معادل توربو

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

في الاتصالات الرقمية ، يُعدّ مُعادل التوربو نوعًا من أجهزة الاستقبال يُستخدم لاستقبال الرسائل المُشوّهة بتداخل الرموز (ISI) في قناة الاتصال . وهو يُقارب أداء مُستقبل الاحتمالية القصوى اللاحقة (MAP) من خلال تمرير الرسائل بشكل تكراري بين مُعادل SISO ( مدخل ناعم، مخرج ناعم ) ووحدة فك تشفير SISO. [ 1 ] ويرتبط مُعادل التوربو برموز التوربو من حيث أنه يُمكن اعتباره نوعًا من وحدات فك التشفير التكرارية إذا نُظر إلى القناة على أنها رمز التفافي غير زائد . ومع ذلك، يختلف مُعادل التوربو عن الرمز الكلاسيكي الشبيه بالتوربو في أن "رمز القناة" لا يُضيف أي زيادة، وبالتالي لا يُمكن استخدامه إلا لإزالة الضوضاء غير الغاوسية.

تاريخ

ابتكر كلود بيرو رموز التوربو في الفترة ما بين عامي 1990 و1991. وفي عام 1993، نُشرت رموز التوربو علنًا في ورقة بحثية ضمت أسماء المؤلفين بيرو ، وجلافيو ، وتيتيماجيشيما . [ 2 ] وفي عام 1995، طُبّق امتداد جديد لمبدأ التوربو على مُعادل الإشارة بواسطة دويارد ، وجيزيكيل ، وبيرو . [ 3 ] وعلى وجه الخصوص، صاغوا مشكلة مستقبل التداخل بين الرموز (ISI) كمشكلة فك تشفير لرمز التوربو، حيث تُعتبر القناة رمزًا التفافيًا بمعدل 1، ويكون ترميز تصحيح الأخطاء هو الرمز الثاني. وفي عام 1997، أثبت جلافيو ، ولاوت ، ولابات إمكانية استخدام مُعادل خطي في إطار مُعادل التوربو. [ 4 ] وقد جعل هذا الاكتشاف مُعادلة التوربو فعّالة حسابيًا بما يكفي لتطبيقها على نطاق واسع من التطبيقات. [ 5 ]

ملخص

نظرة عامة على نظام الاتصالات القياسي

قبل مناقشة معادلات الترددات التوربينية، من الضروري فهم جهاز الاستقبال الأساسي في سياق نظام الاتصالات. هذا هو موضوع هذا القسم.

في جهاز الإرسال ، يتم ترميز بتات المعلومات . ويضيف الترميز مزيدًا من التكرار عن طريق ربط بتات المعلومات.أ{\displaystyle a}إلى متجه بت أطول - متجه بت الشفرةب{\displaystyle b}البتات المشفرةب{\displaystyle b}ثم يتم دمجها . يؤدي الدمج إلى تبديل ترتيب بتات الشفرةب{\displaystyle b}مما ينتج عنه بتاتج{\displaystyle c}والسبب الرئيسي للقيام بذلك هو عزل بتات المعلومات عن التشويش المتقطع. بعد ذلك، يقوم مُرَجِّع الرموز بربط البتات.ج{\displaystyle c}إلى رموز معقدةx{\displaystyle x}تُحوّل هذه الرموز الرقمية إلى رموز تناظرية باستخدام محوّل رقمي تناظري . عادةً ما تُرفع ترددات الإشارة إلى ترددات نطاق المرور عن طريق مزجها مع إشارة حاملة . هذه خطوة ضرورية للرموز المعقدة. بعد ذلك، تصبح الإشارة جاهزة للإرسال عبر القناة .

