario transmite 512 bits (256 bits de información y bits de paridad 256) después de pinchado e intercalado. Se utiliza un intercalador S-aleatorio, con S = 32, para el intercalado del turbo código y para intercalado antes del canal de trayectoria múltiple. El canal se modela como un canal de Rayleigh ponderado igualmente de veinte, que se supone invariable durante la duración de la trama. Se simulan ambos sistemas, el nuevo y el turbo ecualizador con turbo decodificación convencional. Para el turbo ecualizador convencional, en el turbo decodificador se realizaron ocho iteraciones por cada iteración de turbo ecualizador, que es suficiente para saturar el turbo decodificador para este tamaño de longitud de trama. Para esta configuración el ecualizador turbo convencional satura con tres iteraciones de turbo ecualizador mientras que el nuevo con ocho.

[0043] La figura 4 muestra el rendimiento asintótico de ambos sistemas. Puede indicarse que ambos esquemas son equivalentes en términos de rendimiento.

[0044] La ventaja del esquema novedoso de acuerdo con la presente invención se puede ver en la Figura 5, que muestra estimación aproximada de la complejidad de cálculo de ambos esquemas.

[0045] Se puede observar que el nuevo es menos complejo que el convencional. La ventaja de complejidad del nuevo turbo ecualizador en comparación con el convencional, puede ser adicionalmente aumentada cuando se utilizan restricciones de longitud de código mayores y algoritmos de ecualización de complejidad menor. Por lo tanto, las innovaciones se basan aquí en poner más esfuerzo en el ecualizador que en la turbo decodificación para cada iteración, que no cambia el rendimiento asintótico del turbo ecualizador, sin embargo, la complejidad se reduce significativamente.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Proceso para turbo ecualización con turbo decodificación de señales,

en el cual se lleva a cabo una etapa de ecualización en cada iteración de turbo ecualizador y realizándose una etapa decodificador en cada iteración de turbo ecualizador, donde en cada iteración de turbo ecualizador sólo se lleva a cabo una parte de la etapa de turbo decodificador,

donde se completa una etapa de turbo decodificador, cuando han sido ejecutadas dos iteraciones de turbo ecualizador ,

donde para cada iteración de turbo ecualizador sólo se lleva a cabo una etapa de decodificador de componente único, en particular una etapa de decodificador convolucional.
2.- Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la información derivada de la decodificación realizada en una sola iteración de turbo ecualizador se utiliza para componer valores a priori de turbo ecualizador (Ea) y como información a-priori de decodificador (i1, i2) utilizada en la subsiguiente iteración de turbo ecualizador turbo.
3.-Proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque para calcular la información extrínseca de turbo ecualizador (Ee), se utilizan valores a priori de turbo ecualizador (Ea) que se han derivado de una anterior iteración de turbo ecualizador junto con una señal (r) recibida desde un canal de señalización.
4.-Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque durante una etapa de turbo decodificador se realizan dos etapas de decodificador, realizando cada etapa de decodificador sólo una parte de una etapa de turbo decodificador por cada iteración de turbo ecualización, de tal manera que las etapas de decodificador primera y segunda se llevan a cabo en diferentes iteraciones de turbo ecualizador, con lo que las dos etapas de descodificador están conectadas a través de las iteraciones de turbo ecualizador.
5.- Disposición para turbo ecualización con turbo decodificación de señales, comprendiendo dicha disposición una unidad de ecualizador y que comprende además una unidad de descodificador único para realizar sólo una parte de una iteración de turbo decodificación por cada iteración de turbo ecualizador, estando interpuesta dicha unidad de decodificador entre la salida y una entrada de la unidad de ecualizador, estando interpuesta dicha unidad de descodificador entre dos iteraciones de turbo ecualizador, en la que una iteración de turbo ecualizador está constituida por la ejecución de una unidad de ecualizador y una unidad de descodificador.
6.-Disposición según la reivindicación 5, caracterizada porque el bucle entre la salida y una entrada de la unidad de ecualizador es una iteración de dicha unidad de ecualizador.
7.- Disposición según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque comprende además una segunda unidad de descodificador para realizar sólo una parte de una iteración de turbo de decodificación, estando interpuesta dicha segunda unidad de decodificador entre la salida y una entrada de la unidad de ecualizador, por lo que las dos unidades de descodificador están conectadas a través de las iteraciones de la unidad de ecualizador.
8.- Disposición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque comprende además una segunda unidad de descodificador para realizar sólo una parte de una iteración de turbo decodificación, donde la primera y la segunda unidades de decodificador se establecen en iteraciones de turbo ecualizador diferentes, por lo que las dos unidades de descodificador están conectados a través de las iteraciones de la unidad de ecualizador.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Bibliografía de patentes citada en la descripción

• LEE F.K.H et al. Parallel-Trellis Turbo Equalizers for Sparse Coded Transmission over Sparse Multipath Channels - ICC 2003, 2003 IEEE International conference on Communications. Anchorage, 11 May 2003, vol. 1- 5, 2943-2947 [0005]