Kanalcodierung & Modulation – Turbo DeCodulation
Turbo DeCodulation
Seit der Entdeckung der Turbo Codierung von Berrou et al., hat das Gebiet der Kanalcodierung einen beachtlichen Fortschritt erfahren und es gibt immer weitere Anstrengungen der von Shannon vorhergesagten Grenze näherzukommen. Besonders in aktuellen Mobilfunkübertragungssystemen muss der Datendurchsatz kontinuierlich erhöht werden, um den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden und eine konstante Dienstqualität zu gewährleisten, insbesondere bei ungünstigen Verhältnissen, wie z.B. Fadingkanälen.
Verschiedenste Übertragungssysteme, welche allesamt auf iterativen Decodieralgorithmen basieren, wurden in den vergangenen entwickelt. Ziel ist dabei die Verbesserung von verschiedenen Aspekten in der Codierungs- und Decodierungskette. All diese Systeme basieren auf dem gleichen Grundprinzip, nämlich dem Austausch von extrinsischer Information zwischen wenigstens zwei Empfängerkomponenten.
Ein Beispiel eines solchen Übertragungssystemes ist BICM-ID (Bit-Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding), bestehend aus der iterativen Verkettung des Demodulators mit dem Kanaldecoder. Dieses System ist die iterative Erweiterung des bekannten Übertragungsverfahrens BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation), welches ursprünglich zur Übertragung mit höherwertigen Modulationsverfahren auf Fadingkanälen entworfen wurde.
Ein weiterer Ansatz, genannt ISCD (Iterative Source-Channel Decoding), verwendet die iterative Verkettung von Kanaldecoder und SDSD (Soft Decision Source Decoder, Quellendecodierung mit "soft" Entscheidung). Dieser Ansatz zielt auf die Ausnutzung der nach Quellencodierung in den Codec-Parametern enthaltene Restredundanz.
Das Turbo DeCodulations (TDeC) Schema, welches im untenstehenden Blockdiagramm skizziert ist, besteht aus der Verknüpfung der Grundideen von BICM-ID und ISCD zu einem einzelnen Gesamtsystem. In diesem arbeiten die drei Empfängerkomponenten Demodulator, Kanaldecoder und SDSD in einem iterativen Prozess zusammen, um gemeinsam die Leistung des Systems zu erhöhen.
EXIT Chart Analyse
Ein wichtiges Hilfsmittel zur Analyse von iterativen Empfängern sind die sogenannten EXIT Charts. Diese beschreiben die Transinformation, die vom extrinsischen Ausgang eines Teildecoders des iterativen Systems generiert wird, wenn ein gewisses apriori Wissen vorhanden ist. Der Vorteil von EXIT Charts besteht darin, dass von jeder Komponente des Empfängers nur eine Charakteristik gemessen werden muss und die Gesamtfunktionsweise des Empfängers in einer gemeinsamen Darstellung der Charakteristiken abgelesen werden kann.
Wird nun ein System mir zwei iterativen Schleifen am Empfänger benutzt, also mit insgesamt drei Komponenten im iterativen Teil des Empfängers, so müssen die eigentlich zweidimensionalen EXIT Charts auf drei Dimensionen erweitert werden. Ein Beispiel eines dreidimensionalen EXIT Charts ist rechts angegeben. Jede Fläche beschreibt eine Empfängerkomponente (rot: Demodulator, blau: Kanaldecoder, grün: Quellendecoder). Der "Tunnel" zwischen den Flächen, sowie der Schnittpunkt aller Flächen sind maßgebend für die Güte des Systems. Ziel beim Systementwurf ist es, den Schnittpunkt möglichst weit in die obere hintere Ecke des EXIT Charts zu verschieben.