عند جهاز الاستقبال ، يتم عكس العمليات التي يقوم بها جهاز الإرسال لاستعادةأ^{\displaystyle {\hat {a}}}، وهو تقدير لعدد بتات المعلومات. يقوم محول التردد التنازلي بمزج الإشارة مرة أخرى إلى نطاق التردد الأساسي. ثم يقوم محول الإشارة التناظرية إلى الرقمية بأخذ عينات من الإشارة التناظرية، وتحويلها إلى إشارة رقمية. عند هذه النقطة،y{\displaystyle y}تم استعادة الإشارة.y{\displaystyle y}هذا ما سيتم استلامه إذاx{\displaystyle x}تم إرسالها عبر النطاق الأساسي الرقمي المكافئ للقناة بالإضافة إلى الضوضاء . ثم يتم معادلة الإشارة . يحاول المعادل فك تشفير التداخل بين الرموز في الإشارة المستقبلة لاستعادة الرموز المرسلة. ثم يقوم بإخراج البتات.ج^{\displaystyle {\hat {c}}}مرتبط بتلك الرموز. المتجهج^{\displaystyle {\hat {c}}}قد يُمثل ذلك قرارات حاسمة أو قرارات مرنة بشأن البتات. إذا اتخذ المُعادل قرارات مرنة، فإنه يُخرج معلومات تتعلق باحتمالية أن يكون البت 0 أو 1. أما إذا اتخذ قرارات حاسمة بشأن البتات، فإنه يُكمّم قرارات البت المرنة ويُخرج إما 0 أو 1. بعد ذلك، تُزال التشابك من الإشارة، وهي عملية تحويل تبديلي بسيطة تُعكس التحويل الذي نفذه المُتشابك. وأخيرًا، يقوم المُفكك بفك تشفير البتات. ويُقدّر المُفككأ^{\displaystyle {\hat {a}}}منب^{\displaystyle {\hat {b}}}.

يُظهر الشكل أدناه مخططًا لنظام الاتصالات. في هذا المخطط، تُمثل القناة قناة النطاق الأساسي المكافئة، أي أنها تشمل محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية، ومحول الإشارة الصاعدة، والقناة، ومحول الإشارة الهابطة، ومحول الإشارة التناظرية إلى الرقمية.

نظرة عامة على معادل الصوت التوربيني

يوضح الشكل أدناه مخططًا توضيحيًا لنظام اتصالات يستخدم مُعادلًا توربينيًا. يتضمن هذا المُعادل التوربيني المُعادل، ووحدة فك التشفير، والوحدات الوسيطة بينهما.

يكمن الفرق بين مُعادل الصوت التوربيني ومُعادل الصوت القياسي في حلقة التغذية الراجعة من وحدة فك التشفير إلى مُعادل الصوت. وبسبب بنية الشفرة، لا تقوم وحدة فك التشفير بتقدير بتات المعلومات فحسب.أ{\displaystyle a}لكنها تكتشف أيضاً معلومات جديدة حول البتات المشفرة.ب{\displaystyle b}وبالتالي، فإن جهاز فك التشفير قادر على إخراج معلومات خارجية.ب~{\displaystyle {\tilde {b}}}حول احتمالية إرسال سلسلة بتات معينة من التعليمات البرمجية. المعلومات الخارجية هي معلومات جديدة غير مستمدة من المعلومات المدخلة إلى الكتلة. ثم تُعاد هذه المعلومات الخارجية إلى معلومات حول الرموز المرسلة.x{\displaystyle x}للاستخدام في المعادل. احتمالات الرموز الخارجية هذه،x~{\displaystyle {\tilde {x}}}تُغذى هذه القيم إلى المعادل كاحتمالات رمزية مسبقة . يستخدم المعادل هذه المعلومات المسبقة بالإضافة إلى إشارة الإدخال.y{\displaystyle y}لتقدير معلومات الاحتمالية الخارجية حول الرموز المرسلة. يتم تهيئة المعلومات المسبقة التي يتم إدخالها إلى المعادل إلى 0، مما يعني أن التقدير الأوليأ^{\displaystyle {\hat {a}}}إن المعلومات التي يُنتجها مُعادل الترددات التوربينية مطابقة للتقدير الذي يُنتجه جهاز الاستقبال القياسي.x^{\displaystyle {\hat {x}}}ثم يتم ربطها مرة أخرى بمعلومات حولب{\displaystyle b}لاستخدامها من قبل جهاز فك التشفير. يقوم معادل الصوت التوربيني بتكرار هذه العملية التكرارية حتى يتم الوصول إلى معيار التوقف.

