NO316488B1 - Method and apparatus for receiving digital communication signals - Google Patents
Method and apparatus for receiving digital communication signals Download PDFInfo
- Publication number
- NO316488B1 NO316488B1 NO20022004A NO20022004A NO316488B1 NO 316488 B1 NO316488 B1 NO 316488B1 NO 20022004 A NO20022004 A NO 20022004A NO 20022004 A NO20022004 A NO 20022004A NO 316488 B1 NO316488 B1 NO 316488B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- equalizer
- symbols
- channel
- siso
- soft
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims description 13
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 13
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 5
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 206010064127 Solar lentigo Diseases 0.000 description 1
- 230000010267 cellular communication Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
- H04L25/03006—Arrangements for removing intersymbol interference
- H04L25/03171—Arrangements involving maximum a posteriori probability [MAP] detection
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
- H03M13/29—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes combining two or more codes or code structures, e.g. product codes, generalised product codes, concatenated codes, inner and outer codes
- H03M13/2957—Turbo codes and decoding
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
- H03M13/63—Joint error correction and other techniques
- H03M13/6331—Error control coding in combination with equalisation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
- H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
- H04L1/005—Iterative decoding, including iteration between signal detection and decoding operation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Communication Control (AREA)
- Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Description
Oppfinnelsens område Field of the invention
Foreliggende oppfinnelse vedrører mottaking av digitale kommunikasjonssignaler sendt over et luftgrensesnitt, ved bruk av iterativ kanalestimering, og iterativ utjevning og dekoding, også kjent som turboutjevning Den er særlig eg-net for basisbånd prosessering i en mottaker i et høyfre-kvens- (HF) modem Den etterfølgende beskrivelse vil foku-sere på en slik bruk Imidlertid kan de inventive løsning-er også benyttes i andre systemer basert på trådløse over-førings linker, for eksempel i mobile kommunikasjonssystemer. The present invention relates to the reception of digital communication signals sent over an air interface, using iterative channel estimation, and iterative smoothing and decoding, also known as turbo smoothing. It is particularly suitable for baseband processing in a receiver in a high-frequency (HF) modem The following description will focus on such use. However, the inventive solutions can also be used in other systems based on wireless transmission links, for example in mobile communication systems.
Teknisk bakgrunn Technical background
Kommunikasjon i HF-båndet (3-30 MHz) tilbyr et av få al-ternativ for kommunikasjon utover synsrekkevidden uten bruk av eksisterende infrastruktur eller satellitter Imidlertid er det fysiske og reguleringsmessige begrens-ninger på dataoverføringshastighetene som kan oppnås i HF-systemer Når det gjelder den siste faktoren er båndbred-den begrenset til 3KHz på grunn av frekvenstildelinger De fleste HF-systemer baserer seg på signaler reflektert fra ionosfæren, som varierer over døgnet og årstiden og med solflekksyklusen I en viss utstrekning kan disse varia-sjoner forutses, men ionosfæren degraderer også signalene, hvilket gjør det vanskelig å oppnå høyhastighet digital kommunikasjon Dette er særlig tilfelle ved HF-kommunikasjon på høye breddegrader på grunn av nordlysef-fekter Hurtige fluktuasjoner i ionosfæren er årsak til Doppler-spredning (fading), multiple overføringsbaner fø-rer til forsinkelsesspredning, også kjent som multipath, som introduserer intersymbolinterferens, og nordlysab-sorbsjon reduserer det mottatte signal til støy-forhold Communication in the HF band (3-30 MHz) offers one of the few alternatives for communication beyond visual range without the use of existing infrastructure or satellites However, there are physical and regulatory limitations on the data transfer rates that can be achieved in HF systems When it comes to the last factor is bandwidth - it is limited to 3KHz due to frequency allocations Most HF systems are based on signals reflected from the ionosphere, which vary over the day and season and with the sunspot cycle To a certain extent these variations can be predicted, but the ionosphere degrades also the signals, which makes it difficult to achieve high-speed digital communication This is particularly the case with HF communication at high latitudes due to auroral effects Rapid fluctuations in the ionosphere are the cause of Doppler spread (fading), multiple transmission paths lead to delay spread , also known as multipath, which introduces intersymbol interference, and the aurora borealis b-sorption reduces the received signal to noise ratio
(SNR for signal-to-noise ratio) (SNR for signal-to-noise ratio)
I denne oppfinnelse behandler vi primært intersymbolinterferens (ISI) I et signal som opplever slik interferens vil nabosymboler interferere med hverandre, hvilket forår-saker vanskeligheter for mottakere som prøver å detektere de individuelle symboler og lese informasjonsinnholdet. In this invention we primarily deal with intersymbol interference (ISI) In a signal that experiences such interference, neighboring symbols will interfere with each other, which causes difficulties for receivers trying to detect the individual symbols and read the information content.
De aktuelle kommunikasjonsmodi er faseskiftnøklet modulasjon (PSK) eller kvadraturamplitude modulasjon (QAM) Det vises særlig til standardene STANAG 4285, STANAG 4539 og MIL-STD-188-110B The relevant communication modes are phase shift keyed modulation (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM). Particular reference is made to the standards STANAG 4285, STANAG 4539 and MIL-STD-188-110B
En rekke teknikker er introdusert for å forbedre pålite-ligheten av dataoverføringen Disse inkluderer feilkorri-gerende koding, interleaving, og multipleksing av treningssekvenser inn i den overførte datastrømmen A number of techniques have been introduced to improve the reliability of data transmission. These include error-correcting coding, interleaving, and multiplexing training sequences into the transmitted data stream.
