Turbo-Equalization for bandwith-efficient digital communications over frequency-selective channels
La Turbo-Egalisation pour les transmission numériques à grande efficacité spectrale sur les canaux sélectifs en fréquence
Résumé
This thesis deals with the problem of combining equalization with decoding for high data rate bandwidth-efficient transmissions over frequency-selective channels. Specifically, we focus on Turbo-Equalization which establishes an exchange of soft information between the equalizer and the decoder in an iterative manner. We first consider MAP turbo-equalizers which rely on trellis-based equalizers optimum in the sense of minimizing the symbol error probability. We show that these receivers achieve significant performance gains over the conventional approach where equalization and decoding are performed separately. However, the complexity of MAP turbo-equalizers becomes rapidly prohibitive for transmissions with high-order modulations over long delay spread channels. Hence, we then investigate reduced-complexity turbo-equalizers relying on filtering-based equalizers optimized according to the MMSE criterion. These equalizers share the common property of accounting explicitly for the presence of a priori information in the computation of the optimum filters coefficients and thus outperform classical MMSE equalizers. Our analysis shows that MMSE turbo-equalizers offer an attractive alternative to MAP turbo-equalizers for multilevel coded transmissions over long delay spread frequency-selective channels. We finally describe the implementation of an MMSE turbo-equalizer on the low-cost fixed-point TMS320VC5509 DSP device which is typically targeted at portable terminals. Using only C programming, a promising data rate of 42 Kbits/s has been achieved with 5 iterations. This result demonstrates the possibility of realizing such receivers in practice with current hardware capabilities.
Cette thèse traite du problème de l'égalisation des modulations codées pour les transmissions haut-débit sur canaux sélectifs en fréquence, sujets au phénomène d'interférence entre symboles. Nous considérons plus particulièrement la Turbo-Égalisation, qui instaure un échange réciproque d'information entre l'égaliseur et le décodeur, et ce de manière itérative. Nous étudions dans un premier temps le turbo-égaliseur MAP, qui utilise un égaliseur optimal au sens de la minimisation de la p probabilité d'erreur par symbole. Nous montrons que ce récepteur offre des gains de performances importants en comparaison avec les récepteurs conventionnels où les opérations d'égalisation et décodage sont généralement effectuées de manière disjointe. En contrepartie, la complexité du turbo-égaliseur MAP devient rapidement prohibitive en présence de modulations à grand nombre d'états et sur des canaux présentant des étalements temporels importants. En conséquence, nous nous intéressons à une seconde classe de turbo-égaliseurs de moindre complexité et reposant sur des égaliseurs à base de filtres linéaires, optimisés selon le critère MEQM. La nouveauté consiste ici à prendre en compte explicitement la présence d'information a priori dans le calcul des coefficients des filtres, ce qui conduit à des structures bien plus performantes que les égaliseurs MEQM classiques. Nos études montrent que ce type de récepteur constitue une solution attractive pour les transmissions à grande efficacité spectrale sur canaux sélectifs en fréquence. Finalement, nous présentons la mise en oeuvre d'un turbo-égaliseur MEQM sur un DSP virgule-fixe et faible coût, le TMS320VC5509, typiquement destiné aux terminaux mobiles. Nous obtenons ainsi un débit utile de 42 Kbits/s après 5 itérations avec une implémentation en langage C, ce qui démontre la faisabilité de tels récepteurs avec les moyens technologiques actuels.
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