[論文レビュー] BER Performance of Polar Coded OFDM in Multipath Fading

David Wasserman, Ahsen U. Ahmed+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2016

Error Correcting Code Techniques参考文献 14被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、準静的マルチパスフェージングチャネルにおける極性符号化OFDMのビット誤り率（BER）性能を評価し、極性符号と畳み込み符号を比較し、インタリーブの影響を分析している。結果として、これらのフェージング環境下では極性符号に顕著な符号化ゲインが見られず、最適化された符号構築法とインタリーブ方式の改善が有望であることが示唆された。

ABSTRACT

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has gained a lot of popularity over the years. Due to its popularity, OFDM has been adopted as a standard in cellular technology and Wireless Local Area Network (WLAN) communication systems. To improve the bit error rate (BER) performance, forward error correction (FEC) codes are often utilized to protect signals against unknown interference and channel degradations. In this paper, we apply soft-decision FEC, more specifically polar codes and a convolutional code, to an OFDM system in a quasi-static multipath fading channel, and compare BER performance in various channels. We investigate the effect of interleaving bits within a polar codeword. Finally, the simulation results for each case are presented in the paper.

研究の動機と目的

• 準静的マルチパスフェージングチャネルにおける極性符号化OFDMのBER性能を評価すること。
• フェージング環境下での誤り訂正能力を比較する観点から、極性符号と畳み込み符号を評価すること。
• OFDMシステムにおける極性符号性能に及ぼす異なるインタリーブ方式（ブロックビット、リバースシャッフル）の影響を調査すること。
• レイノールドフェージングおよびAWGNに類似したチャネル条件において、極性符号が畳み込み符号に対して符号化ゲインを示すかどうかを特定すること。

提案手法

• 極性符号とコードレート0.5を用い、OFDMのブロックサイズN=1024、QPSK変調を採用する。
• FEC符号化は、極性符号（逐次キャンセレーションリストデコードを併用）または畳み込み符号を用いる。
• ビット誤りをサブキャリア間で分散させるために、ブロックビットおよびリバースシャッフルのインタリーブ技術を適用する。
• チャネルモデルには、指数分布および一様分布の遅延プロファイルを有するレイノールドフェージング、および10 dBの減衰を伴う2パスフェージングを含む。
• 各チャネルで5回のモンテカルロ実行を行い、ウォールペーパー曲線を線形補間してBERを10⁻⁵で推定する。
• 4つの異なるマルチパスフェージング環境において、非符号化、畳み込み符号化、極性符号化OFDMシステムを比較するシミュレーションを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 準静的マルチパスフェージングチャネルを介したOFDMシステムにおいて、極性符号化は畳み込み符号化よりもBER性能に優位性を示すか？
• RQ2 周波数選択的フェージング環境下における極性符号化OFDMのBER性能に、インタリーブがどのように影響するか？
• RQ3 同一の符号構築法を用いた場合、レイノールドフェージングチャネルにおける極性符号の性能は、AWGNに類似した条件と同等か？
• RQ4 インタリーブ方式の選択が、OFDMシステムにおける極性符号の誤り訂正能力を顕著に向上させ得るか？
• RQ5 ディープフェイド状態では、極性符号と畳み込み符号の性能差が拡大するか？また、その差を緩和する戦略は何か？

主な発見

• レイノールドフェージングチャネルAおよびBでは、最良の畳み込み符号性能は11.9 dB（チャネルB、リバースシャッフル）を要したが、最良の極性符号は12.2 dBを要したため、符号化ゲインは認められなかった。
• ディープフェイド状態を示すチャネルCおよびDでは、BER 10⁻⁵を達成するため、極性符号および畳み込み符号ともにE_b/N_0が25 dB以上を必要とした。これは、ディープフェイド下での信頼性の欠如を示している。
• ブロックビットインタリーバは、チャネルAおよびBにおいて畳み込み符号に対して優れた性能を示し、符号化ビットをサブキャリアに分散させることで誤りバーストを低減した。
• 極性符号は畳み込み符号を一貫して上回らなかった。一部の状況では、畳み込み符号が極性符号よりも低いE_b/N_0でBER 10⁻⁵を達成した。
• ディープフェイドを示すチャネル（例：チャネルCおよびD）では、両符号の性能が著しく低下した。これは、平均サブキャリアエネルギーがしきい値を下回ったため、信頼性の高い復元が困難になったためである。
• エルゴディックなレイノールドフェージングITチャネルでは、極性符号はE_b/N_0 = 5.1 dBでBER 10⁻⁵を達成したが、畳み込み符号は9.1 dBを要した。これは、非フェージングの理想化された条件下では符号化ゲインが得られることを示唆している。