På mottakersiden blir utjevning benyttet for å bekjempe defektene i overføringskanalen. For tiden benytter stan-dard mottakere desisjonstilbakekoblingsutjevnere {DFE for decision feedback egualization) med ikke-lineær prosessering for denne oppgave En kanalestimeringsprosess benyttes til å estimere kanalimpulsresponsen, som benyttes til å beregne koeffisientene til utjevneren. Kanalestimenngs-prosessen benytter kjente symboler sendt over kanalen, det vil si treningssekvenser, for å estimere kanalimpulsresponsen Mellom treningssekvenser kan tentative desisjoner fra utjevneren benyttes til å følge den tidsvarierende kanal Alternativt kan kanalimpulsresponsen mellom treningssekvenser estimeres ved interpolering On the receiving side, smoothing is used to combat the defects in the transmission channel. Currently, standard receivers use decision feedback equalizers (DFE for decision feedback equalization) with non-linear processing for this task. A channel estimation process is used to estimate the channel impulse response, which is used to calculate the coefficients of the equalizer. The channel estimation process uses known symbols sent over the channel, i.e. training sequences, to estimate the channel impulse response Between training sequences, tentative decisions from the equalizer can be used to follow the time-varying channel Alternatively, the channel impulse response between training sequences can be estimated by interpolation
I senere år har iterativ utjevning og dekoding, eller turboutjevning, blitt foreslått som en kraftig metode for å motta ISI-forstyrrede data I en mottaker som benytter turboutjevning, blir det mottatte signal først sendt gjennom en utjevner for å redusere ISI En de-interleaver og en kanaldekoder etterfølger utjevneren Dekoderen avgir myk informasjon om kodebitsene, som mates tilbake gjennom en interleaver til utjevneren Deretter blir en ytterligere utjevningsrunde utført på det samme mottatte signal, ved bruk av myke bits tilbakeført fra dekoderen som a priori informasjon. Når myk informasjon gjentas mellom utjevneren og dekoderen flere ganger, vil feilraten av databitsene ut fra dekoderen generelt minske In recent years, iterative smoothing and decoding, or turbo smoothing, has been proposed as a powerful method for receiving ISI-disturbed data In a receiver that uses turbo smoothing, the received signal is first passed through an equalizer to reduce ISI A de-interleaver and a channel decoder follows the equalizer The decoder emits soft information about the code bits, which is fed back through an interleaver to the equalizer Then a further round of equalization is performed on the same received signal, using soft bits returned from the decoder as a priori information. When soft information is repeated between the equalizer and the decoder several times, the error rate of the data bits from the decoder will generally decrease
I en mottaker med turboutjevning er utjevneren og dekoderen Soft-in Soft-out (SISO) moduler. Den optimale SISO-utjevner er en trellisbasert "maximum a priori probabili-ty" (MAP) utjevner som er for kompleks for HF-modemer når kanalimpulsresponsen er lang og/eller signalkonstellasjo-nen er større enn 2-PSK. Suboptimale SISO-utjevnere basert på lineære filtre og myk ISI-kansellering er et godt al-ternativ når MAP-utjevning er for kompleks (M. Tuchler et al "Minimum Mean Squared Error Equalization Usmg A priori Information", IEEE Trans.Sig.Proe , vol 50, no 3,pp. 673-683, Mar 2002). In a receiver with turbo equalization, the equalizer and decoder are Soft-in Soft-out (SISO) modules. The optimal SISO equalizer is a trellis-based "maximum a priori probability" (MAP) equalizer which is too complex for HF modems when the channel impulse response is long and/or the signal constellation is larger than 2-PSK. Suboptimal SISO equalizers based on linear filters and soft ISI cancellation are a good alternative when MAP equalization is too complex (M. Tuchler et al "Minimum Mean Squared Error Equalization Usmg A priori Information", IEEE Trans.Sig.Proe , vol 50, no 3, pp. 673-683, Mar 2002).
