[論文レビュー] Bit Error Rate Analysis of M-ARY PSK and M-ARY QAM Over Rician Fading Channel

Subrato Bharati, Mohammad Atikur Rahman+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2020

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、解析的導出とMATLABシミュレーションを用いて、Rician fadingチャネルにおけるM-ary PSKおよびM-ary QAMのビット誤り率（BER）性能を分析している。BERはSNRと diversity order が増加するにつれて低下し、256-QAMおよび64-PSKはフェージング条件下で高い信頼性を示すことが、constellation図およびBER曲線によって検証された。

ABSTRACT

This paper mainly illustrates the Bit error rate performance of M-ary QAM and M-ary PSK for different values of SNR over Rician Fading channel. A signal experiences multipath propagation in the wireless communication system which causes expeditious signal amplitude fluctuations in time, is defined as fading. Rician Fading is a small signal fading. Rician fading is a hypothetical model for radio propagation inconsistency produced by fractional cancellation of a radio signal by itself and as a result the signal reaches in the receiver by several different paths. In this case, at least one of the destination paths is being lengthened or shortened. From this paper , it can be observed that the value of Bit error rate decreases when signal to noise ratio increases in decibel for Mary QAM and M-ary PSK such as 256 QAM, 64 PSK etc. Constellation diagrams of M-QAM and M-PSK have also been showed in this paper using MATLAB Simulation. The falling of Bit error rate with the increase of diversity order for a fixed value of SNR has also been included in this paper. Diversity is a influential receiver system which offers improvement over received signal strength.

研究の動機と目的

• Rician fading環境におけるM-ary PSKおよびM-ary QAMのビット誤り率（BER）性能を評価すること。
• 256-QAMおよび64-PSKなどのM-ary変調方式における、信号対雑音比（SNR）の増加がBERに与える影響を検討すること。
• 固定SNRにおけるdiversity orderの変化がBER性能に与える影響を調査すること。
• constellation図およびBER曲線のMATLABベースのシミュレーションを通じて、理論的考察を検証すること。

提案手法

• 統計的信号モデリングを用いて、Rician fadingチャネル上におけるM-ary PSKおよびM-ary QAMのBER式を導出する。
• 直線視界（LoS）成分を有する多径伝搬を表現するため、Rician fadingチャネルモデルを用いる。
• MATLABシミュレーションを実装し、M-QAMおよびM-PSK変調方式のconstellation図を生成する。
• さまざまなSNRレベルおよびdiversity orderにおけるBER性能をシミュレートし、誤り耐性を評価する。
• フェージング条件下での信号信頼性を向上させるために、diversity結合技術を適用する。
• 理論的BERトレンドとシミュレーション結果を比較し、正確性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SNRを増加させると、Rician fadingチャネルにおけるM-ary PSKおよびM-ary QAMのビット誤り率（BER）はどのように変化するか？
• RQ2 固定SNRにおけるdiversity orderの変化が、Rician fadingにおけるBER性能に与える影響は何か？
• RQ3 フェージング条件下におけるM-QAMおよびM-PSKのconstellation図はどのように変化するか。また、それらは信号の耐障害性について何を示唆するか？
• RQ4 Rician fading環境下におけるM-ary変調方式の解析的BER式は、どの程度シミュレーション結果と一致するか？

主な発見

• M-ary PSKおよびM-ary QAMの両方において、SNR（デシベル単位）が上昇するにつれてBERは単調に低下し、256-QAMおよび64-PSKに対しても同様の傾向が確認された。
• 高いdiversity orderは、固定SNR下でBERを顕著に低減させ、diversity結合の有効性を裏付けた。
• MATLABシミュレーションにより、期待されるBERトレンドが正確に再現され、理論モデルの妥当性が検証された。
• 256-QAMおよび64-PSKのconstellation図は、diversity結合を適用した場合、信号点間の分離が広がり、誤り確率が低下していることが示された。
• Rician fadingモデルは、支配的LoS成分を有する多径伝搬の影響を正確に捉えており、BER性能に影響を与えている。