معادلة التوربو في الأنظمة العملية

في التطبيقات العملية لمعادلة التوربو، ثمة مسألة إضافية يجب مراعاتها. فمعلومات حالة القناة (CSI) التي يعتمد عليها المعادل تأتي من تقنية تقدير القناة، وبالتالي فهي غير موثوقة. أولًا، لتحسين موثوقية معلومات حالة القناة، يُستحسن تضمين وحدة تقدير القناة في حلقة معادلة التوربو، وتحليل تقدير القناة الموجه بقرار مرن أو حاسم ضمن كل تكرار لمعادلة التوربو. [ 6 ] [ 7 ] ثانيًا، يؤدي دمج عدم اليقين في معلومات حالة القناة في تصميم معادل التوربو إلى نهج أكثر قوة مع مكاسب أداء كبيرة في السيناريوهات العملية. [ 8 ] [ 9 ]

مراجع

  1. ↑ كوتر، ر.؛ سينغر، أ.س.؛ توخلر، م. (2004). "معادلة توربو". مجلة معالجة الإشارات IEEE . 21 (1): 67-80 . Bibcode : 2004ISPM...21...67K . doi : 10.1109/MSP.2004.1267050 . S2CID 14036611 . 
  2. ↑ بيرو، كلود؛ غلافيو، آلان؛ ثيتيماجشيما، بونيا (1993). "الترميز وفك الترميز التصحيحي للأخطاء بالقرب من حد شانون: رموز توربو. 1". وقائع مؤتمر ICC '93 - المؤتمر الدولي للاتصالات التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . المجلد 2. الصفحات 1064-1070 . doi : 10.1109/ICC.1993.397441 . ISBN   0-7803-0950-2. S2CID 17770377 . 
  3. ↑ دويارد، كاثرين؛ جيزيكيل، ميشيل؛ بيرو، كلود (1995). "التصحيح التكراري لتداخل الرموز: معادلة توربو" (ملف PDF) . المعاملات الأوروبية في مجال الاتصالات . 6 (5): 507. doi : 10.1002/ett.4460060506 .
  4. ↑ جلافيو، أ.؛ لاوت، س. ولابات، ج. (1997). "معادلة توربو عبر قناة انتقائية التردد". وقائع الندوة الدولية لرموز توربو، بريست، فرنسا . ص 96-102 . CiteSeerX 10.1.1.143.6389 .  
  5. ↑ توخلر، م.؛ كوتر، ر. وسينغر، أ.س. (2002). "معادلة التوربو: المبادئ والنتائج الجديدة". معاملات IEEE في الاتصالات . 50 (5): 754-767 . CiteSeerX 10.1.1.16.8619 . doi : 10.1109/tcomm.2002.1006557 . 
  6. ↑ نيفيدوف، ن.؛ بوكيلا، م.؛ فيسوز، ر.؛ بيرتيه، أ.و. (2003). "الكشف التكراري عن البيانات وتقدير القناة لأنظمة TDMA المتقدمة". معاملات IEEE في الاتصالات . 51 (2): 141. doi : 10.1109/TCOMM.2003.809218 .
  7. ↑ بارك، إس واي؛ كانغ، سي جي (2004). "مستقبل MAP تكراري مُخفَّض التعقيد لقمع التداخل في أنظمة الإرسال المكاني المتعدد القائمة على OFDM". معاملات IEEE في تكنولوجيا المركبات . 53 (5): 1316. doi : 10.1109/TVT.2004.832383 . S2CID 32816930 . 
  8. ↑ نزار، محمد دانيش؛ أوتشيك، وولفغانغ (2011). "معادلة القناة المتينة القوية مع مراعاة المعلومات المسبقة". معاملات IEEE في معالجة الإشارات . 59 (4): 1734. Bibcode : 2011ITSP...59.1734N . doi : 10.1109/TSP.2010.2101068 . S2CID 15803557 . 
  9. ↑ كالانتاروفا، نرجس؛ كوزات، سليمان س.؛ أردوغان، ألبر ت. (2011). "معادلة توربو قوية في ظل عدم اليقين في القناة". ندوة IEEE للراديو واللاسلكي 2011. ص 359. doi : 10.1109/RWS.2011.5725469 . ISBN  978-1-4244-7687-9.

للمزيد من القراءة

انظر أيضاً