Ktent teknikk Known technique
Bruk av turboutjevning i en mottaker for digitale kommuni-kas jons signaler ble først beskrevet i C. Douillard et al . "Iterative Correction of Intersymbol Interference Turbo-Equalization", European Trans. Telecommun , vol 6, no 5, pp. 507-511, Sept -Oet. 1995. Denne fremgangsmåte benytter en trellisbasert utjevner, som er for kompleks for å benyttes i de bruksområder som betraktes her En referanse som diskuterer relativ ytelse til forskjellige trellisba-serte utjevnere kan finnes i G Bauch & V Franz. "A com-parison of soft-m/soft-out algorithms for Turbo-detection", Proe. 5th Int Conf. on Telecommunications, pp 259-263, Juni 1998 The use of turbo equalization in a receiver for digital communication signals was first described in C. Douillard et al. "Iterative Correction of Intersymbol Interference Turbo-Equalization", European Trans. Telecommun, vol 6, no 5, pp. 507-511, Sept -Oet. 1995. This method uses a trellis-based equalizer, which is too complex to be used in the applications considered here. A reference discussing the relative performance of different trellis-based equalizers can be found in G Bauch & V Franz. "A comparison of soft-m/soft-out algorithms for Turbo-detection", Proe. 5th Int Conf. on Telecommunications, pp 259-263, June 1998
Senere løsninger har valgt en suboptimal metode ved bruk av SISO-utjevnere basert på lineære filtre, for eksempel som beskrevet i A Glavieux et al.: "Turbo equalization over a frequency selective channel," Proe Int Symp on Turbo codes, Brest, Frankrike, pp. 96-102, sept 1997 Artiklene som er nevnt så langt vedrører turboutjevning, det vil si at problemet med kanalestimering for å finne de optimale koeffisienter for utjevneren blir ikke betraktet Later solutions have chosen a suboptimal method using SISO equalizers based on linear filters, for example as described in A Glavieux et al.: "Turbo equalization over a frequency selective channel," Proe Int Symp on Turbo codes, Brest, France, pp. 96-102, Sept 1997 The articles mentioned so far concern turbo equalization, that is, the problem of channel estimation to find the optimal coefficients for the equalizer is not considered
INN Nefedov & M. Pukkila:"Turbo Equalization and Iterative (Turbo) Estimation Techniques for Packet Data Transmission," 2nd Int Symp. on Turbo Codes & Related To-pics, Brest, France, pp 423-426, 2000 blir det beskrevet en fremgangsmåte som involverer både en turboutjevnings-sløyfe og en separat sløyfe for estimering av kanalimpulsresponsen Den siste sløyfen inkluderer en kanalestimator som mottar harde desisjoner fra dekoderen Innledningsvis blir parametrene estimert fra en treningssekvens, men senere blir estimatet oppdatert fra mformasjonssymboler Imidlertid er dette en trinnvis prosess, hvor parametrene oppdateres og låses til de gjeldende verdier under en komplett ramme INN Nefedov & M. Pukkila: "Turbo Equalization and Iterative (Turbo) Estimation Techniques for Packet Data Transmission," 2nd Int Symp. on Turbo Codes & Related To-pics, Brest, France, pp 423-426, 2000 a method is described which involves both a turbo smoothing loop and a separate loop for estimating the channel impulse response The last loop includes a channel estimator which receives hard decisions from the decoder Initially the parameters are estimated from a training sequence, but later the estimate is updated from mformation symbols However, this is a step-by-step process, where the parameters are updated and locked to the current values during a complete frame
Fra P. Strauch et al.: "Iterative Channel Estimation for EGPRS," IEEE 52nd Vehicular Tech Conf , Boston, USA, vol 5, pp. 2271-2277, Sept 2000 er det kjent en konvensjonell (lkke-Turbo) mottaker hvor kanalestimatet dannes basert på hard tilbakekobling enten fra detektoren eller dekoderen mellom treningssekvenser. Forfatterne peker på muligheten av å benytte myk tilbakekobling for å utvide treningssekvensene From P. Strauch et al.: "Iterative Channel Estimation for EGPRS," IEEE 52nd Vehicular Tech Conf , Boston, USA, vol 5, pp. 2271-2277, Sept 2000, a conventional (non-Turbo) receiver is known where the channel estimation is formed based on hard feedback from either the detector or the decoder between training sequences. The authors point to the possibility of using soft feedback to extend the training sequences
Fra patentlitteraturen er det kjent et antall fremgangsmå-ter som beskriver bruk av en basal turbotilbakekoblings-sløyfe for deteksjon av kommunikasjonssignaler i celledel-te kommunikasjonssystemer, for eksempel GB-søknad 2 354 676, EP-søknad 959 580 og EP-søknad 948 140 Imidlertid betrakter ingen av disse dokumenter spørsmålet om hvordan utjevnerparametrene skal estimeres A number of methods are known from the patent literature which describe the use of a basal turbo feedback loop for the detection of communication signals in cellular communication systems, for example GB application 2 354 676, EP application 959 580 and EP application 948 140 However none of these documents consider the question of how the smoothing parameters should be estimated
Kortfattet sammenfatning av oppfinnelsen Concise summary of the invention
Det er en hensikt med. foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for et arrangement i en mottaker med turboutjevning for mottakelse av digitale kommunikasjonssignaler, med en forbedret evne til å håndtere intersymbolinterferens There is a purpose to it. present invention to provide a method for an arrangement in a receiver with turbo equalization for receiving digital communication signals, with an improved ability to handle intersymbol interference
Dette oppnås i et apparat ifølge det vedføyde krav 1 og en fremgangsmåte i følge krav 8 Oppfinnelsen er anvendbar i en mottaker som benytter en SISO-ut]evner basert på myk ISI-kansellering og et lineært filter Ifølge den mventi-ve fremgangsmåte blir koeffisientene til SISO-utjevneren oppdatert i hvert symbolintervall ved bruk av et tidsvarierende kanalestimat og a priori informasjon på kodebitsene This is achieved in an apparatus according to the attached claim 1 and a method according to claim 8. The invention is applicable in a receiver that uses a SISO equalizer based on soft ISI cancellation and a linear filter. According to the mventive method, the coefficients of The SISO equalizer updated in each symbol interval using a time-varying channel estimate and a priori information on the code bits
Omfanget av oppfinnelsen vil fremgå av de vedføyde patent-krav. The scope of the invention will be apparent from the attached patent claims.
Kortfattet beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings
Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor The invention will now be described with reference to the attached drawings, where
Figur l viser en skjematisk presentasjon av kodingsproses-sen benyttet for PSK-datatransmisjoner, Figur 2 er et blokkdiagram som viser prinsippet for Turbout jevning, Figur 3 viser en korresponderende mottaker som benytter turbo-utjevning ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 4 er en graf som viser forbedringen i signal-til-støy-forhold som kan oppnås med foreliggende oppfinnelse. Figure 1 shows a schematic presentation of the coding process used for PSK data transmissions, Figure 2 is a block diagram showing the principle of Turbo equalization, Figure 3 shows a corresponding receiver that uses turbo equalization according to the present invention. Figure 4 is a graph showing the improvement in signal-to-noise ratio that can be achieved with the present invention.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention
Figur 1 er en skjematisk representasjon som viser kode-tnnnene i en sender som koder en innkommende datastrøm til et PSK-signal Figure 1 is a schematic representation showing the code steps in a transmitter that encodes an incoming data stream into a PSK signal
De innkommende databits blir kodet ved bruk av en kode med evne til feilkorreksjon, i en koder 1 Koden har evnen til å korrigere feil som opptrer i individuelle symboler som er tilfeldig spredt Imidlertid vil interferens ofte opp-tre som støyskurer (for eksempel statisk energi), som vil påvirke flere tilliggende symboler Fading vil også forår-sake at flere tilliggende symboler har lavt mottatt sig-nalnivå Skurfeilmønstre er ikke enkelt å håndtere for feilkorreksjonskoden For å unngå dette problem blir signalet interleavet i interleaveren 2 The incoming data bits are encoded using an error-correcting code, in an encoder 1 The code has the ability to correct errors that occur in individual symbols that are randomly scattered However, interference will often appear as bursts of noise (eg static energy) , which will affect several adjacent symbols Fading will also cause several adjacent symbols to have a low received signal level Scan error patterns are not easy to handle for the error correction code To avoid this problem the signal is interleaved in the interleaver 2
I neste trinn blir databitsene modulert til datasymboler i symboltilordneren 3 (symbol mapper) Deretter blir treningssekvenser inneholdende kjente symboler multiplekset inn i datastrømmen ved 4 Treningssekvensene gjentas i hver blokk av datarammer In the next step, the data bits are modulated into data symbols in the symbol mapper 3 (symbol mapper) Next, training sequences containing known symbols are multiplexed into the data stream at 4 The training sequences are repeated in each block of data frames
Strømmen av modulerte datasymboler håndteres videre av senderkretsen, leveres til en antenne og sendes på luften I transmisjonskanalen blir støy lagt til og symbolene for-vrengt på grunn av multipath fading Fadingen er et fre-kvensselektivt tidsvarierende fenomen, eller uttrykt på en annen måte, vil kanalens impulsrespons konstant endre seg The stream of modulated data symbols is further handled by the transmitter circuit, delivered to an antenna and broadcast on the air In the transmission channel, noise is added and the symbols distorted due to multipath fading The fading is a frequency-selective time-varying phenomenon, or expressed in another way, will the channel's impulse response constantly changes
Den etterfølgende beskrivelse forutsetter at det mottatte basisbåndsignal samples en gang per symbolintervall Oppfinnelsen kan også modifiseres til å benytte flere sampler per symbol, såkalt oversamplmg The following description assumes that the received baseband signal is sampled once per symbol interval. The invention can also be modified to use several samples per symbol, so-called oversampling
Figur 2 viser det generelle prinsipp for en mottaker med turboutjevning Symboler fra en radiomottaker (ikke vist) fødes til en myk-inn myk-ut (SISO) utjevner 200 Myk informasjon på inngangen og utgangen av en SISO-modul har form av logarltmiske sannsynlighetsforhold (LLR-er for Lo-ganthmic Likel ihood Ratios) på kodebit sene, L( ct) Figure 2 shows the general principle of a receiver with turbo equalization Symbols from a radio receiver (not shown) are fed to a soft-in soft-out (SISO) equalizer 200 Soft information at the input and output of a SISO module takes the form of logarithmic probability ratios ( LLRs for Lo-ganthmic Likelihood Ratios) on Code Bit Ten, L( ct
Videre informasjon om "Logarithmic Likelihood Ratios" er tilgjengelig i J. Hagenauer et al "Iterative decodmg of binary block and convolutional codes," IEEE Trans on Information Theory, pp 429-445, mars 1996 Further information on "Logarithmic Likelihood Ratios" is available in J. Hagenauer et al "Iterative decoding of binary block and convolutional codes," IEEE Trans on Information Theory, pp 429-445, March 1996
LLR-ene ut av utjevneren blir de-interleavet ved 201, og dekodet i SlSO-dekoderen 202 (for feilkorreksjonskoden) LLR-verdiene fra dekoderen oppnås som intrinsik informasjon, det vil si informasjonsinnholdet i den inngitte myke informasjon, og ekstrinsik informasjon, som er informasjon generert fra redundansen i koden Den ekstrinsike informasjon oppnås ved å subtrahere LLR-ene på inngangen av dekoderen fra de korresponderende LLR-verdier på utgangen av dekoderen i subtraktoren 203. De resulterende LLR-er blir matet tilbake til utjevneren 200 gjennom en interleaver 204 Interleaveren 204 er inkludert for å frembringe signaler som kan sammenlignes med de interleavede signaler i utjevneren 200 (idet utjevneren 200 er oppstrøms de-mterleaveren 201) Tilbakekoblmgsinformasj onen benyttes som a priori informasjon i et nytt forsøk på utjevning og dekoding på samme sett av data - dette er den første iterasjon Etter noen få iterasjoner vil feilraten forbedres betydelig På denne måte blir utjevning og dekoding utført gjentatte ganger for et fast antall iterasjoner, eller inntil et termmeringskriterium stopper den iterative (Turbo) prosessen The LLRs out of the equalizer are de-interleaved at 201, and decoded in the SlSO decoder 202 (for the error correction code) The LLR values from the decoder are obtained as intrinsic information, i.e. the information content of the input soft information, and extrinsic information, which is information generated from the redundancy in the code The extrinsic information is obtained by subtracting the LLRs at the input of the decoder from the corresponding LLR values at the output of the decoder in the subtractor 203. The resulting LLRs are fed back to the equalizer 200 through an interleaver 204 The interleaver 204 is included to produce signals that can be compared with the interleaved signals in the equalizer 200 (since the equalizer 200 is upstream of the de-mterleaver 201) The feedback information is used as a priori information in a new attempt at equalization and decoding on the same set of data - this is the first iteration After a few iterations the error rate will improve significantly In this way smoothing becomes and decoding performed repeatedly for a fixed number of iterations, or until a termination criterion stops the iterative (Turbo) process
Turboprosessen beskrevet så langt er avhengig av at kanalimpulsresponsen er kjent for utjevneren En separat kanalestimeringsprosess (ikke vist i figur 2) er derfor nødven-dig for å tilveiebringe et estimat av kanalimpulsresponsen The turbo process described so far depends on the channel impulse response being known to the equalizer A separate channel estimation process (not shown in figure 2) is therefore necessary to provide an estimate of the channel impulse response
Figur 3 viser en mottaker med turbout]evning ifølge foreliggende oppfinnelse Turbosløyfen omfatter en SISO-ut jevner 300, en de-mterleaver 301, en SISO-dekoder 302, en subtraktor 3 03 og en interleaver 304 Figure 3 shows a receiver with turbo smoothing according to the present invention. The turbo loop comprises a SISO equalizer 300, a demterleaver 301, a SISO decoder 302, a subtractor 303 and an interleaver 304
SISO-utjevneren som benyttes her er basert på myk ISI-kansellenng etterfulgt av et lineært filter LLR-ene til-bakekoblet fra dekoderen blir konvertert til en a priori forventningsverdi (middelverdi) av de sendte symboler, fra hvilken en forventningsverdi av intersymbolinterferensen kan beregnes. Myk ISI-kansellering subtraherer denne forventede verdi av intersymbolinterferensen fra det mottatte signal Koeffisientene til det etterfølgende lineære utjevnerfilter beregnes for å minimalisere forventningen av den kvadrerte feil (minimum midlere kvadratfeilkriteri-um, MMSE for minimum mean square error) av hvert symbol avgitt fra utjevneren, gitt a priori-informasjonen og den estimerte kanalimpulsrespons Innmaten av SISO-utjevneren er beskrevet i detalj i Tuchler 2002, men fremgangsmåten har blitt modifisert for å inkorporere et tidsvarierende kanalestimat Den nye fremgangsmåten er beskrevet i appendikset . The SISO equalizer used here is based on soft ISI cancellation followed by a linear filter. The LLRs fed back from the decoder are converted to an a priori expected value (mean value) of the transmitted symbols, from which an expected value of the intersymbol interference can be calculated. Soft ISI cancellation subtracts this expected value of the intersymbol interference from the received signal. The coefficients of the subsequent linear equalizer filter are calculated to minimize the expectation of the squared error (minimum mean square error criterion, MMSE for minimum mean square error) of each symbol emitted from the equalizer, given the a priori information and the estimated channel impulse response The input of the SISO equalizer is described in detail in Tuchler 2002, but the procedure has been modified to incorporate a time-varying channel estimate The new procedure is described in the appendix.
Ekstrinsike LLR-er for hver kodebit beregnes fra utgangs-symbolene fra utjevneren ved bruk av formelen i Tuchler 2002 Extrinsic LLRs for each code bit are calculated from the output symbols from the equalizer using the formula in Tuchler 2002
Andre SISO-utjevnere kan benyttes innen omfanget av denne oppfinnelse Other SISO equalizers may be used within the scope of this invention
I tillegg til turbotilbakekoblingssløyfen har det blitt introdusert en ytterligere kanalestimatorsløyfe Denne ytre sløyfe inkluderer en ytterligere interleaver 306 kob-let direkte til SISO-dekoderen 302. Dette vil frembringe den totale LLR-utgang fra dekoderen, inkludert den intrin-sike informasjonen Disse LLR-er konverteres til myke symboler (den forventede verdi av hvert symbol gitt LLR-ene) ved bruk av formelen i Tuchler 2002 I tillegg introduse-res en hard desisjonstilordner 308, som gir et hardt ut-gangs signal fra utnevneren. Videre rutes signalene ved hjelp av to svitsjer Sl og S2. In addition to the turbo feedback loop, a further channel estimator loop has been introduced. This outer loop includes a further interleaver 306 connected directly to the SISO decoder 302. This will produce the total LLR output from the decoder, including the intrinsic information These LLRs is converted to soft symbols (the expected value of each symbol given the LLRs) using the formula in Tuchler 2002 In addition, a hard decision assigner 308 is introduced, which provides a hard output signal from the denominator. Furthermore, the signals are routed using two switches Sl and S2.
Kanalestimatoren benytter de sendte og mottatte symboler for å tilveiebringe et tidsvarierende estimat av kanalimpulsresponsen. De sendte symboler er kjent under treningssekvenser. Utenfor treningssekvensene må det benyttes estimater av de ukjente informasjonssymboler. Por innledende utjevning blir harde symboler direkte fra utjevnerutgangen benyttet som estimater {i dette tilfellet må kanalestimatet forsinkes) I etterfølgende iterasjoner blir det benyttet myke symboler beregnet fra dekoderutgangen Bryteren S2 benyttes til å skifte mellom treningssymboler og estimerte symboler, og bryteren Sl benyttes til å skifte mellom harde symboler fra utjevneren og myke symboler fra dekoderen Turbosløyfen blir fremdeles benyttet for deteksjon av informasjonssymbolene På denne måte vil kanalestimatet også forbedres for hver iterasjon The channel estimator uses the transmitted and received symbols to provide a time-varying estimate of the channel impulse response. The transmitted symbols are known during training sequences. Outside the training sequences, estimates of the unknown information symbols must be used. For initial equalization, hard symbols directly from the equalizer output are used as estimates {in this case the channel estimate must be delayed) In subsequent iterations, soft symbols calculated from the decoder output are used Switch S2 is used to switch between training symbols and estimated symbols, and switch Sl is used to switch between hard symbols from the equalizer and soft symbols from the decoder The turbo loop is still used for detection of the information symbols In this way the channel estimate will also improve for each iteration
Slik involverer oppfinnelsen en totrinns kanalestimerings-og utjevningsprosess omfattende de etterfølgende individuelle trinn Thus, the invention involves a two-stage channel estimation and equalization process comprising the subsequent individual steps
1 Innledende utjevning Sl plasseres i posisjon 1 (som vist i figur 3) S2 skiftes mellom en første posisjon (når det mottas treningssekvenser), hvor kjente symboler mates til kanalestimatoren og utjevneren, og en andre posisjon hvor kanalestimater utføres ved bruk av harde desisjoner mottatt fra hard desisjonstilordneren 308 I dette tilfellet må en forsinkelse (ikke vist) lik forsinkelsen i utjevneren tilføres kanalestimatet. 2. Iterativ kanalestimering, utjevning og dekoding Da flyttes bryteren Sl til posisjon 2 Dette vil lukke begge sløyfer og etablere en normal drift av mottakeren Den øvre sløyfe vil danne en konvensjonell iterativ turbout-jevningssløyfe Den nedre sløyfe vil nå kontinuerlig opp-datere kanalestimatet basert på ekstrinsik og mtrinsik informasjon mottatt fra SISO-dekoderen 303 S2 vil skifte mellom posisjon 1 når det mottas treningssekvenser og posisjon 2 når det mottas informasjonssymboler I dette tilfellet behøver ikke kanalestimatet forsinkes Kanalestimatoren kan bruke enhver algoritme for adaptiv filtrering eller adaptiv systemidentifikasjon, for eksempel den stokastiske gradient minste midlere kvadraters algoritme (SG-LMS) eller rekursiv minste kvadraters algoritme (RLS), som beskrevet i S. Haykin, Adaptive Filter Theory, 3 utgave, Prentice Hall, 1996 Kanalestimatoren til-fører utjevneren et tidsvarierende estimat av kanalimpulsresponsen og av feilvariansen Feilvariansen defineres som variansen av feil- (støy-) signalet en får når den faktis-ke kanalimpulsrespons har blitt erstattet av den estimerte kanalimpulsrespons 1 Initial smoothing Sl is placed in position 1 (as shown in Figure 3) S2 is switched between a first position (when training sequences are received), where known symbols are fed to the channel estimator and the equalizer, and a second position where channel estimates are performed using hard decisions received from the hard decision mapper 308 In this case, a delay (not shown) equal to the delay in the equalizer must be added to the channel estimate. 2. Iterative channel estimation, smoothing and decoding Then move the switch Sl to position 2 This will close both loops and establish normal operation of the receiver The upper loop will form a conventional iterative turbo-smoothing loop The lower loop will now continuously update the channel estimate based on extrinsic and mtrinsic information received from the SISO decoder 303 S2 will shift between position 1 when receiving training sequences and position 2 when receiving information symbols In this case the channel estimate does not need to be delayed The channel estimator can use any algorithm for adaptive filtering or adaptive system identification, for example the stochastic gradient least mean squares algorithm (SG-LMS) or recursive least squares algorithm (RLS), as described in S. Haykin, Adaptive Filter Theory, 3rd edition, Prentice Hall, 1996 The channel estimator provides the equalizer with a time-varying estimate of the channel impulse response and of the error variance The error variance is defined as v the variance of the error (noise) signal one obtains when the actual channel impulse response has been replaced by the estimated channel impulse response
Med notasjon som i appendikset With notation as in the appendix
Figur 4 viser simuleringsresultatet med bitfeilrate mot SNR i en mottaker som benytter en konvensjonell {lkke-turbo) mottaker ved bruk av en desisjonstilbakekobling-sutjevner og en mottaker ifølge foreliggende oppfinnelse. Simuleringen utføres ved bruk av 2400 bps HF bølgeform definert i MIL-STD-188-110B på en fadende kanal definert som forstyrrede forhold på midlere breddegrader i ITU-R Figure 4 shows the simulation result with bit error rate versus SNR in a receiver that uses a conventional (non-turbo) receiver using a decision feedback smoother and a receiver according to the present invention. The simulation is performed using the 2400 bps HF waveform defined in MIL-STD-188-110B on a fading channel defined as mid-latitude disturbed conditions in ITU-R
F 1387 F 1387
Grafene er vist for fire forskjellige konfigurasjoner av turboutjevneren Uten iterasjoner vil mottakeren gi dårli-gere ytelse sammenlignet med en konvensjonell mottaker. Dette er som forventet, på grunn av at SISO-utjevneren er et lineært filter, i motsetning til desisjonstilbake-koblingsutjevneren i den konvensjonelle mottaker. Imidlertid har ytelsen blitt markert forbedret allerede etter en iterasjon To iterasjoner forbedrer ytelsen ytterligere, mens forbedringen fra to til tre iterasjoner er liten. Sammenlignet med en konvensjonell mottaker som benytter en desisjonstilbakekoblmgsutjevner, kan det oppnås en for-bedring på omtrent 2-3 dB i nødvendig SNR for å oppnå en viss bitfeilrate. The graphs are shown for four different configurations of the turbo equaliser. Without iterations, the receiver will give poorer performance compared to a conventional receiver. This is as expected, because the SISO equalizer is a linear filter, unlike the decision feedback equalizer in the conventional receiver. However, performance has been markedly improved already after one iteration Two iterations further improve performance, while the improvement from two to three iterations is small. Compared to a conventional receiver using a decision feedback equalizer, an improvement of about 2-3 dB can be achieved in the required SNR to achieve a certain bit error rate.
Appendiks: SISO-utjevner for tidsvanerende kanaler Appendix: SISO equalizer for time-varying channels
De sendte symboler betegnes xn, hvor n er bdsindeksen De mottatte symboler Zn fra en kanal med lnteisymbolmterferens er gitt ved The transmitted symbols are denoted xn, where n is the bd index. The received symbols Zn from a channel with lntei symbol interference are given by
hvor hn = [ hoiTl hi_ iin] T er det tidsvarierende estimat av kanalimpulsresponsen, L er lengden av kanalesb matet og e„ er et feilsignal inneholdende mottatt støy og overskytende støy forårsaket ved usikkerhet i kanalesumatoren Et estimat av variansen <j\ av tilveiebringes fra kanalestimatoreii Utjevnerfilteiet opererer på N = N\ + A/j +1 mottatte symboler av gangen, samlet i vektoren % n=[.«n+Ni Zn- thf Dcanc vektor kan sknves Zn H„x„ + e„, hvorxn = [rEn+j/1 *»-./c,_L+i]r, H„erden ndsvanerende N x ( N + L — 1) kanalkonvolvenngs-matnse where hn = [ hoiTl hi_ iin] T is the time-varying estimate of the channel impulse response, L is the length of the channelb fed and e„ is an error signal containing received noise and excess noise caused by uncertainty in the channel estimator An estimate of the variance <j\ of is provided from the channel estimatorii The equalizer file operates on N = N\ + A/j +1 received symbols at a time, collected in the vector % n=[.«n+Ni Zn- thf Dcanc vector can be written Zn H„x„ + e„, wherexn = [rEn +j/1 *»-./c,_L+i]r, Herden decreasing N x ( N + L — 1) channel convolution matrix
og e„ = [ en+ Nl e„_ ^ F and e„ = [ en+ Nl e„_ ^ F
LLR-ene pi kodebitsene, blbakek<q>plet fra dekoderen fra den foregående iterasjon, konerteres hl en a priori middelverdi x„ = E{ x„} = [x«+Ni £n-JVi-L+i] og kovanansmatnse V„ = E{ xnx%}— xnxnI av vektoren Vn er en diagonal matrise med elementene «n-Nb-L+i på diagonalen Når kjente symboler har blitt sendt, har vi xn=Xn og vn=Q The LLRs of the code bits, blbacke<q>led from the decoder from the previous iteration, are connected to an a priori mean value x„ = E{ x„} = [x«+Ni £n-JVi-L+i] and covariance matrix V „ = E{ xnx%}— xnxnI of the vector Vn is a diagonal matrix with elements «n-Nb-L+i on the diagonal When known symbols have been sent, we have xn=Xn and vn=Q
Utjevneren avgir et estimat av hvert sendt symbol The equalizer outputs an estimate of each symbol sent
Her er sn den ( Ni + l)te kolonne av H„, og f„ inneholder koeffisientene i utjevneriflteret, av lengde N Utjevnerfilteret beregnes som hvor £n er en diagonal matn se med elementer <^ l+^ 1 °?i- n3 Matrisen U„ beregnes rekursivt fra Un_i ved hjelp av følgende algoritme hvor Un_t og U„ har blitt oppdelt slik Here sn is the ( Ni + l)th column of H„, and f„ contains the coefficients in the equalizer filter, of length N The equalizer filter is calculated as where £n is a diagonal matn se with elements <^ l+^ 1 °?i- n3 The matrix U„ is calculated recursively from Un_i using the following algorithm where Un_t and U„ have been divided as follows
Claims (16)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20022004A NO316488B1 (en) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Method and apparatus for receiving digital communication signals |
PCT/NO2003/000129 WO2003092170A1 (en) | 2002-04-26 | 2003-04-22 | Method and apparatus for the reception of digital communication signals |
AU2003241218A AU2003241218A1 (en) | 2002-04-26 | 2003-04-22 | Method and apparatus for the reception of digital communication signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20022004A NO316488B1 (en) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Method and apparatus for receiving digital communication signals |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20022004D0 NO20022004D0 (en) | 2002-04-26 |
NO20022004L NO20022004L (en) | 2003-10-27 |
NO316488B1 true NO316488B1 (en) | 2004-01-26 |
Family
ID=19913574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20022004A NO316488B1 (en) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Method and apparatus for receiving digital communication signals |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2003241218A1 (en) |
NO (1) | NO316488B1 (en) |
WO (1) | WO2003092170A1 (en) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3714910B2 (en) * | 2001-02-20 | 2005-11-09 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | Turbo receiving method and receiver thereof |
FI20055715A0 (en) * | 2005-12-30 | 2005-12-30 | Nokia Corp | Turboekvaliseringsförfarande |
CN100405767C (en) * | 2006-02-08 | 2008-07-23 | 信息产业部电信传输研究所 | System and method of testing performance of soft switch device |
CN101803205B (en) | 2008-08-15 | 2013-12-18 | Lsi公司 | RAM list-decoding of near codewords |
KR101473046B1 (en) * | 2009-03-05 | 2014-12-15 | 엘에스아이 코포레이션 | Improved turbo-equalization methods for iterative decoders |
US8484535B2 (en) | 2009-04-21 | 2013-07-09 | Agere Systems Llc | Error-floor mitigation of codes using write verification |
US8464142B2 (en) | 2010-04-23 | 2013-06-11 | Lsi Corporation | Error-correction decoder employing extrinsic message averaging |
US8499226B2 (en) | 2010-06-29 | 2013-07-30 | Lsi Corporation | Multi-mode layered decoding |
US8458555B2 (en) | 2010-06-30 | 2013-06-04 | Lsi Corporation | Breaking trapping sets using targeted bit adjustment |
US8504900B2 (en) | 2010-07-02 | 2013-08-06 | Lsi Corporation | On-line discovery and filtering of trapping sets |
US8768990B2 (en) | 2011-11-11 | 2014-07-01 | Lsi Corporation | Reconfigurable cyclic shifter arrangement |
RU2012146685A (en) | 2012-11-01 | 2014-05-10 | ЭлЭсАй Корпорейшн | DATABASE DETAILS DATABASE FOR DECODER BASED ON SPARED PARITY CONTROL |
WO2015036008A1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-19 | Huawei Technologies Co.,Ltd. | A turbo decoder for decoding an input signal |
CN116016061B (en) * | 2022-12-16 | 2024-05-07 | 重庆邮电大学 | Short wave double-selection channel double-iteration Turbo equalization method for high maneuvering platform |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0954143B1 (en) * | 1998-04-30 | 2007-02-14 | Lucent Technologies Inc. | Iterative channel estimation |
JP3714910B2 (en) * | 2001-02-20 | 2005-11-09 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | Turbo receiving method and receiver thereof |
-
2002
- 2002-04-26 NO NO20022004A patent/NO316488B1/en unknown
-
2003
- 2003-04-22 WO PCT/NO2003/000129 patent/WO2003092170A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-04-22 AU AU2003241218A patent/AU2003241218A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003092170A1 (en) | 2003-11-06 |
NO20022004L (en) | 2003-10-27 |
AU2003241218A1 (en) | 2003-11-10 |
NO20022004D0 (en) | 2002-04-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wautelet et al. | MMSE-based fractional turbo receiver for space-time BICM over frequency-selective MIMO fading channels | |
US6470047B1 (en) | Apparatus for and method of reducing interference in a communications receiver | |
EP2048839B1 (en) | Data demodulation using an adaptive filter strucuture | |
KR100606326B1 (en) | Error generation for adaptive equalizer | |
US7248647B2 (en) | Radio telecommunications system operative by interactive determination of soft estimates, and a corresponding method | |
US20070248151A1 (en) | Inter-carrier interference cancellation method and receiver using the same in a MIMO-OFDM system | |
EP2048840B1 (en) | Data demodulation using variable delay based adaptive filtering techniques | |
WO2009077135A2 (en) | Blind turbo channel estimation | |
KR20040075284A (en) | Iterative soft interference cancellation and filtering for spectrally efficient high-speed transmission in mimo systems | |
JP2006520547A (en) | Improved communication apparatus and method | |
NO316488B1 (en) | Method and apparatus for receiving digital communication signals | |
EP1515470B1 (en) | Pipelined turbo multiuser detection | |
KR100348677B1 (en) | Cannnel estimation using soft-decision feedback | |
EP2048838A2 (en) | Communications system using adaptive filter circuit using parallel adaptive filters | |
EP2048843B1 (en) | Communications system using adaptive filter and selected adaptive filter taps | |
US9967113B2 (en) | Reception apparatus performing turbo equalizations | |
KR100933283B1 (en) | Orthogonal Frequency Division Multiplexing System and Subcarrier Interference Cancellation and Equalization Method | |
Kuhn et al. | A new scalable decoder for linear space-time block codes with intersymbol interference | |
Amis et al. | Efficient Frequency-Domain MMSE turbo equalization derivation and performance comparison with the Time-Domain counterpart | |
Chuah | Adaptive robust turbo equalization for power-line communications | |
EP2048837A2 (en) | Communications system using adaptive filter with normalization circuit | |
Xue et al. | Per-survivor processing-based decoding for space-time trellis code | |
EP2048841B1 (en) | Data demodulation using adaptive filtering techniques | |
Zarikoff | Investigation of an iterative groupwise soft input/output multiuser detection algorithm | |
Shah et al. | Iterative equalization for underwater acoustic channels using bit interleaved coded modulation and decision feedback equalization |